人脸漫画特征关系夸张及相像度优化

采用的就是漫画
创 作 规 则 进 行 开 发 的， 他 提 出 了 EDFM （ Exaggerating the Difference From Mean） 概念， 也就是比较当前人脸与平均人脸 10 － 11 ］ 之间的差别， 并且夸张这种差异程度 。 之后文献［ 等 在夸张方面都采用 EDFM 概念。漫画家 Lenn
对象 X i 中突出的特性可以通过对 X i 的 distinct i （ j） 值进 行排序获取： k = arg max distinct i （ j）
j =1 8
获取这 60 个特征点， 并通过这些特征点
（2）
如图 1 所示。尽管 AAM 是 在不同的人脸之间建立几何对应， 获得人脸形状的有效方法， 但在实际中由于人的姿态 、 光照以 及图片质量等因素的影响， 自动定位的效果仍然不够精准， 文 中采用一些辅助方法对特征点进行不同层次的调整 。 所有 83 个特征点按照人脸的常识分成 7 个有意义的特征， 分别为 人脸外部轮廓、 左右眉、 左右眼、 鼻子和嘴。
式（ 2 ） 得到的 k 值表示该对象 8 个比例中第 k 个比例具有 最突出的特性。 3 ） 夸张第 k 个特性： t） 珔 P（ = P （ j） + t Δ P i （ j） ； j = k i （3）
4 ） 其他突出特性夸张。 可以重复 2 ） 、 3）， 夸张第 2 个突 出的特性；依次类推。用户也可以自己指定突出的特性 。 1. 4 协调其他特性 前面提到， 人脸的所有特征之间都是相互关联的， 不可能 只单独改变一个， 而保持其他的不变。 所以， 在漫画创作中， 相互作用是一个重要的法则 。相互作用分成五官大小之间的 相互影响和五官位置之间的相互影响 。 1 ） 采用 T 型规则来模拟这些人脸成分之间位置变化的 相互作用。T 型规则
Exaggeration of features relationship and likeness optimization in caricature
CHEN Wenjuan SHI Mingyong SUN Qingjie
Animation School Communication University of China Beijing 100024 China
收稿日期：2009 － 05 － 11 ；修订日期：2009 － 07 － 02 。 作者简介：陈文娟（ 1978 － ） ， 女， 江西九江人， 讲师， 博士研究生， 主要研究方向：非真实感图形学、 图形图像处理； 石民勇（ 1962 － ） ， 男， 广 西桂林人， 教授， 博士生导师， 主要研究方向：计算机动画、 图论； 孙庆杰（ 1972 － ） ， 男， 河北河间人， 副教授， 博士， 主要研究方向：图形图像处 理、 移动多媒体。
［ 13 － 14 ］
图2
脸部特征之间关系突出特性 1 ） 计算比例关系。对于某个给定的任意对象 X i ， 可以计
j = 1， 2， …， 算出前面提到的 8 个比例， 在这里表示为 P i （ j） ， 珔之间的差值， 8， 并且计算它们与平均比例 P 即为 ΔP i = P i － 珔 P 。 本文选择 300 人作为实验对象以获取人脸特征之间 8 个 珔 。 比例的平均比例 P 2 ） 确定最突出的特性。 将每个特征比例进行标准化处 公式如下： 理， distinct i （ j） = Δ P i （ j） ； j = 1， 2， …， 8 珔 P （ j） （1）
［ 12 ］
提到， 漫画中
的夸张主要有两种：一种是人脸的成分与其他人脸的同一成 分之间的关系；另一种则是该成分与同一个对象脸上其他成 分之间的关系。前面提及的论文只考虑了第一种关系 。因此 3］ 文献［ 提出人脸特性的夸张不仅与平均值的差值有关， 而 4］ 且还和差值相对本身的变化量有关 。文献 ［ 明确地提出了
第 29 卷 2009 年 12 月
文章编号：1001 － 9081 （ 2009 ） S2 － 0301 － 04
计算机应用 Journal of Computer Applications
Vol. 29 Dec. 2009
人脸漫画特征关系夸张及相像度优化
陈文娟， 石民勇， 孙庆杰
（ 中国传媒大学 动画学院， 北京 100024 ） cwj@ cuc. edu. cn
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计算机应用
2009 年
两种不同的关系， 文中特别强调了人脸的各特征之间互相的 影响 4］ 本文在文献［ 的基础上用明晰的方法模拟两种不同的 首先利用第一种夸张关系算出最突出的特征关系， 然后 夸张， “T 型规则” “突出对比 ” 采用 和 分别模拟某特征与同一对象 脸上其他特征之间的位置关系以及大小关系 。以前采用漫画 规则的方法进行夸张时， 夸张的尺度都由人为决定， 所以对于 夸张的尺度是否还能够保持一张正常的人脸， 也就是如何将 这些夸张处理后的特征合成在漫画中是个难题， 尤其是那些 “比例 ” 的概念可以较好 夸张尺度较大的情况。 本文引入了 地处理人脸特征之间的合成 。
