表情动画在动作捕捉系统中的实现
运动捕获技术在三维动画角色面部表情设计的运用
湖南科技出版社2001年版，99页。
⑨[意]达·芬奇著，《达·芬奇论绘画》，戴勉译，人民美术出版社1979年版，26-27页。
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Dante Gabriel Rossetti: His Family letters . Boston Roberts Brothers,1895, p. 53.《通感隐喻的认知基础和哲学意义》，《外语与外语教学》2008年第4期。
，赵京华、王成译，《美学入门》，四川人民出版社2008年版，18页。
王金玲：中国美术学院在读博士 华南师范大学美术学院讲师◇ 张漫宇 Zhang ManyuThe Application of Motion Capture Technology to the 3D Animated Characters’ Facial Expressions Design运动捕获技术在三维动画角色面部表情设计的运用 引 言表情是人类用来表达情感的一种方式，是非语言交流中的一种有效手段。
人的面部表情作为一种刻画情绪、认知、主体状态的方法，其携带的信息含有丰富的个体行为信息，是与人类情感、精神状态、健康状态等诸多因素相关的一种复杂的表达方式。
近年来，随着计算机图形技术的发展，计算机动画技术合成人的面部表情动画是当前动画学科研究的一个重点，它使得动画制作者能够以演员的表演动作和表情直接驱动动画形象模型，受到了动画制作者们更多的关注，实现计算机对人脸表情的理解与识别将从根本上改变人与计算机的关系，对于自然和谐的人机接口目标的实现，具有相当重要的意义。
一、三维人脸运动捕捉技术研究的现状分析自从1972年Frederic I. Parke 发表《Computer GeneratedAnimation of Faces》[1]以来，人脸真实感建模及表情重构研究的成果已不计其数。
近几年，好莱坞电影中人体特技及动画影视作品经常用到运动捕捉系统，美国好莱坞建立了一个魔神运动捕捉工作室，安装有48个摄像头，专门用于电影制作。
实现3D动态人物表情和口型的方法
实现3D动态人物表情和口型的方法引言：3D动态人物表情和口型技术是近年来计算机图形学领域的研究热点之一。
它可以为数字化角色赋予更加逼真的表情和模仿口型运动。
本文将详细介绍实现3D动态人物表情和口型的方法，并分步骤进行讨论。
一、三维建模1. 确定人物模型：选择适当的三维人物模型作为基础，可以是从头开始建模，亦可以使用现有的模型进行修改。
2. 设置面部结构：在人物模型中添加面部结构，包括眼睛、嘴巴、鼻子等关键部位，并将其与人物的骨骼系统连接。
二、人脸捕捉与追踪1. 人脸捕捉：使用专业的人脸捕捉设备（如深度相机或摄像头）对人脸进行捕捉，获取人脸的关键点坐标。
2. 人脸追踪：通过人脸追踪算法将关键点坐标与人物模型的面部结构进行匹配，实现人物面部的动态捕捉。
三、表情驱动系统1. 表情定义：确定人物所需要表现的各种表情，如开心、悲伤、愤怒等，并将其编码为相应的数学表达式或控制参数。
2. 表情驱动：将表情定义与面部结构连接，通过数学表达式或控制参数调整面部结构的形状，使之与所需表情一致。
四、口型动画1. 语音识别：使用语音识别技术将输入的语音转化为文字。
2. 口型定义：根据不同的语言和音素，定义相应的口型动画序列以模仿口腔的形状和运动。
3. 口型驱动：将语音转化的文字与口型动画序列进行匹配，通过调整面部结构的形状模拟口型运动。
五、光照与渲染1. 定义光源：确定场景中的光照位置和属性，如光源的位置、颜色、强度等。
2. 材质设置：为人物模型和场景设置适当的材质属性，包括反射率、透明度等。
3. 渲染处理：通过渲染引擎对场景进行处理，包括光照的计算和图像的生成，使人物表情和口型在场景中逼真呈现。
六、动画绑定与控制1. 绑定人物与模型：将人物的骨骼系统与模型进行绑定，确保模型能够根据骨骼动态变化。
2. 动画控制：通过关键帧动画或动画控制器对人物进行动画指定，包括姿态、表情、口型的状态切换和变化。
七、测试与优化1. 测试和验证：将生成的3D动态人物表情和口型应用于虚拟场景或真实场景中，观察其逼真程度和准确性。
运动捕捉简介
运动捕捉简介编者按：伴随着CG产业的飞速发展，运动捕捉技术（Motion Capture）⽇趋成熟。
运动捕捉系统正越来越多的应⽤于影视、动画、游戏的制作中，与此同时也带动系统制造商朝着提升稳定性、追求操作效率、拓展系统应⽤弹性以及降低系统成本等⽅向全⾯发展。
在国内，虽然⽬前只有少数⼏家企业拥有此类设备，但对运动捕捉系统的需求正在飞速膨胀，业界也正以前所未有的眼光关注这项技术。
