CN105447480A - 人脸识别游戏交互*** - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种人脸识别游戏交互***，属于人机互动技术领域。摄像头的输出端和人脸识别模块的输入端通过数据线连接，人脸识别模块和贴图处理模块通过人脸图像接口连接；摄像头在游戏运行时采集使用者的图像；人脸识别模块对获得的使用者图像进行分析，利用基于人脸对称性的人脸分割方法进行处理，确定使用者的面部范围，获得使用者的面部图像；贴图处理模块用于面部贴合，利用人脸图像贴合算法对人脸图像进行特征识别、中心对齐和矫正、图像缩放贴合，将获取的使用者的面部图像贴合到游戏角色的面部模型上。不需要虚拟现实设备，成本低；避免第一人称视角对玩家造成的不适感。游戏角色的面部为玩家的面部，交互更具代入感，提高游戏乐趣。

Description

人脸识别游戏交互***
技术领域
本发明涉及人机互动技术领域，特别涉及一种人脸识别游戏交互***。
背景技术
设计游戏时，提供给玩家具有代入感的交互体验是游戏开发非常注重的问题。在传统的游戏模式中，玩家与游戏角色的交互相互割裂，缺乏代入感，从而不能完全发挥游戏的乐趣。目前，为了提高代入感的交互方法有许多类，主要包括以下两种：
第一类，在游戏使用第一人称视角，显示给玩家的是游戏中由玩家控制的游戏角色的视角；第二类，使用虚拟现实设备进行游戏交互，如头戴式显示器，动作传感器等。
针对已有的提高游戏代入感的交互***，有以下问题：
第一类方法会对玩家造成不适感。在玩家玩第一人称视角的游戏时，神经中枢容易把游戏中的激烈运动场面误判为真实场景，从而产生保护机制，发送刺激信息给大脑，使玩家产生头昏呕吐的不适反应；第二类方法依赖于虚拟现实设备，现阶段虚拟现实设备并不十分成熟，价格高昂，并不适合普及。亟待改进。
发明内容
本发明的目的在于提供一种人脸识别游戏交互***，解决了现有技术存的上述问题。本发明通过摄像头对使用者图像进行采集，处理得到使用者面部图像后将游戏角色的面部贴图替换为使用者的面部图像。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
人脸识别游戏交互***，包括摄像头、人脸识别模块、贴图处理块，所述摄像头的输出端和人脸识别模块的输入端通过数据线连接，人脸识别模块和贴图处理模块通过游戏提供的人脸图像接口连接；所述摄像头用于在游戏运行时采集使用者的图像；所述人脸识别模块用于对获得的使用者图像进行分析，利用基于人脸对称性的人脸分割方法进行处理，确定使用者的面部范围，获得使用者的面部图像；所述贴图处理模块用于面部贴合，利用人脸图像贴合算法对人脸图像进行特征识别、中心对齐和矫正、图像缩放贴合，将获取的使用者的面部图像贴合到游戏角色的面部模型上。
所述的基于人脸对称性的人脸分割方法是：首先，将彩色图像转换为灰度图像，通过检测灰度值和颜色的突变对图像进行边缘提取，获得有边缘线的灰度图像；然后，对图像进行二值化处理，设置灰度值阈值，灰度值大于阈值取1，小于阈值取0，使边缘细化，得到二值图像；在此基础上对得到的二值图像进行对称性分析，确定一条对称轴，从对称轴向左右两边搜索边缘，确定人脸的区域；得到人脸区域后，将图片依照人脸区域进行剪裁，得到人脸图像。将图像传入游戏的人脸图像接口。
所述的人脸图像贴合算法具体步骤为：
步骤1，确定人脸特征点：包括左眼中心El、右眼中心Er、双眼中点Em、嘴部中心M、脸部最高点T、脸部最低点B、脸部最左端L、脸部最右端R、鼻尖N；
步骤2，确定人脸特征线：包括双眼中心的连线lx、嘴部中点与两眼间中点的连线ly；
