CN114549709A - 一种自定义3d虚拟形象生成***及方法 - Google Patents

一种自定义3d虚拟形象生成***及方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种自定义3D虚拟形象生成***，包括Maya绑定模块、文件管理模块、分类特征解析模块、脸形解析生成模块、形象资源生成模块和渲染交互模块。本发明还提供一种自定义3D虚拟形象生成方法，基于Maya骨骼绑定和BlendShape形变、深度学习、特征预置参数类型、具有标准动画适应性的3D虚拟形象生成能力；可根据主观需要对生成结果进行指向性调整。用户在Maya中对3D虚拟角色的标准模型进行绑定，通过文件管理模块加载真人形象，在生成模块中解析，通过深度学习对面部次特征和面部附属特征进行分类识别，对脸型特征进行参数化，渲染交互模块将参数应用到3D标准形象之上；根据角色动态生成特定动画的3D虚拟拟人形象，可以根据主观需要对生成结果进行指向性调整。

Description

一种自定义3D虚拟形象生成***及方法
技术领域
本发明涉及3D虚拟拟人形象生成领域，具体涉及一种基于Maya绑定的自动化与人工重定向相结合的自定义3D虚拟形象生成***及其生成方法。
背景技术
在当前软件应用领域之中，数字孪生、VR、AR、MR和形象可视化都是可见的未来重要的产品和技术趋势。在这些应用之中，针对特定人员设定具有高度形象相似性和相关性的角色，可以大幅提高用户沉浸感、用户参与度、产品可交互性，最终提升产品的附加价值；另一方面，为了更加高质量和高效率的生成符合相关性与相似性的绑定３D虚拟形象，随着近年来深度学习的不断进步，根据人像照片生成３D形象的技术，也在逐渐成熟。
但是，现有方法生成的3D虚拟角色相对固定，不能进行自定义修改，不具有较好的灵活性，不能高效率地满足个性化设计需要，每个角色的设计都需要独立的流程去完成。例如CN111389008A公开的“虚拟角色的面部生成方法、自动捏脸方法及装置”中，提供了一种基于随机参数的3D虚拟形象的随机生成方法，不能根据人像自动生成，更不能满足用户相关性与相似性的个性化设计。又如CN112562043A公开的“图像处理方法、装置和电子设备”中，提供一种在MAYA中对 3D虚拟角色模型的绑定方法，可对3D虚拟角色动态设置参数以调整形象外形，但是该方法过于复杂，并且不能自动生成处理过程以及手动自定义定向调整，不能满足个性化的灵活设计。再如CN108363973A公开的“一种无约束的3D表情迁移方法”中，提供了一种基于BlendShape的动态表情迁移方法，然而所述方案不能基于骨骼对脸型设置方案且并不能将变形静态固定到3D虚拟形象这中。
综上，如何提供一种满足自动化、自定义和高效率设计的3D虚拟角色设计是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
针对现有技术存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种自定义3D虚拟角色生成***和生成方法，解决不能根据角色动态生成特定动画的3D虚拟拟人形象，也不能根据主观需要对生成结果进行指向性调整的问题。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
本发明提供一种自定义3D虚拟形象生成***，包括Maya绑定模块、文件管理模块、分类特征解析模块、脸形解析生成模块、形象资源生成模块和渲染交互模块；其中：
（1）Maya绑定模块
在Maya中按规范（行业标准建模流程：建模、雕刻、烘焙、制作贴图）建立标准模型，并对身体、头部、面部进行绑定和导出；
（2）文件管理模块
将素材文件、中间文件导入脸形生成模块、脸形解析生成模块和渲染交互模块；将形象资源生成模块生成的变形配置序列化，即将数据以一定格式写到文件里，进行传输、存储和分发导出；将配置文件导入渲染模块进行渲染；
（3）分类特征解析模块
将文件管理模块导入的真人形象照片进行特征解析分类，并生成面部特征类型参数；
（4）脸形解析生成模块
将文件管理模块导入的真人形象照片和渲染交互模块对标准模型渲染进行对抗网络生成，生成基于标准模型的骨骼空间变形参数与BlendShape形变参数；
（5）形象资源生成模块