据统计，⽬前国内三维制造业对运动捕捉系统的使⽤⽐例⾼达60%，更多企业通过合作或租⽤等⽅式将运动捕捉系统应⽤于⾃⼰的产品中，⽽诸如迪⽣、东锐等系统制造商也纷纷加⼊进来，研发具有⾃主知识产权的国产运动捕捉系统。
CGM在前⼏期曾对运动捕捉有过介绍性的⽂章，⼩编希望通过这期的内容使读者对运动捕捉系统有⼀个较为全⾯的认识，同时对这⼀系统在⾏业内的应⽤起到积极的推动作⽤。
运动捕捉技术是记录⼈体运动信息以供分析和回放的技术。
捕捉的数据既可简单到记录躯体部件的空间位置，也可复杂到记录脸部和肌⾁群的细致运动。
⽽应⽤在电脑⾓⾊动画的运动捕捉则涉及到如何把真⼈动作转换为数字演员的动作，这种转换映射可以是直接的，像⽤真⼈演员的⼿臂运动控制数字演员的⼿臂动作；也可以是间接的，像⽤真⼈演员的⼿臂和⼿指动作来控制数字演员的⽪肤颜⾊和情绪等。
在表演动画系统中，表演者负责根据剧情做出各种动作和表情，运动捕捉系统将这些动作和表情捕捉并记录下来，然后通过动画软件，⽤这些动作和表情驱动⾓⾊模型，⾓⾊模型就能做出与表演者⼀样的动作和表情，并⽣成最终所见的动画序列。
运动捕捉的任务是检测、记录表演者的肢体在三维空间的运动轨迹，捕捉表演者的动作，并将其转化为数字化的"抽象运动"。
实际上，运动捕捉的对象不仅仅是表演者的动作，还可以包括物体的运动、表演者的表情、相机及灯光的运动等。
这⼀技术是⽬前表演动画系统中最关键、最复杂也是最不成熟的⼀个环节，是表演动画系统不可缺少的部分。
AE中实现生动角色表情动的技巧
AE中实现生动角色表情动的技巧Adobe After Effects（以下简称AE）是一款强大的视频编辑和特效制作软件，被广泛应用于电影、电视、广告等行业。
其中一个重要的应用领域就是角色动画制作。
在角色动画中，角色的表情动作是非常重要的因素之一，能够为角色注入生命力和情感。
本文将介绍AE中实现生动角色表情动的技巧，并提供一些实用的方法和建议。
一、角色表情的准备工作在制作角色表情动画之前，首先需要准备以下素材和工具：1. 角色设计：设计一个独特、有特色的角色形象。
角色的颜色、体型、表情特征等都会直接影响到最终的表情动画效果。
2. 角色分解图：将角色的不同部位进行分解并标注，比如头部、眼睛、嘴巴、眉毛、手臂等。
这样可以更好地控制每个部位的动作。
3. 表情元件：根据角色设计，制作各种表情元件，如眨眼、张嘴、笑脸等，用于后续的角色表情变化。
二、关键帧动画与过渡在AE的时间轴中，使用关键帧来控制角色的表情动作。
以下是一些常用的关键帧动画技巧：1. 逐帧动画：在时间轴上逐帧绘制角色不同表情，形成平滑自然的表情变化。
可以使用工具如AE自带的绘图板或其他绘图软件，在每一帧上绘制不同的表情。
2. 关键帧插值：利用AE提供的关键帧插值功能，对角色表情进行平滑过渡。
通过设置不同的插值曲线，可以控制表情的速度和形状，使角色的表情变化更加真实流畅。
3. 表情切换：使用AE的过渡效果，如淡入淡出、旋转等，将不同表情之间进行平滑过渡，增加角色表情的变化层次感。
三、利用表情控制器实现动态变化为了更方便地控制角色表情的动态变化，可以利用AE的表情控制器工具来实现。
以下是一些应用表情控制器的技巧：1. 创建表情控制器：在AE中使用形状图层和表达式工具创建表情控制器，可以根据需要控制角色不同部位的表情变化。
比如通过滑动条控制眉毛的上下移动、通过旋转控制嘴巴的开合等。
2. 表情链接：利用AE的表达式语言，将角色的不同部位进行链接，使它们能够协调动作。
充满魅力 Blender表情捕捉与动画制作教程
充满魅力：Blender表情捕捉与动画制作教程Blender是一款强大而受欢迎的3D建模和动画制作软件。
它为用户提供了广泛的功能和工具，使他们能够创建出令人惊叹的虚拟世界。
在本教程中，我们将学习如何使用Blender的表情捕捉功能和动画制作技巧。
首先，让我们来了解表情捕捉。
表情捕捉是一种技术，可以从人脸上捕捉到微妙的表情和情感，并将其应用于虚拟模型上。
在Blender中，我们可以通过使用形状关键帧录制器来实现表情捕捉。
首先，确保你有一个已经建模好的虚拟模型，然后按下空格键，选择“形状关键帧录制器”选项。
接下来，在“属性”选项卡下，点击“新建”按钮创建一个新的形状关键帧。
然后，你可以通过移动、旋转或缩放虚拟模型来记录不同的表情。
当你完成一个表情之后，点击“录制”按钮将其保存下来。
重复这个过程以记录更多的表情。
接下来，我们来学习动画制作技巧。
动画制作是Blender的一个核心功能，它可以给你的虚拟模型带来生命。
首先，选择你要动画的对象，并将时间轴设置为你想要的动画时长。
然后，使用“I”键创建一个关键帧，该关键帧将记录对象在当前位置的状态。
然后，在时间轴上移动到下一个时间点，并再次移动对象到新位置，并创建另一个关键帧。
通过不断重复这个过程，你可以创建一个平滑的动画效果。
还可以使用曲线编辑器来进一步调整动画的速度和曲线。
