人体2D图片转化为3D模型的研究

网络天地

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人体2D 图片转化为3D 模型的研究

◆付江龙 张明泼 周 旭 竹志超 李荣辉 张云松 （河北建筑工程学院 河北 张家口 075000）

摘要：网络购物在当前日常生活中普遍存在，用户在网络平台上进行服饰选择时，由于不能亲自试衣，只能通过想象判断着衣效果，此种方式具有一定的局限性并容易造成误导用户的选择。因此开发一个操作简单，效果强大的试衣软件是一个非常有发展潜力的趋势。试衣系统中最重要的一个步骤就是2D 图形向3D 模型转换，本文重点研究如何根据2D 图像进行较为精细的3D 建模。

关键词：3D 建模，面部识别，身体特征提取

0 引言

当前国内相关的试衣软件也不太完善，其大部分的3D 效果也只停留在2D 图片3D 效果层次上。当前的3D 模拟仿真人体，基本是由软件自己设定，但实际情况是每个用户有自己的外貌，需要搭配不同的衣服。智能手机的广泛普及，使用户可以随时拍照，在这种背景下根据用户2D 图像进行3D 仿真建模，建立与用户相似度极高的3D 模型，是一个必要的问题。

1 试衣软件研究概述

国外的试衣系统最为典型的是MIRALab 课题组的Virtual Try On

和Online Clothing Store [1]

，大多数的3D 试衣仅仅停留在对2D 图像的粘贴修改层次上。根据2D 图像转换为3D 的要求，本文具体研究内容如下：

(1)根据人体具有某些共同特征建立基本3D 模型。

(2)根据用户提供的2D 全身视图对3D 基本模型进行修改，使得3D 基本模型主视图和右视图与用户本体具有极高的相似度。

(3)根据用户提供的2D 面部图像，对面部图像进行面部特征提取[2]

，获取面部基本特征数据（例如眉间距，眉宽，额部宽度等），根据面部特征数据对3D 基本模型面部特征进行修改。

2 实现方法及相关设计

2.1提取身体各段信息

利用非接触式人体测量技术[3]

对人体进行测量将模型分段，从中提取身体信息。

从2D 全身主视图和2D 全身右视图中提取人物正面形体信息，改变模型中的各段参数，对模型进行变样。如图1和图

2所示，将人体正面图和侧面图均大致分为九部分。

图1 人体正面图 图2 人体侧面图

假定图片左上角坐标为[0,0]，人体头部顶点坐标为head[headX,headY]。设人体边缘与设定的分割线交点像素坐标分别如图3图4所示：

故正面图各个分割线处人体正面宽度zL[i]为：zL[i]=c[i]-a[i]。由九条分割线将2D 人体主视图分为十部分，第一部分的高度zH[i]为：zH[1]=b1-headY，其余每部分的高度zH[i]=b[i]-b[i-1]（i>=2）。侧面图各个分割线处人体正面宽度L[i]为：L[i]=c[i]-a[i]（i=1,2,3,4…）。由九条分割线将人体主视图分为十部分，第一部分的高度yH[i]为:yH[1]=b1-headY，其余每部分的高度：yH[i]=b[i]-b[i-1]

（i=2,3,4…）。

图3 正视图像素坐标 图4 侧视图像素坐标 图5 脸部正面图

由于模型在经过拉伸，压缩变化后，使得模型在细节部分与人体整体形象上有较大偏差，因此需要根据人体真实结构表面曲率对模型进行调整，使模型更逼近真正的人体。

2.2面部特征提取

将图片规格设置为128*128，将图片进行归一化处理。以图片左上角坐标点为坐标原点，以原点为起点，水平方向为X 轴，垂直方向为Y 轴

通过手工标注面部特征点（如图5所示）得到人脸面部特征点坐标集，由于人脸具有高度对称性，由此可以粗糙的认为人脸关于中线X=Mid 对称，因此可以仅标注左侧脸部特征点，根据对称性得到右侧特征点坐标。

将左侧面部特征点收集到面部特征点集合U1中，左侧面部特征点坐标为ai[xi,yi]，故右侧面部特征点坐标为aj[2Mid-xi,yi]，将左侧面部特征点与右侧面部特征点收集到集合U 中。

提取U1中脸部外轮廓坐标点，得出左侧面部外轮廓特征向量集L1，其中L1中的向量表示为Si[a(i+1)-ai,y(i+1)-yi]，根据对称性得到右侧面部外轮廓特征向量集L2，其中L2中的向量表示为Sj[xi-x(i+1),y(i+1)-yi]（i=1,2,3,4…）。

提取U1中眉毛处特征点集合M1，M1中的向量表示为Pi[a(i+1)-ai,y(i+1)-yi]，根据对称性得到右侧面部外轮廓特征向量集M2，其中M2中的向量表示为Sj[xi-x(i+1),y(i+1)-yi]（i=1,2,3,4…）。其余面部特征向量集合也用此方法得出。根据提取到的面部特征向量集对3D 模型脸部按比例进行修改。

2.3微调人体模型

由于仅根据2D 主视图和2D 右视图得到的模型并不标准，因此需要在细节方面对模型进行修改，将变形的、不符合人体结构表面曲率处按照人体结构表面曲率的基本规律进行修改，使模型更接近真实人体。

3 结论

本文提出了一种将2D 图像转换为3D 模型的简单思想，利用从2D 图像中提取到的人体特征点，然后对特征点坐标的计算，得出特征点向量，得出人体大致轮廓，然后根据特征点向量信息对三维模型进行修改，利用人体结构表面曲率基本规律对三维模型进行细微修改，使得三维模型更接近人体。

参考文献：

[1]高峰，董兰芳.网上3D 试衣系统技术研究[J].计算机仿

真,2005,23(06):209-212

[2]段锦.人脸自动机器识别[M].北京：科学出版社，2009:14-15

[3]吴义山，徐增波.虚拟试衣系统关键技术[J].丝绸,2014(12):24-29

作者简介：

付江龙（1988-）男，硕士，助教

基金项目：

河北建筑工程学院大学生创新创业训练计划；河北建筑工程学院校内基金（2016XJJYB09）