Abstract An algorithm for exaggeration and likeness optimization of facial features in caricature was proposed. Instead of comparing only the relationship between features of different subjects both the relationship between features of different subjects and the relationship between facial features of the same subject were applied to make the exaggerative effect more contrastive. A method of similarity measurement was introduced to describe the likeness between the caricature and its original subject. The likeness could be used to optimize the configuration of facial elements. Experimental results demonstrate that this approach can produce better artistic effects. Key words caricature exaggeration Hausdorff Distance HD Active Appearance Model AAM
［ 2］
是人脸的一种有意义的表征方式， 但是普通人并不擅长这种 所以很难通过这种艺术形式表达自己的观点 。 因 绘制方法， 此， 如何帮助普通人用漫画来表达自己的观点或者建立自己 的漫画形象是计算机图形图像领域的热点之一 。 在肖像漫画中， 夸张、 相像以及人物外在特点说明这三个 元素极其重要。首先， 漫画家必须决定人脸中哪些特性需要 “相像 ” 进行夸张以及夸张的尺度；而 强调肖像漫画与本人之 ； “人物外 间可辨识性， 也就是通过漫画依旧能够辨识出对象 在说明” 允许漫画家加入一些该对象的个人特性到漫画中， 例如该人的性格、 职业等， 这个特点很难用计算机来模拟 。 到 “相像” 目前为止， 漫画中的 元素由于缺乏参数来衡量漫画与 “相像度 ” ， 对象之间的 故而在计算机漫画算法中很少考虑 。 本 文 引 入 基 于 改 进 的 Hausdorff 距 离 （ Modified Hausdorff Distance，MHD） ［1］方法来测量肖像漫画与原始图片之间的相 像程度。利用该矩阵， 通过优化人脸五官的配置将相似度集 成到肖像漫画中， 确保生成的肖像漫画与原始对象之间具有 一定的相似性。 漫画中的夸张最初是对所有的特征点进行夸张， 例如文 2 － 3］ 献［ 等。随着不断地引入漫画理论， 计算机漫画将夸张 4 － 5］ 主要分为形状夸张和特征之间的关系夸张， 例如文献［ 等。脸部特征之间的关系夸张在漫画技巧中占据非常重要的
先确定坐标轴， 如图 2 所示， 连接点 A 和 B 确定水平轴， 连接 8 个比例分别为： AB 的中点 O 和下巴的底端 C 确定垂直轴。 w1 / w ， w2 / w ， w3 / w ， w4 / w ， w5 / w ， w， h1 / h ， h2 / h ， h3 / h，这 样 人 脸 的位置和大小关系被我们用一系列的比例来代表 。例如眼睛 之间的距离关系可以用 w3 / w 来描述。
要：提出一种漫画中人脸特征的夸张以及相像度优化算法 。 夸张部分不仅比较了不同漫画对象同一特征之 间的相互关系， 还比较了同一漫画对象里不同特征之间的相互关系 ， 使得夸张更加具有对比度 。 引入一种相像度测 摘 “相像度 ” ， 量方法， 以反映漫画结果与原始照片之间的相似性 。 根据计算得到的 进一步优化人脸特征之间的夸张 。 ， 。 分析与实验表明 该方法生成的漫画具有较好的艺术效果 关键词：漫画；夸张；豪斯多夫距离；主动外观模型 文献标志码：A 中图分类号： TP317. 4
0
引言
在当今的数字时代， 漫画的应用尤其广泛。 尽管说漫画
位置， 甚至不少漫画家
［ 6］
认为漫画中的 90% 都出自漫画家怎
么调整人脸特征之间的关系 。本文的夸张针对的就是漫画中 的特征关系夸张。对于夸张， 最直接的方法是提供用户辅助 工具进行漫画创作， 但是这些工具不能告诉用户如何进行夸 7 ］ 张， 例如文献［ 中的漫画系统。 有经验的漫画家可以用这 但是没有经验的用户可能很难决 些工具来生成有趣的漫画， 定哪些关系需要进行夸张 。采用基于样本的学习方法可以很 8－ 例如文献［ 好地捕捉难以用语言描述的艺术风格创作， 。然而在实际中， 9］ 我们很难得到大量具有相同风格或者来 自同一个艺术家的肖像漫画训练数据 。尤其是对于人脸特征 之间的关系， 如果采用基于样本学习的方法来捕捉脸型与五 官之间的全局关系， 那么将需要大量的训练数据对， 因为人脸 的每个特征的参数（ 包括位置、 缩放和角度） 结合在一起会产 。 生大量的组合， 很难进行分类 所以基于漫画创作规则的方 法更适合。最早 Brenman 开发的漫画系统
1
漫画中特征之间关系的夸张
肖像漫画倾向于强调对象的一个或者少数几个突出的特
每个人都可以有不同 性。但是对于突出对象的哪一个特点， 的看法， 这是漫画独特的特性之一 。例如， 某对象有一个小钮 扣般的鼻子， 有的人会选择突出这个小的鼻子， 有的人也可以 选择不去突出鼻子而是其他的人脸特征 。但是这并不意味着 人们可以随心所欲的夸张， 正常情况下我们不能把一个小钮 扣的鼻子夸张成一个大土豆般的鼻子 。本文的算法尽力模拟 大部分漫画家如何选择具有突出特性的人脸特征之间的关 系。由于人脸特征的描述是相对的， 例如大鼻子和小鼻子， 是 并不是说物理大小。 所以在文 相对于这个人的整体而言的， 中引入了比例的概念， 通过比例之间的关系， 可以将关系控制 在当前这个对象基础上 。 12 ］ 文献［ 提到的两种夸张关系的观点说明了漫画除了 突出少数几个突出的特征之外， 还需要关注漫画之间的相互 “T 型规则 ” 关系。本文提出了 来模拟位置之间的相互关系， “突出对比” 以及 来模拟大小之间的相互关系 。 1. 1 脸部特征点的定义 4 针对脸部制订的脸部定义参数和脸部动画 参考 MPEG修订出符合本系統需求的 60 个特征点来描述人 参数的规则， 脸 的 几 何 结 构。 采 用 主 动 外 观 模 型 （ Active Appearance Model，AAM）