人脸是人类最具表达能力的部分,其复杂的特征组成造成人脸建模一直是计算机图形学领域中一个极具挑战性的课题。基于颅骨的三维人脸建模技术是三维人脸建模技术的分支,主要应用在辅助法医学和人类学研究中对人类遗骨的身份判定和面貌复原过程。该技术显著改善了传统面貌复原方法的效率和质量,近年来受到人们的广泛关注。 本文以人类学关于颅骨和面貌的相关性理论为基础,以计算机可视化技术为工具,研究了基于参考模型数据,在获取到待复原颅骨三维模型的条件下,对待复原人脸建模的关键步骤和基本方法。主要研究内容包括: 1)参考模型数据库的建立。以CT医学影像数据为基本输入,经过数据预处理和轮廓线提取,采用最短对角线法进行三角剖分,实现三维人脸和颅骨模型重构。根据参考模型的人类学信息,对模型进行分类存储,建立参考模型数据库,为待复原模型的复原提供数据基础。 2)人脸和颅骨特征点标定。在深入分析人脸和颅骨生理结构特点的基础上,参考MPEG4对于人脸特征点的描述,定义用于标定人脸和颅骨基本特征的特征点集合。在特征点自动标定的问题上,首先尝试使用ASM主动形状模型对人脸和颅骨模型进行特征点自动标定,取得了较好的结果,为了使建模结果更佳准确,最终利用模板辅助标定的半自动方法,兼顾了特征点标定的准确性和高效性。本章还介绍了法兰克夫坐标系以及模型参考坐标系归一华的方法。 3)三维网格变形方法研究。利用颅骨和人脸特征的相关性,通过度量参考颅骨和待复原颅骨特征点的差异,计算出待复原人脸与参考人脸模型的差异,利用网格变形方法对参考人脸模型进行调整,获得待复原人脸模型。 4)在理论研究的同时,结合法医学面貌复原的实际需要,以Visual C++6和Open GL图形库为工具,建立了一个针对法医学面貌复原过程辅助的基于颅骨的面貌复原系统:FacePro。系统参考法医面貌复原过程,实现了数据读取、三维显示、三维重建、数据校准、特征点标定和网格变形等功能,复原步骤清晰,操作简便,复原结果较好。