Abstract
The game is a bridge between reality and fantasy. Many things that can not be achieved in reality can be realized in the game, the game is the concrete realization of human imagination, is the goal of human progress.
Technology is change rapidly, we from the 2D game, such as contra, super Marie in the fun, make our entertainment more rich. But human beings are not satisfied. The rise of 3D games is a constant demand. Yes, people are making progress.
3D game compared to 2D games, in the picture fidelity, the game fluency, the story of the game described above have greatly improved, making the player interactive, playability has been greatly improved. Of course, in this paper, the need to create a 3D game using OpenGL facial expression database, this is only a small part of the 3D game, but a good 3D game game player facial expression database can bring more realistic, more interaction between emotion.
OPENGL defines a cross platform language, cross platform programming interface specification of professional graphical programming interface for three-dimensional images, is a powerful, easy to call the underlying graphics library. Keywords: 3D game, facial expression, OpenGL，3Dmax
目录
摘要 ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- V Abstract ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ VI 第一章 绪论 ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 1
1.1课题背景及意义 ------------------------------------------------------------------------------------------- 1
1.1.1 课题背景 ------------------------------------------------------------------------------------------ 1 1.1.2 意义 ------------------------------------------------------------------------------------------------- 1 1.2 3D游戏人脸表情的由来 -------------------------------------------------------------------------------- 2 1.3 人脸建模的应用 ------------------------------------------------------------------------------------------ 3 第二章 人体面部基本构造和面部表情 ------------------------------------------------------------------------ 5
2.1人体面部基本构造 ---------------------------------------------------------------------------------------- 5 2.2 面部表情 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 6 第三章 软件工具介绍 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 8
3.1 3D MAX ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 8
3.1.1 3Dmax的发展历史 ------------------------------------------------------------------------------ 8 3.1.2 3dsmax的主要更新 --------------------------------------------------------------------------- 8 3.1.3 3Dmax的优点 ----------------------------------------------------------------------------------- 9 3.1.4 3Dmax的主要应用 -------------------------------------------------------------------------- 10 3.2 OPENGL介绍 ---------------------------------------------------------------------------------------------- 10
3.2.1 OPENGL的含义 --------------------------------------------------------------------------------- 10 3.2.2 OPENGL的发展历史 -------------------------------------------------------------------------- 10 3.2.3 OpenGL扩展 ------------------------------------------------------------------------------------ 10 3.2.3 OPENGL和DirectX在游戏领域的发展 ------------------------------------------------ 12
第四章 原理介绍 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 14
