CN112017295A - 一种可调节动态头模型生成方法、终端和计算机存储介质 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种可调节动态头模型生成方法、终端和计算机存储介质，该方法包括拷贝预制头模型的骨骼节点，并将动态生成头模型挂载至所示预设头模型的骨骼节点上；拷贝一份动态动态生成头模型，利用拷贝到的动态生成头模型生成第一UV和第二UV，并利用第一UV和第二UV生成UV查找表；用动态生成头模型克隆一份模型网格，利用模型网格和UV查找表计算蒙皮权重并生成蒙皮权重查找表；通过转置矩阵将动态生成头模型的所有顶点转置到预制头模型的骨骼节点下，并将蒙皮权重以及预制头模型的相关参数赋值给动态头模型。通过上述方法的实施，使得真实用户的3D脸型也可以更加自由化地进行自定义操作，并且可适配各种用户的脸型，适用范围广。
Description
技术领域
本申请涉及3D建模技术领域，具体而言，涉及一种可调节动态头模型生成方法、终端和计算机存储介质。
背景技术
现如今，在互联网市场上的各个领域里，如动漫影视制作、游戏软件应用、整容整型等等领域，3D模型的虚拟形象应用已数不胜数，随着人工智能迅速地发展，市场上也出现了越来越多的与AI换脸、人脸识别相关的技术和产品，并可根据照片，亦或是深度摄像头扫描用户脸部，生成与之脸部五官相同的动态3D模型。用户可以根据该3D模型进行一些经简单的自定义操作，如更换肤色、发型、时装等等，但这些都是基于不改变人物形象的五官模型基础下进行的操作。
模板化的3D模型由于使用的是默认设定好的UV、模型网格，骨骼节点也是默认设定好的，因此可以根据固定的UV和网格来设定各种捏脸效果，如移动模型脸部五官的上下左右位置，进行五官的大小缩放等等，这些操作俗称为捏脸，而用户通过深度摄像头扫描生成的脸型则由于每个人的五官***，导致生成的UV、模型网格和贴图均不一样，因此称之为动态的3D模型，由于每个人的长相不同，很难判定每个人脸部具体的五官部位，如眼睛在哪里，有多大，什么形状，且这样的模型缺少骨骼蒙皮信息，因此完全无法进行捏脸操作。
发明内容
本申请的主要目的在于提供一种可调节动态头模型生成方法、终端和计算机存储介质，以解决目前的问题。
为了实现上述目的，本申请提供了如下技术：
一种可调节动态头模型生成方法，包括：
拷贝预制头模型的骨骼节点，并将动态生成头模型挂载至所示预设头模型的骨骼节点上；
拷贝一份动态生成头模型，利用拷贝到的动态生成头模型生成第一UV和第二UV，并利用第一UV和第二UV生成UV查找表；
用动态生成头模型克隆一份模型网格，利用模型网格和UV查找表计算蒙皮权重并生成蒙皮权重查找表；
通过转置矩阵将动态生成头模型的所有顶点转置到预制头模型的骨骼节点下，并将蒙皮权重以及预制头模型的相关参数赋值给动态头模型。
与现有技术相比较，本申请能够带来如下技术效果：
1、真实用户的3D脸型也可以更加自由化地进行自定义操作；
2、可适配各种用户的脸型，适用范围广；
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本发明的实现过程主要步骤流程图；
图2是本发明的预制头模型UV图；
图3是本发明的预制头模型带有骨骼蒙皮的节点示意图；
图4是本发明的预制头模型带有骨骼蒙皮的节点捏脸示意图；
图5是本发明的预生成UV映射模型的模型网格和模型贴图；
图6是本发明的预生成UV映射模型生成时自带的UV图；
图7是本发明的动态生成头模型示意图；
图8是本发明的预制头模型的骨骼节点示意图；
图9是本发明的UV查找表示意图；
图10是本发明的权重查找表示意图；
图11是本发明的导入数据后的动态生成头模型示意图；
图12是本发明的导入数据后的动态生成头模型捏脸示意图；
图13是本发明的终端结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。
需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、***、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。