步骤3，计算人脸特征数据：包括眼睛大小、瞳距、双眼中心到鼻尖距离、嘴部宽度和高度、嘴部中心到鼻尖距离、嘴部中心到下巴距离；
步骤4，图像对齐：对含有特征信息的人脸图像中心对齐和旋转矫正，平移人脸图像，使鼻尖N和游戏人物脸部模型中心对齐；
步骤5，图像旋转和角度矫正：以鼻尖为中心旋转人脸图像，直至人脸图像的嘴部中点与两眼间中点连线lx和游戏人物脸部模型的竖直中线平行，使人脸图像和游戏人物脸部模型角度相吻合，完成角度矫正；
步骤6，图像贴合：将对齐矫正后的人脸图像进行缩放贴合，以鼻尖N为中心，将人脸图像进行缩放贴合，使眼部中心El和Er、双眼中点Em、嘴部中心M、脸部最高点T、脸部最低点B、脸部最左端L、脸部最右端R的位置分别与游戏人物脸部模型的对应特征点完全重合，完成脸部模型的缩放贴合。
本发明的工程过程如下：
启动游戏后，计算机向摄像头发送控制信号，摄像头启动，捕获使用者图像，将图像传送给人脸识别模块。人脸识别模块利用基于人脸对称性的人脸分割方法获得人脸图像，将人脸图像通过游戏程序的人脸图像接口传送给贴图处理模块。贴图处理模块利用人脸图像贴合算法对从人脸图像接口获取到的人脸图像进行特征识别、中心对齐和矫正、图像缩放贴合，将获取的使用者的面部图像贴合到游戏角色的面部模型上，从而使游戏绝角色的面部替换为玩家的面部，增强了游戏交互的趣味性和代入感。
本发明的有益效果在于：与需要额外的虚拟现实设备的方法相比，本发明只需要普通数字摄像头，数字摄像头普及率高并且成本低廉，本发明更易于推广与普及；本发明没有采用第一人称视角，避免了第一人称视角对玩家造成的不适感；与现有的游戏方法相比，将游戏角色的面部替换为玩家的面部，会在心理上使玩家产生带入管，使游戏的娱乐性提高，提高游戏乐趣。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的***框图；
图2为本发明的基于人脸对称性的人脸分割模型意图；
图3为本发明的人脸特征点及人脸特征线示意图；
图4为本发明的人脸图像贴合算法流程图。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图4所示，本发明的人脸识别游戏交互***，包括摄像头、人脸识别模块、贴图处理块，所述摄像头的输出端和人脸识别模块的输入端通过数据线连接，人脸识别模块和贴图处理模块通过游戏提供的人脸图像接口连接；所述摄像头用于在游戏运行时采集使用者的图像；所述人脸识别模块用于对获得的使用者图像进行分析，利用基于人脸对称性的人脸分割方法进行处理，确定使用者的面部范围，获得使用者的面部图像；所述贴图处理模块用于面部贴合，利用人脸图像贴合算法对人脸图像进行特征识别、中心对齐和矫正、图像缩放贴合，将获取的使用者的面部图像贴合到游戏角色的面部模型上。
具体工作流程如下：
1.游戏在计算机上启动，需要替换游戏角色面部时，游戏发出数据请求信息。计算机通过数据线向摄像头发送启动信号。摄像头收到启动信号，开始工作。摄像头捕获当前彩色图像，保存图像。将图像通过数据线传送给人脸识别模块。
2.人脸识别模块收到图像后，对图像进行人脸识别。
采用基于人脸对称性的人脸分割方法，首先对彩色图像转换为灰度图像，通过检测灰度值和颜色的突变对图像进行边缘提取，获得有边缘线的灰度图像。然后对图像进行二值化处理，设置灰度值阈值，灰度值大于阈值取1，小于阈值取0，使边缘细化，得到二值图像。在此基础上对得到的二值图像进行对称性分析，确定一条对称轴，从对称轴向左右两边搜索边缘，确定人脸的区域。
