基于增強現實技術的三維人物裝扮軟件設計

成平廣 張 坤 強 磊 廖文亮 周 豪

(重慶第二師范學院 數學與信息工程系，中國 重慶400067)

隨著電腦技術的飛速發展，高貴、時尚、前衛、個性立體的基于增強現實技術的裝飾畫廣泛應用于家庭，賓館，會議室，接待大廳等地方的裝飾。見識過的一般愛不釋手，沒見到過的，一旦見到會感覺非常神奇畫面色彩逼真，光亮，層次感強，畫質細膩，豐滿；體現各種元素，極具立體感和縱深感，效果栩栩如生，如同就在眼前，唾手可得；表現各種圖案和意境，更加真實，而且具有強烈的視覺沖擊力，呼之欲出，有身臨其境的感覺。但增強現實技術的人物三維裝扮設計與開發很不成熟，因為增強現實技術的三維平面人物的裝扮，是一種綜合了圖像識別、動作捕捉、虛擬現實等學科，將數字信息、三維虛擬模型精確地疊加顯示到真實場景的創新人機交互技術。

1 國內外研究現狀

近年來，國內外對于增強現實技術的研究出現了很濃厚的氣氛，國內外相關研討會的數目不斷增加，學術期刊和國際會議為研究者提供了一個充分交流的空間。其研究重點從簡單的系統框架、硬件跟蹤等技術，發展到目前的交互性能評價，每年有大量的相關增強現實技術研究的學術論文成果，還出現了一些增強現實技術的專題討論，由此可見，目前增強現實技術發展迅速，它的研究與應用將有著深遠的價值。隨著計算機軟、硬件能力的提高，已經開始快速的進入到大眾視野，并在會展、營銷、科教、設計、出版、娛樂等領域發揮越來越重要的作用，被時代周刊列為當前最具活力和前景的十大技術之一。

目前從事增強現實技術研究的學術機構有美國北卡羅來納大學、麻省理工學院、波音公司、加拿大多倫大學和索尼計算機科學實驗室等；然而國內在這一方面的研究以及系統應用的方面還比較有限。

2 理論意義與應用價值

2.1 理論意義

隨著網絡時代的發展，以及年輕人追求自我個性與酷愛潮流元素的趨勢。目前市場上已有美圖秀秀，QQ秀等一系列人物裝扮軟件。其都取得了巨大的經濟效益和市場價值。此軟件是運用增強現實技術的一款新型人物形象修飾軟件，用戶通過系統平臺模擬器模擬出一個與自身相像的3D人物形象，然后使用此軟件的一些操作工具對3D人物進行修飾，裝扮動作的設置等一系列操作。通過與增強現實技術的結合，傳統的平面物體將進入全新互動的三維時代，想象一下，用戶們面對的不再是枯燥的文字與圖片，一個個逼真、生動的三維立體形象，在光影、音效的襯托下活靈活現的展示在眼前，我們將能夠真正體驗到在3D世界中樂趣，效果如下。

圖1 對比效果圖

2.2 應用價值

設計方面：設計再精確的圖紙，也會限制設計師設計理念的準確表達，影響和客戶的溝通。增強現實技術，恰恰彌補了這個缺陷。無論是工業設計、服裝設計、美術設計都能通過增強現實技術將設計師的創意快速、逼真的融合于現實場景中，讓用戶在設計階段就能對最終產品有直觀和切身的感受。

科教方面：科教推動虛擬現實進入實景體驗的增強現實技術，將科普教育提升到一個全新的階段，豐富多彩的天文、地理、生物知識不再是課件上的簡單圖片，而是可以實時互動的三維模型。

娛樂方面：娛樂蓬勃發展的游戲產業，永遠是孕育創新技術的土壤。增強現實技術，作為今后最具前景和活力的人機交互技術，也必將為用戶帶來全新的游戲體驗，甚至徹底顛覆傳統的基于虛擬世界的游戲模式。

3 軟件的設計思考

3.1 基本內容

該軟件是一種基于增強現實技術的人物動畫制作軟件，它是用戶通過高清攝像頭實時捕捉現場人物頭部影像再通過系統地識別和處理，在三維空間平臺上模擬或者匹配出一個具有高清3D效果的人物頭部影像。然后使用系統提供的功能將這個三維立體的人物頭像影像進行一系列操作。

3.2 設計思路

（1）在軟件中存放大量基礎人物面部器官的樣式，如各種不同類型的眼睛，眉毛，臉部，鼻子，嘴巴，下巴，額頭，頭型（臉部各個部分盡量細化，各個類型的器官進行精密有順序的分組）供用戶選取組裝成自己想象的人物頭像。至于脖子以下的軀體部分可簡略。輸入其軀體的數字數據，如高度，粗細，顏色等由系統自行匹配與其相對應的，再由用戶選擇與自身相匹配的。

圖2 模擬五官匹配圖

（2）編輯一個這樣的軟件程序，使其能通過識別二維圖像使其轉化為三維的立體圖像。不過這方面對軟件編程等技術專業性要求較高，可在軟件較為成熟，需要向高精度等方面發展時再行考慮。

（3）面部構造感受器，通過面罩狀感受器對人物面部發出感應光，感應光觸碰面部，進行反射，感受器通過計算接受反射光的時間間隔，在系統內模擬出面部大致形狀。在由用戶調整某些參數，達到理想的效果。

3.3 主要功能

有以下幾個模塊來形成系統的骨干部分，完成一些指令和功能。

（1）美容模塊：用戶可通過此軟件給自己的立體頭像的面部進行美容，讓一些想美容的人通過此軟件先對美容的效果進行了解。另外系統提供其他人使用此方法美容后的效果圖和一些相關知識 （負作用，注意事項等）供使用者參考。軟件系統還會給予這種美容技術的可行性，風險性進行評分，供顧客咨詢。

（2）發式模塊：用戶可通過此軟件進行發式的選取，使用戶用最短時間快速瀏覽不同發式的裝扮效果，實現高效率的發式挑選，試用。系統會把各種不同的發式素材自然的與用戶頭部匹配。發式會由系統進行詳細的款式分類，以方便用戶快速選擇不同款式，不同顏色，不同長度的發式。另外在，各種小飾品等方面進行選擇。如耳環，眼鏡，等實用的道具，系統配備各種發式系法教學視頻，供用戶觀賞學習。

圖3 模擬發型匹配果圖

（3）化妝模塊：用戶可以通過此軟件來使用不同的化妝品牌，系統會在頁面上顯示出不同化妝品的使用效果。另外系統會給予化妝品相對應的使用方法的教學視屏，使用的注意事項及此化妝品的價格，聲譽等給予評分。

（4）軀干模塊：如果只是頭像在頁面中展示，會給用戶以不真實，不具適用性的感覺，故此軟件在軀體方面給以簡略，輸入其軀體的數字數據，如高度，粗細，顏色等由系統自行匹配與其相對應的，再由用戶選擇與自身相匹配的。此軟件發展空間巨大，技術成熟后可在設計，科教，娛樂，營銷，會展等各個方面應用。帶來巨大的經濟效益和社會價值。此軟件志在于能使用戶自身更好，更美，更輕松的生活，幫助他們解決一些生活中常遇的問題。方便他們的生活。

總之，基于增強現實技術的人物三維軟件能夠解決立體成像，軟件指令簡潔，成像方式多元化，其應用方便快捷。產品系列由一整套可擴展的、靈活集成的各模塊組成，因而能滿足各行各業的工程需要。但也存在不足，軟件成像的精準性由于受到技術，外部環境的形象，容易產生小范圍的誤差，在今后的研究中進一步改進和提高。

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