此外，Blender还提供了一些高级的动画制作工具和技巧，如动力学和逆向动力学。
动力学可以模拟物体之间的物理相互作用，例如碰撞、重力和摩擦力。
逆向动力学可以用来创建复杂的角色动画，例如走路、跑步或跳跃。
通过使用这些工具，你可以为你的虚拟模型添加更多的真实感和动态效果。
最后，我想提醒大家Blender是一个非常强大的软件，但同时也有一些学习曲线。
如果你是一个初学者，建议你从一些基本的教程开始，逐步掌握Blender的功能和技巧。
还可以参加一些线上或线下的培训课程，以加速你的学习过程。
当然，实践是最重要的，尝试不同的技术和方法，并在实践中不断改进和创新。
实时运动捕捉及虚拟人物动画生成技术研究
实时运动捕捉及虚拟人物动画生成技术研究随着科技的不断发展，计算机图形学与虚拟现实技术的应用已经渗透到了各个领域中，其中广泛应用的一种技术是实时运动捕捉及虚拟人物动画生成。
这种技术是通过识别并记录物体或人体运动轨迹，并在计算机中生成对应的动画，从而实现人机交互的过程。
本文将探讨实时运动捕捉及虚拟人物动画生成技术的原理及应用。
一、实时运动捕捉技术实时运动捕捉技术又称实时动作捕捉技术，是一种通过传感器等设备对物体或人体的动作轨迹进行跟踪和捕捉的技术。
传感器可以采用惯性传感器、光学传感器、电磁传感器、声波雷达等多种形式，通过记录被捕捉物体或人体的运动姿态和轨迹，生成轨迹数据，再由计算机进行处理和重建，并最终生成对应的动画，实现被捕捉物体或人体的运动和动态展示。
实时运动捕捉技术的主要应用领域包括动作捕捉、虚拟现实、游戏开发、影视特效、医学模拟等领域。
在动作捕捉领域，实时运动捕捉技术可以应用于体育运动员的动作分析、舞蹈表演的动作研究以及机器人等领域。
在虚拟现实领域，实时运动捕捉技术可以实现人机交互、情景重演以及虚拟现实游戏等应用。
在游戏开发领域，实时运动捕捉技术可以实现游戏角色的动作表现和游戏场景的模拟。
在影视特效领域，实时运动捕捉技术可以应用于特技动作捕捉和特效创作。
在医学模拟领域，实时运动捕捉技术可以模拟身体移动姿势和手术模拟等。
二、虚拟人物动画生成技术虚拟人物动画的生成是实时运动捕捉技术的一个应用领域，其主要目标是通过虚拟人物的动画表现来使人们沉浸在虚拟环境中。
虚拟人物动画的生成需要先实现对人体运动姿态的捕捉，并将人体运动信息转换成计算机能够理解和处理的数据形式，再使用计算机图形学和动画技术进行重建、合成和渲染等，最终生成流畅、自然、逼真的动画效果。
虚拟人物动画生成技术的实现过程包括运动捕捉、三维建模、动画制作等多个环节。
运动捕捉环节通过传感器等设备对人体动作轨迹进行记录和捕捉，得到人体姿态数据。
三维建模环节将姿态数据转换成三维模型，并进行完善、细节修饰等操作，使其更加真实。
电影制作动作捕捉技术在电影特效制作中的应用
电影制作动作捕捉技术在电影特效制作中的应用电影是现代文化的重要组成部分，而电影特效制作则是电影工业中至关重要的一环。
近年来，随着科技的不断发展，动作捕捉技术在电影特效制作中扮演着越来越重要的角色。
本文将探讨电影制作动作捕捉技术在电影特效制作中的应用，并分析其对电影制作的影响。
一、动作捕捉技术的定义和原理动作捕捉技术是一种将真实世界的运动数据捕捉并映射到虚拟角色或物体上的技术。
它通过使用传感器、摄像头和计算机图形学等装置来记录演员或物体的运动轨迹和动作。
随后，这些数据将被传输到计算机程序中，由程序生成虚拟角色的动画。
二、动作捕捉技术在电影特效制作中的应用1. 虚拟角色动画制作：传统的动画制作需要由动画师逐帧绘制，费时费力。
而使用动作捕捉技术，演员的动作能够直接被捕捉到，可以更好地还原真实的动作，并且能够更加高效地制作大量复杂的动画特效。
2. 角色动态表情制作：除了身体动作，脸部表情对于角色的塑造也非常重要。
动作捕捉技术可以精确捕捉演员的脸部表情，使得虚拟角色的表情更加真实自然。
3. 特殊效果制作：动作捕捉技术也可以应用于特殊效果的制作中。
例如，通过捕捉真实演员的动作，可以更加准确地模拟出破碎、爆炸等特殊效果，使得电影场景更加震撼和逼真。
4. 动态相机技术：动作捕捉技术不仅可以应用于角色的动作捕捉，还可以应用于摄影机的运动捕捉。
通过捕捉摄影机的运动，可以更好地控制镜头的运动轨迹，使得电影画面更加流畅和有节奏感。
三、动作捕捉技术对电影制作的影响1. 提高制作效率：传统的动画制作需要耗费大量的时间和人力资源，而动作捕捉技术可以有效地提高制作效率，节省制作时间和成本。
2. 提升电影质量：动作捕捉技术可以还原真实的动作和表情，使得虚拟角色更加真实自然。
这样可以提升电影的观赏体验，提高电影的质量。
3. 拓展创作空间：动作捕捉技术可以实现一些传统手绘等传统技术无法实现的效果，为电影制作带来更多的创作空间和可能性。
动漫设计中的动态演出和动作捕捉技术