将分类特征解析模块生成的面部特征类型参数和脸形解析生成模块得到的骨骼空间形变参数和BlendShape参数进行整合，且与渲染交互模块传入的人工重定向调整参数进行融合，输出人性化3D形象参数配置；
（6）渲染交互模块
将人性化3D形象参数配置还原到标准模型显示到可视介质。并将人工调整参数传给形象资源生成模块，对形象进行反向编辑，并包含动画交互等其它功能。
进一步，所述（2）文件管理模块中的素材文件包括照片，中间文件包括绑定好的模型、制作好的动画、制作好的衣服配饰；配置文件包括脸部变形参数、捏脸配置参数、穿着配置参数和骨骼变形参数。
进一步，所述文件管理模块中的变形配置序列化为即将数据以一定格式写到文件里，进行传输、存储和分发导出；将配置文件导入渲染模块进行渲染。
进一步，本发明还提供采用上述***的自定义3D虚拟形象生成方法，具体包括如下步骤：
1）用户在Maya中对3D虚拟角色的标准模型进行绑定，通过文件管理模块加载真人形象；
2）在脸形生成模块中解析，通过深度学习对面部次特征和面部附属特征进行分类识别，建立脸型特征参数数据库；
3）用户从脸型特征参数数据库中选择形象生成参数，进行形象定向修正；用渲染交互模块中将参数应用到3D标准形象之上，应用渲染到屏幕中；
4）在UI中点击按钮选择特征预置参数进行可视化实时定向调整，通过文件管理模块将参数序列化为可存储配置文件；
5）引用功能中加载渲染交互模块反序列化还原配置文件，并应用到标准模型中；
6）根据主观需要对生成结果进行指向性调整。
进一步，所述步骤3）中的形象定向修正包括：
使用渲染交互模块导入标准虚拟形象调整配置C解析渲染成像；
用户从渲染交互模块传入附属特性分类参数MC_x，改变标准虚拟形象调整配置C；
用户从渲染交互模块传入脸型预置修正集合代码MC_1x，改变标准虚拟形象调整配置C；
将标准虚拟形象调整配置C导入为标准虚拟形象调整配置文件CF1。
进一步，所述应用渲染包括：
用户将渲染交互模块整合到自有功能或者app中，加载基础设定集F1、加载附属模型设定集F2、加载标准虚拟形象调整配置文件CF1，加载标准动画数据集MA_1，合成渲染到指定显示媒介。
其中，所述3）中的形象定向修正包括：
5.1使用渲染交互模块导入标准虚拟形象调整配置C解析渲染成像；
5.2用户从渲染交互模块传入附属特性分类参数MC_x，改变标准虚拟形象调整配置C；
5.3用户从渲染交互模块传入脸型预置修正集合代码MC_1x，改变标准虚拟形象调整配置C；
5.4将标准虚拟形象调整配置C导入为标准虚拟形象调整配置文件CF1。
所述应用渲染包括：6.1使用者将渲染交互模块整合到自有功能或者app中，加载基础设定集F1、加载附属模型设定集F2、加载标准虚拟形象调整配置文件CF1，加载标准动画数据集MA_1，合成渲染到指定显示媒介。
所述6.1中基础设定集F1为标准模型FBX；包含：标准模型多边形、BlendShape绑定、骨骼绑定、权重数据和/或贴图；加载附属模型设定集F2为附属模型FBX；包含：附属模型多边形、骨骼绑定、权重数据和/或贴图。
所述6.1中加载标准虚拟形象调整配置文件CF1为包含所有模型设定配置的文件；包括：（1）所有基础模型修改数据集合：Mesh形变配置、色彩修正配置和骨骼形变配置；（2）所有附属模型设定数据集合：衣着配置、穿戴配置和次级特征配置；次级特征配置包括睫毛类型、瞳孔类型、发型、唇型和眉型。
所述6.1中加载标准动画数据集MA_1为标准模型动画FBX：包含标准模型制作的动画。
相比现有技术，本发明具有如下有益效果：
1、本发明基于Maya骨骼绑定和BlendShape形变、深度学习、特征预置参数类型、具有标准动画适应性的3D虚拟形象生成能力；可根据主观需要对生成结果进行指向性调整。
2、用户在Maya中对3D虚拟角色的标准模型进行绑定，通过文件管理模块加载真人形象，在生成模块中解析，通过深度学习对面部次特征和面部附属特征进行分类识别，对脸型特征进行参数化，渲染交互模块将参数应用到3D标准形象之上。
3、本发明根据角色动态生成特定动画的3D虚拟拟人形象，满足自动化、风格化、可定制，对3D虚拟角色动画具有适应性，并且简捷，低成本可实施性好。
4、本发明可以应用于车上、手机、PC上所有需要构建3D个性化角色渲染应用的场合，方便用户的个性化设计。
附图说明
图1为本发明自定义3D虚拟角色生成方法的整体逻辑图；
图2为本发明业务流程图；
图3为本发明自定义3D虚拟角色生成方法的绑定结构图；