并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。
另外，术语“多个”的含义应为两个以及两个以上。
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
实施例1
在本发明的可调节动态头模型生成方法执行之前，先要进行材料的准备，包括预制头模型、预生成UV映射模型以及动态生成头模型。
其中，预制头模型全称为美术预制头模型，在本发明中也被命名为Sourc eMesh，预制头模型包括模型网格(Mesh)、模型贴图和带有骨骼蒙皮的节点；如图2所示，预制头模型附带一套默认UV(纹理贴图坐标)；模型贴图也如图 2所示；带有骨骼蒙皮的节点如图3和图4所示。
预生成UV映射模型，在本发明中也被命名为RemapMesh，该模型为扫描人脸生成后导出的模型，导出时要保证顶点顺序与顶点数量与动态生成头模型一致，在本发明的一种实施例中，扫描人脸可由手机通过ARKit平台进行。预生成UV映射模型包括如图5所示的模型网格和模型贴图，预生成UV映射模型还附带两套UV，UV1为对应预制头模型贴图的UV，UV2为如图6所示的模型预生成时的自带UV。
动态生成头模型如图7所示，在本发明中也被命名为TargetMesh，包括模型网格和模型贴图，动态生成头模型附带一套UV，与预生成UV映射模型的 UV2一致。
本发明提供的可调节动态头模型生成方法主要分为如图1所示的以下几个主要步骤：
S201：拷贝预制头模型的骨骼节点，并将动态生成头模型挂载至所示预设头模型的骨骼节点上。
在该步骤中，拷贝一份如图8所示的预制头模型的骨骼节点(骨骼节点指的是带骨骼蒙皮的节点)，并删除拷贝的所述预制头模型的网格数据，删除后原骨骼蒙皮与顶点关系数据被破坏掉，等待应用新的骨骼蒙皮数据；将动态生成头模型挂载到拷贝的预制头模型的骨骼节点的根节点上，通过缩放、旋转和位移等调整，使得动态生成头模型与拷贝的预制头模型原来的网格数据对应。
S202：拷贝一份动态生成头模型，利用拷贝到的所动态生成头模型生成第一UV和第二UV，并利用第一UV和第二UV生成UV查找表。其中，第一UV为对应预制头模型贴图的UV1，第二UV为预生成UV映射模型生成时自带的UV2。
生成UV的过程如下:
拷贝一份动态生成头模型用于制作UV贴图，命名为UVMesh；
用UVMesh的UV数据替换原来的顶点数据，这样可以得到一个展平的模型；
创建一个相机，将相机的模式改为正交模式，位置调整为(0.5f,0.5f,0)，将相机的远、近裁切面分别设置为1和-1，创建一个用于接受渲染图片的渲染纹理对象RenderTexture，将创建的RenderTexture对象赋值给相机的渲染目标对象，最后调用相机的渲染接口，渲染出UV。
利用第一UV和第二UV生成UV查找表(UV-LUT)的过程包括：
对预生成UV映射模型RemapMesh做第一UV到第二UV的映射；
生成第一UV到所述第二UV的UV查找表图片(UV-LUT图)；
将生成的UV查找表图片转换为Texture2D二维图片，这样在使用时就可以遍历每个像素点来获得像素值。
生成的UV查找表如图9所示。
S203:用动态生成头模型克隆一份模型网格Mesh，利用模型网格和UV查找表计算蒙皮权重并生成蒙皮权重查找表。
在该步骤中，利用模型网格和UV查找表计算蒙皮权重并生成蒙皮权重查找表包括：
利用模型网格的原始UV坐标，到所UV查找表上查找一套与预制头模型对应的UV；
将预制头模型对应的UV赋值给模型网络的原始UV；
利用模型网络计算蒙皮权重并生成蒙皮权重查找表。
具体地，利用动态生成头模型TargetMesh克隆一份模型网格Mesh用于计算骨骼权重，可命名为CloneMesh1，然后用CloneMesh1的原始UV坐标到之前生成的UV查找表UV-LUT上查找一套与预制头模型SourceMesh对应的UV，可命名为NewUV1，将NewUV1赋值给CloneMesh1的默认UV，利用CloneMesh1 计算每个面的权重查找表，该权重查找表如图10所示。
利用模型网络计算蒙皮权重并生成蒙皮权重查找表又进一步包括如下步骤：
孤立所述模型网格的每个三角面；