动漫设计中的动态演出和动作捕捉技术动漫作为一种独特的艺术形式，通过绘画和动画技术来呈现故事情节和角色形象。
而在动漫设计中，动态演出和动作捕捉技术起着至关重要的作用。
它们不仅能够使角色动作更加自然流畅，还能够增加作品的真实感和观赏性。
动态演出是指通过绘画和动画技术将角色的动作表现出来。
在传统的动漫设计中，动态演出是通过手绘每一帧来实现的，这需要动画师们耗费大量的时间和精力。
然而随着技术的发展，动态演出的制作方式也在不断改进。
如今，许多动漫制作公司采用了计算机生成的动画技术，通过软件来实现角色的动态演出。
这种方式不仅提高了制作效率，还能够使动作更加精准和流畅。
动作捕捉技术是指通过专门的设备和软件来捕捉真实人体的动作，并将其应用到动漫角色中。
这种技术的应用可以使动漫角色的动作更加真实，增加观众的代入感。
动作捕捉技术的原理是通过在人体关节上安装传感器，记录人体在不同动作下的运动数据。
然后将这些数据输入到计算机中，通过软件将其转化为动画角色的动作。
这种技术的应用不仅提高了动漫制作的效率，还能够使动作更加细腻和真实。
动态演出和动作捕捉技术的应用不仅在动漫设计中，还广泛应用于电影、游戏等领域。
在电影制作中，动态演出和动作捕捉技术可以使特效更加逼真，增加观众的观影体验。
在游戏制作中，动态演出和动作捕捉技术可以使游戏角色的动作更加自然，提高游戏的可玩性和趣味性。
然而，动态演出和动作捕捉技术的应用也存在一些挑战和问题。
首先，动态演出和动作捕捉技术的设备和软件价格较高，对于一些小型动漫制作公司来说可能难以承担。
其次，动态演出和动作捕捉技术的应用需要专业的技术人员进行操作和处理，这对于一些缺乏技术人才的公司来说也是一个挑战。
此外，动态演出和动作捕捉技术的应用也需要与角色设计和剧情融合，才能达到最佳的效果。
总的来说，动态演出和动作捕捉技术在动漫设计中起着重要的作用。
它们不仅能够使角色动作更加自然流畅，还能够增加作品的真实感和观赏性。
AE运动捕捉与人物动画制作
AE运动捕捉与人物动画制作Adobe After Effects（简称AE）是一款常用于视频特效合成和后期处理的软件。
在AE中，运动捕捉是一项非常重要的技术，它可以使人物动画更加生动和逼真。
本文将介绍AE中的运动捕捉技术和人物动画制作的一些技巧。
首先，我们需要准备一个人物的素材，包括人物的正面、侧面和背面视角的图片或视频。
将这些素材导入AE中并创建一个新的合成。
然后，选择一个图片或视频作为基准图层，这将成为我们进行运动捕捉的参考。
接下来，我们需要创建几个关键帧来标记人物的关键位置和姿势。
在AE的时间轴中，将光标拖动到合适的位置，选择运动跟踪功能并选择我们的参考图层。
点击“跟踪”按钮开始进行运动跟踪。
AE将自动分析参考图层并找到运动轨迹。
当运动跟踪完成后，我们可以在跟踪点上选择“创建控制器”。
这将为每个跟踪点创建一个控制器图层，以便我们可以方便地控制人物的运动。
接下来，我们需要将人物的素材与控制器图层关联起来。
选择一个素材图层，右键点击并选择“添加表达式”-“链接到控制器”。
在表达式的输入栏中，选择我们之前创建的控制器图层，并选择我们想要关联的属性，如位置、旋转等。
这样，素材图层将根据控制器图层的运动进行相应的变化。
在完成关键帧和链接后，我们可以进一步调整人物的动画。
在AE的时间轴中，选择合适的位置并调整控制器图层的属性值。
这将改变人物的姿势和位置，并在时间轴上创建新的关键帧。
另外，AE还提供了一些进阶的技术，如运动模糊和物体跟踪。
通过运动模糊，我们可以增加人物运动时的模糊效果，使动画更加真实。
而物体跟踪技术可以自动识别人物在视频中的位置，进一步提高运动捕捉的精度。
最后，我们可以通过添加其他的特效和音效来进一步完善人物动画。
在AE中，我们可以轻松地添加火焰、闪电、爆炸等特效，并在时间轴上调整它们的出现和消失时间。
此外，我们还可以导入音频文件并在时间轴中设置音效的启动和停止时间。
总结起来，AE的运动捕捉和人物动画制作是一个复杂而有趣的过程。
动作捕捉系统
动作捕捉系统动作捕捉是实时地准确测量、记录物体在真实三维空间中的运动轨迹或姿态，并在虚拟三维空间中重建运动物体每一时刻运动状态的高新技术。
动作捕捉最典型的应用是对人物的动作捕捉，可以将人物肢体动作或面部表情动态进行三维数字化解算，得到三维动作数据，用来在CG 制作等领域中逼真地模仿、重现真人的各种复杂动作和表情，从本质上提升CG 动作效果；更重要的是让CG 动作制作效率提高数百倍，大大节省了人力成本和制作周期，制作者可以将更多精力投入在CG 创意和细节刻画等方面，大幅提升产品的整体制作水平。
动作捕捉系统是指用来实现动作捕捉的专业技术设备。
系统组成不同的动作捕捉系统依照的原理不同，系统组成也不尽相同。
总体来讲，动作捕捉系统通常由硬件和软件两大部分构成。