图4为本发明绑定骨骼设定图；
图5为本发明绑定BlendShape设定约束图；
图6为本发明绑定BlendShape设定案例；
图7为本发明人像自动生成流程图；
图8为本发明形象定向修改流程图。
具体实施方式
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的实施方式不仅限于此。
参见图1为自定义3D虚拟角色生成方法的整体逻辑图。
本发明提供一种自定义3D虚拟角色生成***，包括Maya绑定模块、文件管理模块、分类特征解析模块、脸形解析生成模块、形象资源生成模块和渲染交互模块；其中：
（1）Maya绑定模块
在Maya中按规范建立标准模型，并根据特定规范对身体、头部、面部进行绑定和导出；
（2）文件管理模块
将素材文件、中间文件导入脸形生成模块、脸形解析生成模块和渲染交互模块；将形象资源生成模块生成的变形配置序列化导出；将配置文件导入渲染模块进行渲染；
（3）分类特征解析模块
将文件管理模块导入的真人形像照片进行特征解析分类，并生成面部特征类型参数；
（4）脸形解析生成模块
将文件管理模块导入的真人形像照片和渲染交互模块对标准模型渲染进行对抗网络生成，生成基于标准模型的骨骼空间变形参数与BlendShape形变参数；
（5）形象资源生成模块
将分类特征解析模块生成的面部特征类型参数和脸形解析生成模块得到的骨骼空间形变参数和BlendShape参数进行整合，且与渲染交互模块传入的人工重定向调整参数进行融合，输出人性化3D形象参数配置；
（6）渲染交互模块
将人性化3D形象参数配置还原到标准模型显示到可视介质。并将人工调整参数传给形象资源生成模块，对形象进行反向编辑，并包含动画交互等其它功能。
进一步，本发明还提供一种自定义3D虚拟形象生成方法，采用上述***，具体包括如下步骤：
1）用户在Maya中对3D虚拟角色的标准模型进行绑定，通过文件管理模块加载真人形象；
2）在脸形生成模块中解析，通过深度学习对面部次特征和面部附属特征进行分类识别，建立脸型特征参数数据库；
3）用户从脸型特征参数数据库中选择形象生成参数，进行形象定向修正；用渲染交互模块中将参数应用到3D标准形象之上，应用渲染到屏幕中；
4）在UI中点击按钮选择特征预置参数进行可视化实时定向调整，通过文件管理模块将参数序列化为可存储配置文件；
5）引用功能中加载渲染交互模块反序列化还原配置文件，并应用到标准模型中；
6）根据主观需要对生成结果进行指向性调整。
参见图2，为用户业务主流程图，具体实施包括如下步骤：
1、制作标准模型
1.1用户采用本发明自定义3D虚拟形象生成***，根据需要对标准虚拟形象模型进行结构定义，如头，身体，上肢，下肢等等，针对不同的需要，可以进行必要的增删；同时使用者亦可自行定义附属特征，例如眉毛、胡子、发型、眼镜和发型等等；针对不同的需要，可以进行必要的增删。同时，根据目标平台，资源限制建立建模规范，约定限制条件，如贴图规范、命名规范、模型大小、顶点约束、绑定约束、BlendShape设定约束等等。结合以上三条，最终建立虚拟形象标准定义文件A1。
1.2根据虚拟形象标准定义文件A1，使用者在Maya中运用行业通用3D美术工作流制作输出对标准虚拟形象进行建模生成多边形集合MC（一个模型可以由多个多边形块，组成，比如：头，手，躯干等等），并对结构进行拆分定向（根据业务需求，如果需要换手，即可把手单独拆出来，否则可以把手和躯干合并为一个多边形处理），输出标准虚拟形象模型M1（例如：用来捏脸换衣服的模型文件），附属模型Mx（例如：衣服、裤子、帽子、眼镜等等。可根据业务需求拓展进行增减）。
2、模型绑定导出
2.1对标准虚拟形象模型M1创建标准虚拟形象骨骼B1，创建过程符合Maya标准骨骼搭建流程，骨骼命名和结构符合虚拟形象标准定义文件A1。对标准虚拟形象模型M1面部按照虚拟形象标准定义文件A1建立面部BlendShape集合BSC1。附加标准虚拟形象模型M和附属模型Mx到标准虚拟形象骨骼B1，附加标准虚拟形象模型M和附属模型Mx到BSC1，设定标准虚拟形象骨骼B1权重，设定面部BlendShape集合BSC1权重，保存当前阶段绑定为虚拟形象蒙皮Maya工程M1R1。绑定约束及案例相关如图3-6，分别为面部绑定结构分解图， Maya绑定的骨骼结构图、解析和捏脸用的blendShape结构设计规范，不同的blendShape不能占用同一个标志位。否则不匹配。