给每个三角面的顶点加入顶点色，具体地，给每一个三角面的顶点按顺序加入顶点色为R、G、B，即：(1,0,0)，(0,1,0)和(0,0,1)，记录三角面的三角面索引；
制作渲染UV中心坐标查找表着色器；
拷贝一份动态生成头模型，利用拷贝到的动态生成头模型生成一张UV重心坐标查表图(UVBaryLut)；
根据动态生成头模型的UV重心坐标查表图找到与预制头模型的带有蒙皮信息的网格数据(头网格)对应的坐标和三角面索引；
根据对应的所述三角面索引与坐标重心，计算对应的骨骼索引与蒙皮权重，生成蒙皮权重表。
S204：通过转置矩阵将动态生成头模型的所有顶点转置到预制头模型的骨骼节点下，并将蒙皮权重以及预制头模型的相关参数赋值给动态头模型。
其中，转置矩阵(targetToSourceRootPose)的计算方法如下：
将所述动态生成头模型TargetMesh通过矩阵变换转到与预制头模型Sour ceMesh同一坐标系下；
根据预制头模型TargetMesh的根骨骼与绑定姿势(bindpose)计算出所述动态生成头模型TargetMesh上的顶点到所述预制头模型SourceMesh的骨骼节点下的转置矩阵targetToSourceRootPose。
将动态生成头模型TargetMesh上的所有顶点通过转置矩阵targetToSourceRootPose进行变换，转置到预制头模型SourceMesh骨骼节点下，再如图11、图12所示，将生成的蒙皮权重赋值给动态生成头模型TargetMesh的Bone Weights，将预制头模型SourceMesh的bindposes、rootBone、bones和loca lBounds等参数赋值给动态生成头模型TargetMesh的对应参数中。
通过上述所有步骤，即可实现控制不同用户生成的动态3D模型的面部，从而进行捏脸等扩展性操作。
本发明实施例提供的可调节动态头模型生成方法，包括拷贝预制头模型的骨骼节点，并将动态生成头模型挂载至所示预设头模型的骨骼节点上；拷贝一份动态生成头模型，利用拷贝到的动态生成头模型生成第一UV和第二UV，并利用第一UV和第二UV生成UV查找表；用动态生成头模型克隆一份模型网格，利用模型网格和UV查找表计算蒙皮权重并生成蒙皮权重查找表；通过转置矩阵将动态生成头模型的所有顶点转置到预制头模型的骨骼节点下，并将蒙皮权重以及预制头模型的相关参数赋值给动态头模型。通过上述方法的实施，使得真实用户的3D脸型也可以更加自由化地进行自定义操作，并且可适配各种用户的脸型，适用范围广。
实施例二
本实施例提供了一种终端，如图13所示，包括处理器131、存储器132 及通信总线133。
通信总线133用于实现处理器131和存储器132之间的连接通信；
处理器131用于执行存储器132中存储的一个或者多个计算机程序，以实现上述实施例一中的可调节动态头模型生成方法中的至少一个步骤。
本实施例还提供了一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质包括在用于存储信息(诸如计算机可读指令、数据结构、计算机程序模块或其他数据)的任何方法或技术中实施的易失性或非易失性、可移除或不可移除的介质。计算机可读存储介质包括但不限于RAM(Random Access Memory，随机存取存储器),ROM(Read-Only Memory，只读存储器),EEPROM(Electrically E rasable Programmable read only memory，带电可擦可编程只读存储器)、闪存或其他存储器技术、CD-ROM(Compact Disc Read-Only Memory，光盘只读存储器)，数字多功能盘(DVD)或其他光盘存储、磁盒、磁带、磁盘存储或其他磁存储装置、或者可以用于存储期望的信息并且可以被计算机访问的任何其他的介质。
本实施例中的计算机可读存储介质可用于存储计算机程序，其存储的一个或者多个计算机程序可被处理器执行，以实现上述实施例一中的可调节动态头模型生成方法的至少一个步骤。
本实施例还提供了一种计算机程序(或称计算机软件)，该计算机程序可以分布在计算机可读介质上，由可计算装置来执行，以实现上述实施例一中的可调节动态头模型生成方法的至少一个步骤；并且在某些情况下，可以采用不同于上述实施例所描述的顺序执行所示出或描述的至少一个步骤。