硬件一般包含信号发射与接收传感器、信号传输设备以及数据处理设备等；软件一般包含系统设置、空间定位定标、运动捕捉以及数据处理等功能模块。
信号发射传感器通常位于运动物体的关键部位，例如人体的关节处，持续发出的信号由定位传感器接收后，通过传输设备进入数据处理工作站，在软件中进行运动解算得到连贯的三维运动数据，包括运动目标的三维空间坐标、人体关节的6自由度运动参数等，并生成三维骨骼动作数据，可用于驱动骨骼动画，这就是动作捕捉系统普遍的工作流程。
系统分类及简介动作捕捉系统种类较多，一般地按照技术原理可分为：机械式、声学式、电磁式、惯性传感器式、光学式等五大类[1]，其中光学式根据目标特征类型不同又可分为标记点式光学和无标记点式光学两类。
近期市场上出现所谓的热能式动作捕捉系统，本质上属于无标记点式光学动作捕捉范畴，只是光学成像传感器主要工作在近红外或红外波段。
机械式动作捕捉系统依靠机械装置来跟踪和测量运动轨迹。
典型的系统由多个关节和刚性连杆组成，在可转动的关节中装有角度传感器，可以测得关节转动角度的变化情况。
装置运动时，根据角度传感器所测得的角度变化和连杆的长度，可以得出杆件末端点在空间中的位置和运动轨迹。
动作捕捉的技术原理和应用案例
动作捕捉的技术原理和应用案例动作捕捉技术是一种基于运动学和动力学理论的计算机辅助设计和动画制作技术。
它可以将人体运动、物体运动以及其他任何运动转换成数字信号，以便更好地分析和表示。
动作捕捉的背景在现实生活中，我们经常需要对人体或物体运动进行观测和分析，并将其转化成数字信号以便我们更好地进行可视化或仿真。
例如，对于运动员的训练，就需要记录他们的动作和姿态，以便分析他们的技巧和提高训练效果。
同样，在影视、游戏等领域，对于人物的动作捕捉也是非常必要的。
动作捕捉的原理动作捕捉技术的实现需要采用一定的原理和方法。
简单来说，动作捕捉技术的基本原理就是通过一系列传感器从物体或人体上采集运动数据，然后用计算机对这些数据进行处理，最终形成3D 动画或其他形式的可视化数据。
传感器的种类和工作原理传感器是动作捕捉技术的关键，在不同的应用场景中，传感器的类型和数量也有所不同。
常用的传感器有惯性传感器、光学传感器、电磁传感器等。
惯性传感器是一种可以测量物体运动状态的传感器，主要测量物体加速度和角速度。
光学传感器是利用光学原理进行测量的传感器，可以测量透过其视野中物体的3D位置和姿态信息。
电磁传感器则是通过利用电磁感应原理测量物体的位置和角度的传感器。
传感器的配合和数据处理在动作捕捉中，传感器并不是单独使用的，通常会进行配合以实现更好的数据采集效果。
例如，在演员表演时，会在演员的身体上装备多个惯性传感器，利用惯性传感器录制动作数据，再通过光学传感器来记录人体的运动路径、步态和姿态等信息。
在采集到数据后，就需要通过计算机进行处理，得到真正的动作信息。
数据处理的流程主要包括数据预处理、数据配对和数据解算等步骤。
数据预处理负责对采集到的数据进行清洗、校准和筛选，以保证数据的准确性和可信度。
数据配对则是对不同传感器之间的数据进行匹配，得到完整的数据集。
数据解算则是对采集到的数据进行解算，得到真正的动作数据。
动作捕捉的应用案例动作捕捉技术的应用非常广泛，无论是在娱乐领域还是工业应用中都有很多实际的案例。
面部捕捉 原理
面部捕捉原理
面部捕捉（Facial capture）是一种技术，通过使用摄像机或传
感器来捕捉人脸的动态信息，以便在计算机图形、虚拟现实或动画领域中用于创建逼真的人脸动画。
面部捕捉技术可以追踪和记录人脸的运动、表情和肌肉活动，从而使数字角色或虚拟人物能够根据实际人脸的表现进行动态表情和运动。
面部捕捉技术的原理是利用摄像机或传感器捕捉人脸的图片或视频，并使用计算机算法和模型分析和识别各种面部特征，如眼睛、鼻子、嘴巴、眉毛等。
这些特征点的位置和运动被记录下来，并转化为数字数据，用于控制虚拟角色的面部动作和表情。
在面部捕捉技术中，最常用的传感器是红外光学传感器或
RGB摄像机。
红外传感器可以通过红外光的反射和吸收来获
取面部的深度信息，从而实现对人脸形状和运动的精确捕捉。
而RGB摄像机可以捕捉到人脸的颜色信息，辅助进行面部特
征的识别和跟踪。
面部捕捉技术的应用非常广泛。
在电影、游戏和广告等领域中，利用面部捕捉技术可以为虚拟角色带来更加逼真的面部表情和动作，增强用户的沉浸感。
此外，面部捕捉技术还可以用于人机交互和虚拟现实系统中，通过准确捕捉用户的面部表情和动作，实现更加自然和直观的交互体验。
总之，面部捕捉技术通过利用摄像机或传感器来捕捉和分析人
脸的动态信息，可以实现逼真的人脸动画和面部表情，为电影、游戏和虚拟现实等领域提供更加生动和真实的视觉体验。
基于运动捕捉数据的人脸表情动画研究