2.2使用虚拟形象蒙皮Maya工程M1R1，多选标准虚拟形象模型M1、标准虚拟形象骨骼B1、面部BlendShape集合BSC1权重导出基础设定集F1；根据某项附属模型多选附属模型Mx、标准虚拟形象骨骼B1、面部BlendShape集合BSC1权重导出附属模型设定集F2。
3、标准模型动画制作导出
3.1使用虚拟形象蒙皮Maya工程M1R1，按Maya标准动画制作流程制作身体动画和表情动画，保存当前阶段资源文件为虚拟形象动画Maya工程M1A1。
3.2使用虚拟形象动画Maya工程M1A1，选中标准虚拟形象骨骼B1本身及其所有子节点，烘培所有帧到动画时间轴。分别选中面部BlendShape集合BSC1中所有BlendShape，烘培所有所有驱动值到动画时间轴。选中MC所中所有Mesh，导出带动画模型设定集FA1。
3.3将带动画模型设定集FA1传入形象资源生成模块，生成标准动画数据集MA_1。
4、人像解析
4.1根据虚拟形象标准定义文件A1，按定义的附属特性通过深度学习方法建立附属特性分类服务Sx，如眉毛分类服务，发型分类服务，各自建立数据集分别进行训练分类模型Smx。根据形象标准定义文件A1、面部BlendShape集合BSC1、渲染交互模块建立对抗生成服务Gan1。
4.2导入或者从摄像头采集人像照片P1。
4.3将人像照片P1，传入附属特性分类服务Sx，利用分类模型Smx，对各种附属特性进行分类，输出分类参数PS_x。
4.4将人像照片P1，传入对抗生成服务Gan1，根据面部BlendShape集合BSC1生成脸型BlendShape调整参数集GS_1，人像自动生成流程如图7。
4.5根据虚拟形象标准定义文件A1，将多个分类参数PS_x与脸型BlendShape调整参数集GS_1传入形象资源生存模块，整合生成标准虚拟形象调整配置C。
5、形象定向修正：
5.1使用渲染交互模块导入标准虚拟形象调整配置C解析渲染成像
5.2使用者从渲染交互模块传入附属特性分类参数MC_x，改变标准虚拟形象调整配置C。
5.3使用者从渲染交互模块传入脸型预置修正集合代码MC_1x，改变标准虚拟形象调整配置C。
5.4将标准虚拟形象调整配置C导入为标准虚拟形象调整配置文件CF1。形象定向修正如流程图8。
6、应用渲染：
6.1使用者将渲染交互模块整合到自有功能或者app中，加载基础设定集F1、加载附属模型设定集F2、加载标准虚拟形象调整配置文件CF1，加载标准动画数据集MA_1，合成渲染到指定显示媒介。
综上，本发明基于Maya骨骼绑定和BlendShape形变、深度学习、特征预置参数类型、具有标准动画适应性的3D虚拟形象生成能力；用户在Maya中对3D虚拟角色的标准模型进行绑定，通过文件管理模块加载真人形象，在生成模块中解析，通过深度学习对面部次特征和面部附属特征进行分类识别，对脸型特征进行参数化，输出形象生成参数，渲染模块中将参数应用到3D标准形象之上，渲染到屏幕中，并在UI中点击按钮选择特征预置参数进行可视化实时定向调整，通过文件管理模块将参数序列化为可存储配置文件，最后引用功能中加载渲染模块反序列化还原配置文件，并应用到标准模型中；可根据主观需要对生成结果进行指向性调整。本发明可以应用于车上、手机、PC上所有需要构建3D个性化角色渲染应用的场合，方便用户的个性化设计，根据角色动态生成特定动画的3D虚拟拟人形象，满足自动化，风格化，可定制，对3D虚拟角色动画具有适应性，并且简捷，低成本可实施性好。
最后需要说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制技术方案，本领域的普通技术人员应当理解，那些对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (9)

1.一种自定义3D虚拟形象生成***，其特征在于，包括Maya绑定模块、文件管理模块、分类特征解析模块、脸形解析生成模块、形象资源生成模块和渲染交互模块；其中：
（1）Maya绑定模块
在Maya中按规范建立标准模型，并根据对身体、头部、面部进行绑定和导出；
（2）文件管理模块
将素材文件、中间文件导入脸形生成模块、脸形解析生成模块和渲染交互模块；将形象资源生成模块生成的变形配置序列化，即将数据以一定格式写到文件里，进行传输、存储和分发导出；将配置文件导入渲染模块进行渲染；