本实施例还提供了一种计算机程序产品，包括计算机可读装置，该计算机可读装置上存储有如上所示的计算机程序。本实施例中该计算机可读装置可包括如上所示的计算机可读存储介质。
以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种可调节动态头模型生成方法，其特征在于，包括：
拷贝预制头模型的骨骼节点，并将动态生成头模型挂载至所述预设头模型的骨骼节点上；
拷贝一份所述动态生成头模型，利用拷贝到的所述动态生成头模型生成第一UV和第二UV，并利用所述第一UV和所述第二UV生成UV查找表；
用所述动态生成头模型克隆一份模型网格，利用所述模型网格和所述UV查找表计算蒙皮权重并生成蒙皮权重查找表；
通过转置矩阵将所述动态生成头模型的所有顶点转置到所述预制头模型的骨骼节点下，并将所述蒙皮权重以及预制头模型的相关参数赋值给所述动态头模型。
2.如权利要求1所述的可调节动态头模型生成方法，其特征在于，所述拷贝预制头模型的骨骼节点，并将动态生成头模型挂载至所示预设头模型的骨骼节点上包括：
拷贝所述预制头模型的骨骼节点，并删除拷贝的所述预制头模型的网格数据；
将所述动态生成头模型挂载到拷贝的所述预制头模型的根节点上，调整好缩放、旋转和位移，与所述预制头模型原来的网格数据对应。
3.如权利要求2所述的可调节动态头模型生成方法，其特征在于，所述利用所述第一UV和所述第二UV生成UV查找表包括：
对预生成UV映射模型做所述第一UV到所述第二UV的映射；
生成所述第一UV到所述第二UV的UV查找表图片；
将生成的UV查找表图片转换为二维图片。
4.如权利要求3所述的可调节动态头模型生成方法，其特征在于，
所述预生成UV映射模型为扫描人脸生成后导出的模型，所述预生成UV映射模型的顶点顺序和顶点数量与所述动态生成头模型一致。
5.如权利要求3所述的可调节动态头模型生成方法，其特征在于，所述利用所述模型网格和所述UV查找表计算蒙皮权重并生成蒙皮权重查找表包括：
利用所述模型网格的原始UV坐标，到所述UV查找表上查找一套与预制头模型对应的UV；
将所述预制头模型对应的UV赋值给所述模型网络的原始UV；
利用所述模型网络计算蒙皮权重并生成蒙皮权重查找表。
6.如权利要求5所述的可调节动态头模型生成方法，其特征在于，所述利用所述模型网格计算蒙皮权重并生成蒙皮权重查找表包括：
孤立所述模型网格的每个三角面；
给每个所述三角面的顶点加入顶点色，并记录所述三角面的三角面索引；
拷贝一份所述动态生成头模型，利用拷贝到的所述动态生成头模型生成U V重心坐标查表图；
根据所述UV重心坐标查表图找到与所述预制头模型的带有蒙皮信息的网格数据对应的坐标和所述三角面索引；
根据所述对应的所述三角面索引与坐标重心，计算对应的骨骼索引与蒙皮权重，生成蒙皮权重表。
7.如权利要求6所述的可调节动态头模型生成方法，其特征在于，所述转置矩阵的计算方法包括：
将所述动态生成头模型通过矩阵变换转到与预制头模型同一坐标系下；
根据预制头模型的根骨骼与绑定姿势bindpose计算出所述动态生成头模型上的顶点到所述预制头模型的骨骼节点下的转置矩阵。
8.如权利要求3至7任一项所述的可调节动态头模型生成方法，其特征在于，所述预制头模型附带一套默认UV；所述预生成UV映射模型附带两套U V，一套对应所述预制头模型贴图，另一套为自带UV；所述动态生成头模型附带一套与所述预生成UV映射模型的自带UV相同的UV。
9.一种终端，包括处理器、存储器及通信总线，其特征在于，所述通信总线用于实现处理器和存储器之间的连接通信；所述处理器用于执行存储器中存储的一个或者多个计算机程序，以实现如权利要求1至8中任一项所述的可调节动态头模型生成方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个计算机程序，所述一个或者多个计算机程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如权利要求1至8中任一项所述的可调节动态头模型生成方法的步骤。
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