基于运动捕捉数据的人脸表情动画研究目录第一章绪论 (1)1.1课题背景和研究意义 (1)1.1.1 课题背景 (1)1.1.2 课题研究意义 (1)1.2 国内外技术现状 (2)1.3 表情动画的应用 (4)1.4 本文的主要研究内容及章节安排 (6)第二章人脸表情动画 (9)2.1 2D人脸动画 (9)2.2 3D人脸动画 (9)2.3 表演驱动的人脸动画 (10)2.4 人脸表情动画变形算法 (11)2.4.1 拉普拉斯算子 (11)2.4.2 平均值坐标 (12)2.4.3 RBF插值算法 (13)2.4.4 人脸特征点 (15)2.4.5 人脸轮廓线 (17)2.5 本章小结 (19)第三章数据驱动的人脸表情动画的实现 (21)3.1 人脸表情运动捕捉 (22)3.1.1 确定41个特征点 (22)3.1.2 确定六种典型表情 (24)3.2个性化人脸模型 (25)3.2.1 RBF插值 (26)3.2.2 纹理映射 (26)3.3 个性化人脸动画 (27)3.3.1 个性化模型的分区及特征点 (27)3.3.2 分区离散数据的插入 (28)3.3.3 形状融合 (28)3.4 实验结果与分析 (28)3.5 本章小结 (31)第四章表情克隆的人脸动画 (33)III4.1 人脸表情克隆概述 (33)4.2 表情克隆中的主要问题 (34)4.2.1 模型配准 (35)4.2.2 变形迁移 (37)4.3 基于RBF的人脸表情克隆算法 (39)4.4 基于拉普拉斯算子的人脸表情克隆算法 (40) 4.5 人脸表情克隆算法的优化 (41)4.6 本章小结 (42)第五章数据驱动的人脸克隆表情的实现 (43) 5.1 运动数据的捕捉和处理 (43)5.2 特征点的选取 (43)5.3 人脸表情的克隆 (43)5.4实验结果与讨论 (44)5.5 本章小结 (47)第六章结论 (49)6.1 总结 (49)6.2 前景展望 (49)参考文献 (51)攻读学位期间所取得的相关科研成果 (55)致谢 (57)IV河北工业大学硕士学位论文第一章绪论1.1课题背景和研究意义1.1.1 课题背景产生极富表现力并且逼真的3D人脸模型是人脸动画的首要目标。
live2d捕捉原理
live2d捕捉原理为了让文章更加易读和美观，本文将采用论述式的格式进行介绍，并提供适当的小节标题以帮助读者理解。
以下将详细介绍live2d捕捉原理。
I. 什么是live2d？live2d是一种实时的二维动画技术，可以将静态的二维图像转化为具备动画效果的角色。
通过live2d，角色可以实现眨眼、头部转动、呼吸等自然而流畅的动作。
这项技术已经广泛应用于虚拟偶像、游戏角色以及聊天机器人等领域。
II. live2d捕捉原理概述live2d的捕捉原理基于深度学习方法，通过对人脸或物体进行标记点的检测和定位，从而实现动画模型的创建与控制。
下面将详细介绍live2d捕捉原理的几个关键步骤。
1. 图像采集与预处理在捕捉过程中，首先需要对相关角色进行拍摄或录像。
这些素材通常需要包括不同表情、姿态和角度的图像，以便生成一个完整而多样的模型。
然后对图像进行预处理，包括去噪、亮度调整等，以提高后续处理的准确性。
2. 特征点标记与识别接下来，对每个采集到的图像进行特征点标记。
这些特征点通常包括眼睛、嘴巴、眉毛、鼻子等关键部位。
为了提高识别准确性，可以借助于神经网络或人工智能算法进行面部特征点的自动检测。
3. 数据训练与建模在特征点标记完成后，需要将图像数据转化为用于模型训练的有效格式。
这一步通常涉及到数据清洗、转换和归一化等处理。
然后，利用机器学习算法对这些数据进行训练，以创建一个准确的模型。
4. 动画角色生成与控制一旦模型训练完成，可以通过引入动画技术来生成并控制live2d角色。
在这一步中，可以针对每个特征点进行动画效果的设计和调整，从而实现角色的自然呼吸、眨眼、移动等动作。
III. live2d捕捉原理的应用live2d捕捉原理在各种实际应用中发挥着重要的作用。
以下是几个例子：1. 虚拟偶像通过live2d捕捉原理，可以将二维虚拟偶像栩栩如生地呈现在观众面前。
这些虚拟偶像可以通过动画效果与用户进行交互，增加娱乐性和互动性。
采集表情状态原理
采集表情状态原理
采集表情状态的原理主要基于图像处理和机器学习技术。
下面是一些关键步骤和概念：
1. 图像采集：首先，需要使用摄像头或其他图像采集设备来捕捉面部表情。
这通常涉及使用高清摄像头，以确保捕捉到足够的面部细节。
2. 预处理：在捕捉到图像后，需要进行一些预处理操作，如去噪、对比度增强等，以提高图像质量。
3. 特征提取：为了识别特定的表情，需要从图像中提取出一些关键特征。
这可能包括眼睛、嘴巴、眉毛等部位的形状、大小和位置。
4. 分类器训练：使用机器学习算法（如支持向量机、神经网络等）对提取的特征进行训练，使其能够识别不同的表情。
这一步通常需要大量的标注数据，以便算法能够学习如何区分不同的表情。
5. 实时处理：一旦训练完成，系统就可以实时地对输入的面部图像进行分类和识别。
