一种三维卡通人脸生成方法和系统

本发明提供一种三维卡通人脸生成方法和系统。所述方法包括：设置可调节艺术造型参数，基于主成分子空间和所述可调节艺术造型参数生成三维真实人脸模型的三维卡通人脸。所述方法还包括：判断所生成的三维卡通人脸的艺术性指标和与对应的真实人脸的相似性指标是否满足预定条件，如满足，则该三维卡通人脸为最终生成的三维卡通人脸；如不满足，则重新设置可调节艺术造型参数及生成三维卡通人脸，并且再次进行判断，直到生成的三维卡通人脸满足预定条件。本发明考虑了三维卡通人脸与对应的真实人脸之间的相似程度，通过调节艺术造型参数，使得最终生成的三维卡通人脸与真实人脸既具有一定程度的相似性，又具有适当的艺术夸张效果。

1.一种三维卡通人脸生成方法，包括：步骤1）、设置可调节艺术造型参数α_i，基于主成分子空间和α_i生成三维真实人脸模型X₃的三维卡通人脸X₃(i)；步骤2）、计算生成的三维卡通人脸X₃(i)的艺术性指标的值和与对应的真实人脸的相似性指标的值，其中所述艺术性指标体现α_i的大小，所述与对应的真实人脸的相似性指标体现X₃(i)与对应的真实人脸之间的相似距离；步骤3）、判断生成的三维卡通人脸X₃(i)的艺术性指标和与对应的真实人脸的相似性指标是否满足预定条件，如不满足则重复步骤1）重新设置可调节艺术造型参数α_i且重新生成相应的三维卡通人脸X₃(i)，以及重复步骤2）重新计算生成的三维卡通人脸X₃(i)的艺术性指标的值和与对应的真实人脸的相似性指标的值，直到生成的三维卡通人脸X₃(i)的艺术性指标和与对应的真实人脸的相似性指标满足预定条件。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，步骤1）中基于主成分子空间和α_i生成三维真实人脸模型X₃的三维卡通人脸X₃(i)包括：根据下式获得X₃(i)，X₃(i)=X₃+Pα_i，其中，X₃为三维真实人脸模型，P为构成所述主成分子空间的特征向量矩阵，α_i为可调节艺术造型参数。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，步骤3）包括：步骤31）、根据下式计算最大化优化目标函数f(i)： f ( i ) = f s ( X 2 , X 3 ( i ) ) + λ 1 f a ( X 3 , X 3 ( i ) ) , ]]>其中，是权重参数；f_a(X₃,X₃(i))表示艺术性指标，其值随着α_i的增大而增大，随着α_i的减小而减小；f_s(X₂,X₃(i))表示与对应的真实人脸的相似性指标，其值随着X₃(i)与对应的真实人脸之间的相似距离的增大而增大，随着X₃(i)与对应的真实人脸之间的相似距离的减小而减小；步骤32）、判断f(i)的值是否大于预定值，如满足，则生成的三维卡通人脸X₃(i)为最终生成的三维卡通人脸；如不满足，则返回步骤1）。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤2）中计算X₃(i)与对应的真实人脸的相似性指标的值包括：计算X₃(i)与对应的二维人脸图片X₂之间的相似度来获得与对应的真实人脸的相似性指标的值。
5.根据权利要求3所述的方法，其中，步骤2）中计算X₃(i)与对应的真实人脸的相似性指标的值包括：计算X₃(i)与对应的三维真实人脸模型X₃之间的相似度来获得与对应的真实人脸的相似性指标的值。
6.根据权利要求4所述的方法，其中计算X₃(i)与对应的二维人脸图片X₂之间的相似度来获得与对应的真实人脸的相似性指标的值包括：步骤a）、对X₂和X₃(i)进行双层拉普拉斯流形降维，获得共享低维流行嵌入；步骤b）、计算X₂和X₃(i)在所述共享低维流形嵌入上的投影值，将X₂和X₃(i)之间的相似距离设置为这两个投影值之差，将与对应的真实人脸的相似性指标的值设置为X₂和X₃(i)之间的相似距离。
7.根据权利要求1或2所述的方法，还包括：步骤0）、对三维真实人脸模型X₃进行归一化对齐处理。
8.根据权利要求1或2所述的方法，其中步骤1）之前还包括：构建主成分子空间。
9.根据权利要求8所述的方法，其中构建主成分子空间包括：步骤A）、得到三维卡通人脸模型数据集；步骤B）、对所述三维卡通人脸模型数据集进行主成分分析，得到构成所述主成分子空间的特征向量矩阵P。
10.根据权利要求9所述的方法，其中步骤A）还包括：对得到的三维卡通人脸模型数据集中的所有三维卡通人脸模型进行归一化对齐处理。
11.一种三维卡通人脸生成系统，包括：三维卡通人脸生成装置，用于设置可调节艺术造型参数α_i，基于主成分子空间和α_i生成三维真实人脸模型X₃的三维卡通人脸X₃(i)；计算装置，用于计算生成的三维卡通人脸X₃(i)的艺术性指标的值和与对应的真实人脸的相似性指标的值，其中所述艺术性指标体现α_i的大小，所述与对应的真实人脸的相似性指标体现X₃(i)与对应的真实人脸之间的相似距离；以及三维卡通人脸优化装置，用于判断生成的三维卡通人脸X₃(i)的艺术性指标和与对应的真实人脸的相似性指标是否满足预定条件，如不满足则利用所述三维卡通人脸生成装置重新设置可调节艺术造型参数α_i且重新生成相应的三维卡通人脸X₃(i)，以及利用所述计算装置重新计算生成的三维卡通人脸X₃(i)的艺术性指标的值和与对应的真实人脸的相似性指标的值，直到生成的三维卡通人脸X₃(i)的艺术性指标和与对应的真实人脸的相似性指标满足预定条件。