得到人脸区域后，将图片依照人脸区域进行剪裁，得到人脸图像。将图像传入游戏的人脸图像接口。
3.游戏的人脸图像接口接收到人脸图像，贴图处理模块将人脸图像采用贴图算法覆盖游戏角色模型的面部，使显示的游戏角色的面部为玩家的面部。
采用人脸图像贴合算法，首先对人脸图像进行特征识别，确定人脸特征点，包括眼部中心、双眼中点、嘴部中心、脸部最高点、脸部最低点、脸部最左端、脸部最右端。确定特征线，包括双眼中心的连线和嘴部中点与两眼间中点的连线。
计算人脸特征数据，包括眼睛大小、瞳距、双眼中心到鼻尖距离、嘴部宽度和高度、嘴部中心到鼻尖距离、嘴部中心到下巴距离
对含有特征信息的人脸图像中心对齐和旋转矫正，将鼻尖和游戏人物脸部模型中心对齐，进行中心对齐。以鼻尖为中心旋转人脸图像，直至人脸图像的嘴部中点与两眼间中点连线和游戏人物脸部模型的竖直中线平行，使人脸图像和游戏人物脸部模型角度相吻合，完成角度矫正。
将对齐矫正后的人脸图像进行缩放贴合，以鼻尖为中心，将人脸图像进行缩放贴合，使眼部中心、双眼中点、嘴部中心、脸部最高点、脸部最低点、脸部最左端、脸部最右端的位置分别与游戏人物脸部模型的对应特征点完全重合，完成脸部模型的缩放贴合。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种人脸识别游戏交互***，其特征在于：包括摄像头、人脸识别模块、贴图处理块，所述摄像头的输出端和人脸识别模块的输入端通过数据线连接，人脸识别模块和贴图处理模块通过游戏提供的人脸图像接口连接；所述摄像头用于在游戏运行时采集使用者的图像；所述人脸识别模块用于对获得的使用者图像进行分析，利用基于人脸对称性的人脸分割方法进行处理，确定使用者的面部范围，获得使用者的面部图像；所述贴图处理模块用于面部贴合，利用人脸图像贴合算法对人脸图像进行特征识别、中心对齐和矫正、图像缩放贴合，将获取的使用者的面部图像贴合到游戏角色的面部模型上。
2.根据权利要求1所述的人脸识别游戏交互***，其特征在于：所述的基于人脸对称性的人脸分割方法是：首先，将彩色图像转换为灰度图像，通过检测灰度值和颜色的突变对图像进行边缘提取，获得有边缘线的灰度图像；然后，对图像进行二值化处理，设置灰度值阈值，灰度值大于阈值取1，小于阈值取0，使边缘细化，得到二值图像；在此基础上对得到的二值图像进行对称性分析，确定一条对称轴，从对称轴向左右两边搜索边缘，确定人脸的区域；得到人脸区域后，将图片依照人脸区域进行剪裁，得到人脸图像；将图像传入游戏的人脸图像接口。
3.根据权利要求1所述的人脸识别游戏交互***，其特征在于：所述的人脸图像贴合算法是：首先，对人脸图像进行特征识别，确定人脸特征点，包括眼部中心、双眼中点、嘴部中心、脸部最高点、脸部最低点、脸部最左端、脸部最右端；确定特征线，包括双眼中心的连线和嘴部中点与两眼间中点的连线；计算人脸特征数据，包括眼睛大小、瞳距、双眼中心到鼻尖距离、嘴部宽度和高度、嘴部中心到鼻尖距离、嘴部中心到下巴距离；对含有特征信息的人脸图像中心对齐和旋转矫正，将鼻尖和游戏人物脸部模型中心对齐，进行中心对齐；以鼻尖为中心旋转人脸图像，直至人脸图像的嘴部中点与两眼间中点连线和游戏人物脸部模型的竖直中线平行，使人脸图像和游戏人物脸部模型角度相吻合，完成角度矫正；将对齐矫正后的人脸图像进行缩放贴合，以鼻尖为中心，将人脸图像进行缩放贴合，使眼部中心、双眼中点、嘴部中心、脸部最高点、脸部最低点、脸部最左端、脸部最右端的位置分别与游戏人物脸部模型的对应特征点完全重合，完成脸部模型的缩放贴合。
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