三维时变几何模型的编辑方法研究

近年来，研究者们通过物理仿真和各种采集装置获取真实物体的形变动画数据，生成了大量的三维时变几何模型。虽然三维静态几何模型的编辑算法已经发展得比较成熟，三维时变几何模型编辑的研究在国际上还处于起步阶段，还存在着大量的科学和工程技术问题。本项目旨在研究三维时变几何模型编辑的关键算法。首先，我们要建立三维时变几何模型的时空微分域表达，研究基于该表达的能同时保持空间几何细节和时间运动细节的，并能满足各种几何和物理约束的编辑框架；为了能处理高度复杂的三维模型并且提高动画编辑结果的生成速度，我们还要研究基于外存和多层次加速的动画优化算法。其次，我们要研究高效快捷的三维交互算法来提高动画编辑的效率，其中主要解决如何利用笔画操作来修改控制句柄的平移和旋转轨迹。最后，我们还将研究多个三维时变几何模型的形变动画融合算法。

本项目研究了三维时变几何对象的编辑和处理方法，在基于笔画操作的动画编辑、三维毛发建模方法、人脸实时动画技术等方面取得了多项创新成果。三年来，共计在计算机图形学顶级期刊ACM Transactions on Graphics上发表论文3篇，在IEEE TVCG上录用论文1篇，在Computer Graphics Forum上发表论文2篇，在其他SCI期刊上发表（含录用）论文4篇，申请国家发明专利授权4项。..在项目实施期间，项目负责人获得了浙江大学“求是青年学者”称号，并通过了副教授晋升评审。..下面是项目取得几个代表性成果：.（1）提出了基于笔画操作的动画编辑算法，使得普通用户可以通过在球面上用笔画操作来修改旋转角速度的方向轨迹，同时可以在一个二维坐标系下用笔画来修改旋转角速度的幅度轨迹。开发的编辑工具能大大提高旋转编辑的效率。.（2）提出了对单幅人物肖像图像进行头发建模与肖像编辑的方法。该方法可对输入图像中人物发型、头部等部分进行三维重建，仅需要少量的用户输入即可实现多种肖像编辑功能；提出了从视频数据中构建三维动态头发模型的方法，从而支持对视频中的肖像进行编辑。.（3）提出了基于最优质量传输的在复杂几何模型之间建立对应关系的方法。基于该方法，我们设计了在三维头发模型之间进行插值的算法，以及在距离场模型之间进行形变动画的算法。.（4）构建了适合于可视计算应用的三维人脸表情数据库；使用该数据库，提出了一种基于三维形状回归的实时人脸跟踪和动画算法。该算法只需要一个普通网络摄像机，可以实时计算人脸特征点的准确位置。基于这些特征点位置，可以实时提取用户的头部运动、表情参数。与当前最先进的人脸跟踪算法相比，该算法可以更好地处理头部的快速运动和非正视人脸，以及各种夸张表情；进一步提出了一种表情参数回归算法来提高人脸跟踪和动画的速度。算法可以直接在移动手机上运行。