4.1 3D建模 ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 14 4.2网格模型和统计模型 ---------------------------------------------------------------------------------- 14 4.3 NURBS建模 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 15
4.3.1 B样条基函数定义和性质 ------------------------------------------------------------------ 15 4.4 多边形建模 ----------------------------------------------------------------------------------------------- 18 4.4.1 多边形的定义 ---------------------------------------------------------------------------------------- 18
4.4.2 多边形建模的优势和劣势 ----------------------------------------------------------------- 19 4.4.3 多边形建模在3DMAX中的应用多边形建模的主要命令简介： Editable Mesh(可编辑网格)、Editable Poly(可编辑多边形) 。 --------------------------------- 19
第五章 建模步骤 --------------------------------------------------------------------------------------------------- 20
5.1 3DMAX游戏人物人脸模型 ---------------------------------------------------------------------------- 20 第六章 总结 ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 37 致谢 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 38 参考文献 --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 39
VII
第一章 绪论
第一章 绪论
游戏是人们休闲娱乐必不可少的一部分，好的游戏不仅有流畅的画面，逼真的人物刻画，引人入胜的故事情节，还需要带给人们一定的人生启发，给人们思考的机会。
本论文设计只是游戏设计中一个小小的环节，需要运用opengl这个API库来设计一个逼真的3D人脸表情库。使用户能有更好的游戏体验。
1.1课题背景及意义
1.1.1 课题背景
现在社会经济飞速发展，游戏一直都是人们休闲娱乐必不可少的一部分，而网络游戏相比较于传统游戏，比如麻将，扑克，更能吸引到青少年的兴趣。但是要吸引到青少年的眼光，一部粗制滥造的游戏是不行的，一部好的游戏需要紧凑而富有代入感的主线剧情，塑造丰满的人物形象，令人舒服的美工画面等等。同时人们也不再满足2D游戏的感官体验，需要更加真实的，互动性更好，可玩性更高的3D游戏也就应运而生。而如何塑造一个符合游戏背景，让玩家眼前一亮的人物外形也是至关重要的一部分。比如如龙中的桐生一马，坚毅的眼神，饱经沧桑的面庞，严肃时那皱起的山型眉头，给玩家带来一个身在黑道，却有着强烈的正义感和深厚的感情，是个为仁义而生，乐于助人的热血好男儿。游戏也通过人物表情，来传达出人物的喜怒哀乐，给玩家的情感体验。
1.1.2 意义
人与人之间的信息交流分为两个部分，一部分是语言交流，文字交流。另一部分是肢体，表情交流。比如，如果是同一种语言环境下，通过语言交流，文字之间的传递能够准确的得到别人所要表达的信息。但是不同的语言环境，人们通过肢体，表情之间的不同呈现，也可以把需要表达的意思让别人知道。
人与人之间信息的传递也可以分为有意识的，无意识的，主动地，被动的，特异功能。有意识，比如说话，写字，手语等等。无意识的，比如语速语调，字体力度，抬头，甩手，行走速度，步幅大小。主动地，自己有意识控制。被动的，心率，汗腺分泌。特异功能，如果有的话。
每一个人都在不同的环境，不同的时间通过一些语言，动作，表情，来传递一些信息，有些人可以收到这些信息，来理解某人想要表达的意思，某人的心情，身体状况等等。正如，世界上没有两片相同的叶子，每个人的表现形式也不相同，
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广东石油化工学院本科毕业(设计)论文：基于OpenGL的3D游戏动漫人物设计中人脸表情库的构建
所要研究的东西可广可深。一个好的人物形象要符合游戏的背景环境，比如在如龙中，要符合黑社会背景，体现出黑社会的毒辣和野蛮，如果配上一个娃娃脸似的主角，就完全不能体现桐生一马强烈的正义感，也没法让观众有代入感，最为重要的是主角想要表达的情感没法传达。对于本文来说，需要研究人脸表情与3D游戏人脸建模的结合，从而创造出3D游戏人脸表情库，供玩家们根据不同的环境，情况选用。给玩家更好的体验，这个是很有必要的。
1.2 3D游戏人脸表情的由来
3D游戏人脸表情的由来其实要从计算机人脸建模和计算机人脸动画开始说起。1972年，Parke第一个创造了人脸动画系统。运用了测绘技术建立网格模型，对不同的表情进行插值。经过了40多年的技术的进步和科学家们对于如何进行人脸建模方法的改进，是的人脸更加逼真。下面是一些技术方面介绍：
有一种画的技术是为了变换两个图像之间的对称点和交叉渐隐（CrossDissolve）以及色彩插值。这种技术需要手动的操作，对应特征点和变换函数来面对不同的需求应用，对于操作步骤复杂，很多时候需要手动操作，很不方便，尤其是没办法推广，因为每个人的脸都是不同的，而且目标视图的视点要与动画视点一致，所以这种技术不是很方便。
关键帧插值和参数化技术。最早广泛运用于人脸动画技术是关键帧插值，它的思想就是在一段时间内运用函数关键帧插值，来有一定的动画效果。但是只能小范围的变化。如何产生大范围人脸变化，Parke通过参数化技术解决了这一问题，弄了一套参数集，通过控制不同的参数来表现出不同的人脸。但是由于常常会出现作用于同一网格的参数而产生错误。
人脸动作编码系统和肌肉物理模型。心理学家Ekman和Friesen通过对人脸解剖结构的深入分析，提出了一个人脸动作编码系统（FacialActionCodingSystem，FACS），它对人脸各个部分的肌肉运动进行了完整的描述。这个系统已经被作为许多表情产生的基础，特别是使用肌肉模型或者仿真肌肉的动画方法中。研究工作者提出了不同的肌肉模型来产生不同的表情和动画。例如Water利用肌肉矢量和线性肌、括约肌的径向函数构造了一个成功的人脸网格变形模型。Chadwick等人使用自由变形改变人脸表情，其中包括骨头、肌肉、脂肪和皮肤。Nahas为了合成人脸说话时的动作变化使用了样条表面模型。Terzopoulos等人为了对人脸细微的解剖机构和动力系统进行建模，使用了三层可变形网络，包括肌肉、脂肪和皮肤。Lee等人用弹簧连接到头颅结构上，提出了一个简化的两层（肌肉和真皮层）物理肌肉模型，这种肌肉模型的缺点是需要