（3）分类特征解析模块
将文件管理模块导入的真人形象照片进行特征解析分类，并生成面部特征类型参数；
（4）脸形解析生成模块
将文件管理模块导入的真人形象照片和渲染交互模块对标准模型渲染进行对抗网络生成，生成基于标准模型的骨骼空间变形参数与BlendShape形变参数；
（5）形象资源生成模块
将分类特征解析模块生成的面部特征类型参数和脸形解析生成模块得到的骨骼空间形变参数和BlendShape参数进行整合，且与渲染交互模块传入的人工重定向调整参数进行融合，输出人性化3D形象参数配置；
（6）渲染交互模块
将人性化3D形象参数配置还原到标准模型显示到可视介质；并将人工调整参数传给形象资源生成模块，对形象进行反向编辑，并包含动画交互等其它功能。
2.根据权利要求1所述自定义3D虚拟形象生成***，其特征在于，所述（2）文件管理模块中的素材文件包括照片，中间文件包括绑定好的模型、制作好的动画、制作好的衣服配饰；配置文件包括脸部变形参数、捏脸配置参数、穿着配置参数和骨骼变形参数。
3.根据权利要求1所述自定义3D虚拟形象生成***，其特征在于，所述文件管理模块中的变形配置序列化为即将数据以一定格式写到文件里，进行传输、存储和分发导出；将配置文件导入渲染模块进行渲染。
4.一种自定义3D虚拟形象生成方法，其特征在于，采用权利要求1、2或3所述***，具体包括如下步骤：
1）用户在Maya中对3D虚拟角色的标准模型进行绑定，通过文件管理模块加载真人形象；
2）脸型解析生成模块解析，通过深度学习对面部次特征和面部附属特征进行分类识别，建立脸型特征参数数据库；
3）用户从脸型特征参数数据库中选择形象生成参数，进行形象定向修正；用渲染交互模块中将参数应用到3D标准形象之上，应用渲染到屏幕中；
4）在UI中点击按钮选择特征预置参数进行可视化实时定向调整，通过文件管理模块将参数序列化为可存储配置文件；
5）引用功能中加载渲染交互模块反序列化还原配置文件，并应用到标准模型中；
6）根据主观需要对生成结果进行指向性调整。
5.根据权利要求4所述自定义3D虚拟形象生成方法，其特征在于，所述3）中的形象定向修正包括：
5.1使用渲染交互模块导入标准虚拟形象调整配置C解析渲染成像；
5.2用户从渲染交互模块传入附属特性分类参数MC_x，改变标准虚拟形象调整配置C；
5.3用户从渲染交互模块传入脸型预置修正集合代码MC_1x，改变标准虚拟形象调整配置C；
5.4将标准虚拟形象调整配置C导入为标准虚拟形象调整配置文件CF1。
6.根据权利要求4所述自定义3D虚拟形象生成方法，其特征在于，所述应用渲染包括：
6.1使用者将渲染交互模块整合到自有功能或者app中，加载基础设定集F1、加载附属模型设定集F2、加载标准虚拟形象调整配置文件CF1，加载标准动画数据集MA_1，合成渲染到指定显示媒介。
7.根据权利要求6所述自定义3D虚拟形象生成方法，其特征在于，所述6.1中基础设定集F1为标准模型FBX；包含：标准模型多边形、BlendShape绑定、骨骼绑定、权重数据和/或贴图；加载附属模型设定集F2为附属模型FBX；包含：附属模型多边形、骨骼绑定、权重数据和/或贴图。
8.根据权利要求6所述自定义3D虚拟形象生成方法，其特征在于，所述6.1中加载标准虚拟形象调整配置文件CF1为包含所有模型设定配置的文件；包括：（1）所有基础模型修改数据集合：Mesh形变配置、色彩修正配置和骨骼形变配置；（2）所有附属模型设定数据集合：衣着配置、穿戴配置和次级特征配置；次级特征配置包括睫毛类型、瞳孔类型、发型、唇型和眉型。
9.根据权利要求6所述自定义3D虚拟形象生成方法，其特征在于，所述6.1中加载标准动画数据集MA_1为标准模型动画FBX：包含标准模型制作的动画。
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CN115936970A (zh) * 2022-06-27 2023-04-07 北京字跳网络技术有限公司 虚拟面部形象生成方法、装置、电子设备及存储介质
WO2024082180A1 (zh) * 2022-10-19 2024-04-25 云智联网络科技(北京)有限公司 一种虚拟形象塑造方法及相关设备

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