这通常涉及在捕捉到的图像上运行预训练的模型，以识别并分类表情。
6. 反馈：最后，系统可以生成反馈或响应，以根据识别的表情采取行动。
例如，如果检测到用户正在微笑，系统可能会提供积极的反馈或响应。
请注意，这只是一个高级概述，实际的过程可能涉及更多的技术细节和复杂性。
此外，由于面部表情的多样性和复杂性，开发一个准确、可靠的面部表情识别系统仍然是一个挑战性的任务。
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一、脸部表情动画在光学式动作捕捉技术 中的实现
在于光照条件的改变、脸部角度的不同、脸部表 情的变化、年龄增长带来的变化等等。尽管用计 算机实现自然和真实感的脸部表情动画非常困 难，但在这个领域已经取得了显著的进展，现已 能够生成非常逼真的脸部表情动画。
脸部表情动画的研究大致可以从基于几何、 基于图像、基于运动跟踪这三个角度来分类。其 中，几何操作又可分为关键帧插值法、参数化方 法、肌肉模型法等；图像操作可分为图像变形、动 态纹理映射、面色变化的表情等。而运动跟踪的 方法主要是指利用运动捕捉系统进行识别。目 前，使用光学式运动捕捉系统将脸部表情识别出 来，是实现真实脸部动画的一种不错的选择。
能。 凸印的触感类似于凸版印刷，但是控制能
力更高——凸印可设置高度变化，能一瞬问抓 住读者的注意力，进而提高阅读率和响应率， 因此用户可高度模仿特定图像的纹理。
凸印墨可与ＮＥＸＰＲＥＳＳ彩色数码印刷机 支持的大量承印物配合使用，极大拓展了此技 术的应用领域。凸出的文字和图形可在如画 册、日历、贺卡、邀请函、说明书、名片、证书、直 邮等印品上呈现。和所有柯达ＮＥＸＰＲＥＳＳ第 五成像单元解决方案一样，凸印生产的印品也 是可回收的。凸印不需要任何特殊脱墨处理， 不使用挥发性有机化合物（ｖｏｃ）。
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表情动画
在动作捕捉系
廖小兵
在动画领域中，脸部表情的识别一直是一个 跟踪脸部特征。本文拟从光学式脸部捕捉技术的
瓶颈。脸部属于人体的一部分，是人类相互表达 运用，探讨表情动画在动作捕捉系统中的实现。
情感的重要部分。但由于其本身的特殊性，如五 官的分布、肤色的变化、具有各种各样的表情等。 在表现上有一定的难度。脸部表情识别难度尤其
备后，使用９ｒａｍ校正棒做８字形挥动， 最后计算出镜头的位置，如图１所示。
（２）捕捉
校正之后就可以进入脸部捕捉的程
序了。演员的选择也比较有讲究，最好选
择脸部表情比较丰富的人员来担当，以
便做出各种夸张的表情，如哭、笑、生气
等。表情的动作幅度最好比平时要大一
些，否则结果出来不会很明显。演员脸部
图３方案一脸部贴点示意图
作为柯达ＮＥＸＰＲＥＳＳ第五成像单元解决 方案的选件，凸印可让指定的文字和图像凸 起，呈现３Ｄ的效果，让内容传播立竿见影。在 凸印中，印品中的图像部分可呈现立体效果， 能模仿图像的真实表面，如橘子图像能真正呈 现橘子皮表面凹凸不平的触感。
只需将柯达ＮＥＸＰＲＥＳＳ凸印墨装载到 ＮＥＸＰＲＥＳＳ彩色数码印刷机的第五成像单元， 即可进行凸印。ＮＥＸＰＲＥＳＳ凸印墨将在页面元 素上面创造透明的“凸起”层，可加强图形、文 字和全彩图像的印刷效果。凸印可连线进行， 在生产高质量印品的同时维持印刷机的高产
补等方式，最终修补好的数据不会出现点的规迹 偏离的现象，也基本不会出现掉点的情况。效果 如图３所示，是一个比较好的连续的动作序列。
（４）导出应用 修补好的数据在ＩＱ软件里看是一个连续精 密的动作序列，但最终脸部表情动画必须靠ＭＯ—
被放回去（见图５。６）。 ２、脸部表情的捕捉过程
ＴＩＯＮ ＢＵＩＬＤＥＲ或Ｆａｃｅ Ｒｏｂｏｔ等软件来实现，这 就要求将动作导出成它们能够识别的格式。在ＩＱ
准过程。 ４、避免数据抖动
运算不优化而致；而走出捕捉区域再走回来的动
一些数据有很多细小的抖动的动作，使数据
作捕捉效果不好是由于镜头传感器灵敏度太差 看起来不连贯。这是由于系统不稳定，镜头不稳
而致。
定造成镜头在捕捉的一瞬间出现跳帧现象。
２、面部捕捉时的杂点 由于面部捕捉的时候脸上贴的都是直径３
作者单位：上海出版印刷高等专科学校 关键词：动画制作面部表情动作捕捉
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柯达ＮＥＸＰＲＥＳＳ凸印技市创造触感效果
柯达ＮＥＸＰＲＥＳＳ彩色数码印刷机系列产 品自推出以来以其独特的功能受到印刷商的 青睐。此系列数码印刷机可生产极具冲击力、 高质量的印品，这在今日高度竞争的市场中具 有极大优势。此外，ＮＥＸＰＲＥＳＳ彩色印刷机若 与柯达ＮＥＸＰＲＥＳＳ智能凸印解决方案及柯达 ＮＥＸＰＲＥＳＳ凸印墨结合使用，将提供更高的性 能，打造胶印级的输出，创造触感效果，生动呈 现影像。
软件中，可以将最终处
理好的动作导出Ｃ３Ｄ
或ＦＢＸ格式。这是一般 三维软件最能支持的格
式。导人动作后，与制作
好的人脸模型匹配就可
生成脸部表情动画。当
然，还可以在ＭＡＹＡ等 软件中对表情动画二次
图５全身和面部标记点示意图
图６方案四镜头摆放示意图
修改，以达到更好的效
ｉｎｇ＆Ｐｒｉｎｔｉｎｇ ２００９／２
万方数据
踪来完成动作捕捉的任务。目前常见的光学式动 看到。标记点能够实时被计算出，是需要每个标
作捕捉大多基于计算机视觉原理。从理论上说， 记点完整地被捕捉到，所以６个镜头的系统，镜
对于空间中的一个点，只要它能同时为两部相机 头数偏少并且没有冗余（见图１～图４）。
所见，则根据同一时刻两部相机所拍摄的图像和
方案二：１２个ＭＸ—Ｆ４０
部依赖这个ＶＳＫ。如果做得精细就可以节约很多 精力。在数据修补时可以使用曲线、直线、钢体修
方案四：２２个Ｍｘ—Ｆ４０ ２２个镜头的系统提供的捕捉区域和１８个镜 头是相同的。这个系统比较适合推荐给制作电视 的公司，在捕捉的时候４个额外的镜头是用来备 用的。如果需要增加进度，那四个镜头就可以添 加到系统里。当这四个镜头不需要的时候还可以
除了凸印，柯达ＮＥＸＰＲＥＳＳ第五成像单 元解决方案还能提供专色、水印、保护性亚光 涂布、整体上光和ＭＩＣＲ安全印刷。通过建立 恰当的色彩特性文件以及选用专色墨粉，第五 单元还能匹配８２％的潘通（ＰＡＮＴＯＮＥ）专色色 域，节约专色定制成本。
（伊士曼柯达公司）
果。
成的。
二、脸部表情动画捕捉时应注意的问题
相机参数，可以确定这一时刻该点在空间中的位
１２个镜头的系统是被推荐做面部的标准配
置。当相机以足够高的速率连续拍摄时，从图像 置。在这个系统中，可以进行全身和面部同时捕
序列中就可以得到该点的运动轨迹，从而精确地
捉，并且可以捕捉到３６０度区域内的全身动作和
Ｊ了
万方数据
２００９／２出Βιβλιοθήκη 与印—乏；≥————一Ｅｄｕｃａｔｉ。ｎ＆Ｔｒａｉｎｉｎｇ兰——三三——要｝
（１）校正
在选择方案后（这里我们选择方案 一），需对镜头及场地做校正过程，主要
作用是计算镜头在三维空间中的位置。 只有确定镜头的位置后才能确定脸部感 光球的位置，因为感学球的位置是相对
图１方案一镜头摆放示意图
图２方案一镜头摆放实景
镜头在三维空间中的位置计算出来的。 镜头的摆放位置如图２所示，在启动设
毫米的小点，所以任何一个细小的杂质都会导致 光学识别
软件中杂点丛生，这是由于镜头的精度不够高造
４１
万方数据
２００９１２出版与印
光学式动作捕捉的优点是表演者活动范围 大，无电缆、机械装置的限制，表演者可以自由地 表演，使用很方便。其采样速率较高，可以满足多 数高速运动测量的需要；Ｍａｒｋｅｒ的价格便宜，便 于扩充。捕捉时需借助于在脸部模特上放置一些 特殊的标识，俗称Ｍａｒｋｅｒ点。一旦Ｍａｒｋｅｒ点位置 被决定下来，就能容易地获取脸部的位置。光学 式动作捕捉通过对目标上特定光点的监视和跟
图４方案一脸部贴点实景
贴点如图４所示，贴好点后进行Ｃａｐｔｕｒｅ
界面就可以捕捉了。
６０度旋转、４０度倾斜的头部动作。
（３）数据修补
方案三：ｔ８个ＭＸ—Ｆ４０
捕捉好的脸部表情必须经过处理才能正常
１８个镜头的系统是全身加面部实时捕捉的 使用。首先必须做ＶＳＫ，后期的数据修补过程全
理想的系统。这个系统可以支持３６０度的全身动 作捕捉，头部１８０度旋转和６０度倾斜的动作。
通过Ｖｉｃｏｎ设备所获得的原始数据是贴在人 身体上各Ｍａｒｋｅｒ点的三维坐标值，并且还存在一 定的噪声。首先必须对原始数据进行修整，尽可 能除掉采集过程中引入的噪声，修正其中的错 误，并利用一些方法对采集过程中遗失的信息进 行补全，然后通过工具软件，得到表示人体运动 的欧拉角。
１、脸部捕捉方案选择 为面部动作做实时捕捉有很多不同的系统 配置方案供选择。由于标记点是贴在脸上的，所 以首先要考虑的要素是捕捉区域、捕捉的面部动 作和后期应用。笔者尝试以下述４种脸部表情捕 捉方案，供大家参考。 方案一：６个ＭＸ－Ｆ４０ ６个ＭＸ—Ｆ４０镜头的系统可以捕捉面部３０ 个以上的标记点。捕捉区域非常小并且集中在面 部。在这个系统里只允许做非常有限的头部运 动，头部倾斜和旋转的角度保持在２０度以内。这 是一个非常基础的配置，仅仅适用于测试和脱机 的数据收集。 对于标记点三维重建，至少需要被两个镜头
３、镜头的校准 在动作捕捉过程中，如果镜头被轻微触碰，
１、有些数据不能捕捉
通常都需要重新校准场地后才可继续使用。ＩＱ软
有的数据比如人物倒地、两人交叉拥抱、快 件中可以自动保存上次的校准数据，根据这个数
速挥拳或人物走出捕捉区域等不能捕捉。快速挥 据，镜头可以自动修复，不再需要重复繁琐的校
拳不能捕捉是由于镜头捕捉频率不高而致；倒地 和两人拥抱镜头不能捕捉是由于其他设备软件