第一章 绪论
精确的建模和复杂的参数调整。
人脸模型的构造。由于人脸都是不相同的，每个人的脸部特征各有千秋，所以需要不同的模型来匹配不同的人脸。激光扫描仪可以获得不同人脸的数据，比如几何细节和表面纹理，但是还是需要进行数据处理。当然还有各式各样的特定人脸建模技术，从正面和侧面，多和图像或者图像集、以及通过单个图像产生不同的模型。
表演者驱动的人脸动画。科学家通过对表演者进行跟踪，通过动作和表情来获取数据，产生不同的动画和表情。
人脸细节的产生。很多方法只能产生光滑的曲面，也就是光滑的皮肤，但是根据人年龄、生长状况的不同，会产生皱纹，青春痘等皮肤状况。于是纹理技术，塑性或者粘性的物理模型和凹凸贴图能够产生皱纹。Wu等人提出的皱纹模型通过皮肤纹理和皮肤动力学的研究产生不同的人脸。随着人脸情绪的不同而变的脉管变化，Kalra等人的脉管变化计算模型也能更好的运用。Oka等人的纹理映射系统能够使得像素的表面发生复杂的变化，实时的合成较真实的脸部表情和动画。Pighin等人从多个视角的同一人脸提取纹理，然后将纹理映射到三维人脸模型中，最后利用插值技术混合出过渡图像的纹理。科学家们也通过光流跟踪、基于外形的插值视觉技术和卡尔曼滤波等来帮助跟踪脸部表情。
1.3 人脸建模的应用
（1）影视广告
现在很多电影都采用了人脸建模技术，比如早期的《侏罗纪公园》、《星球大战》到最近的《哈利波特》、《变形金刚》、《世界大战》、《魔戒》、《阿凡达》、《功夫熊猫》等等。举例，《爵迹》中的每个人物的脸部都是运用人脸建模制作的，每个人物的表情变化，动作特征都是那么栩栩如生，让人印象深刻，使得观众能够清楚的体会到人物的情感变化，更好的代入剧情的发展。节省了资金，也可以加快电影的制作时间。达到了以假乱真的效果。 （2）游戏领域
传统的二维场景和虚拟人物很难让玩家有身历其境的感觉，而3D人脸建模的发展可以使玩家有更好的体验。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。 （3）医学
医学中运用3D人脸建模技术，可以让实习医生细致的观察人物头颅，能够
3
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
更好更直观的体会医学书中人类头部的结构。而对于当前流行的整容手术，使用真实感的三维人脸模型进行模拟，可以很方便直观的预览手术效果，以便指定手术方案。心理学家不必使用照片或者刺激人脸进行研究，可以运用人脸运动的计算机模型来实现他们的研究。 （4）计算机辅助教学
在人脸建模技术上的人脸动画技术可以运用到计算机教学中，这种教学只要设定好程序，就可以一直教学下去，由于类似于真人，不会累的夜店，很适合基础教学，提高学生的积极性，增加了学习氛围。 （5）视频通话和可视电话
运用真实感的人脸和动画技术，可以实现同时、可视的方案，同样人们可以通过这个可视化的远程交流，更加真实直观的感觉到情感的变化，甚至以后会出现全息投影视频，就像星球大战中一样。 （6）虚拟现实
随着计算机硬件和软件的发展，人们已经开始虚拟现实，比如最近很火的VR技术，人们可以在VR眼镜上进行购物等。而虚拟人脸的建立是虚拟世界的一个重要的组成部分。虚拟人脸可以代替人类管家，就像生化危机中的红后系统，能以小女孩的形式表现出来，这样更加直观，也更加让人与计算有交流的感觉。
第二章 人体面部基本构造和面部表情
第二章 人体面部基本构造和面部表情
2.1人体面部基本构造
眼睛是心灵的窗户，眼睛有眼睑，眼眶，眼球三个部分，眼睑俗称就是眼皮，覆盖在眼球上，眼睑也分为上下眼睑，下眼睑几乎不动，通过上眼睑来运动，来挡灰，上下眼睑也不是对称的半圆形，下眼睑的睫毛比较细下弯，上眼睑的睫毛粗一点，上弯，这样的上下睫毛闭合在一起就像齿轮一样，紧密有规律，眼角的开关主要是通过上眼皮。眼眶，没什么好说的，就是一个类似长方形的骨头架子，它的作用是保护眼球，免得从外面很容易的伤到。眼球是一个球状的水晶体，只有一小部分能够被看到，其他的部分在里面，或者被眼睑遮着，眼球主要由瞳孔、巩膜（俗称“白眼球”）构成。双眼看的地方是一致的，也就是说两个眼球的运动是一致的。眼部的透视变化随着头部的透视变化而变化，并通过眼裂的弧度，眼球的位置、内眦与外眦的形状，上下眼睑的厚薄表现出来。
鼻子是我们呼吸的通道，鼻子有三个部分，鼻尖，鼻背，鼻跟，整个形状相似于梯形，整个由体积鼻梁、鼻两侧、鼻底四个面组成。鼻尖就是我们最下面的部分，由软骨构成，它的两边是鼻翼，下面就是鼻孔了，鼻孔就是两个类似椭圆型，大的那个部分在里面。鼻子的形状主要是靠鼻背和鼻跟，鼻根的高度、鼻梁的整体形状和鼻梁骨的形状。鼻根就是隆起的部分，就是我们俗语说的鼻梁，在上面的二分之一处就是鼻骨，于颧骨相连接。鼻骨很小但是很结实，它决定了鼻子的体积形状。不同的肤色，不同的地区，不同的人种都不相同。鼻的透视同样随头部的透视变化而变化，并通过鼻的长短、鼻梁宽窄鼻翼两侧的距离，鼻底线的弧度和鼻底的宽窄的表现。但是鼻子的形状每个人都是不同的，高挺低矮，大小等等跟基因有关系。
嘴巴是我们进食和说话的工具，嘴巴上附着着嘴唇，嘴唇有上下嘴唇，上唇一般比较丰满，大一些，下唇小一些，在上下嘴唇的根部连接在一起，就是俗语说的嘴角。嘴内有上下两排牙齿，牙齿的形状就像罗马石柱一样，不过是紧密的靠在一起，嘴巴的形状与上上颌骨是一致的，构成半圆柱形，嘴巴的上方是人中的部分，嘴唇旁边是由鼻唇沟和脸颊连接在一起，下唇的额唇沟与颏部为界，嘴的透视变化除随头部的透视而变化，还通过嘴裂的弧度，嘴角的距离及唇的厚薄表现出来。
眉毛，眉毛的形状有很多，有剑眉，柳叶眉，弯刀眉，吊捎眉等等，眉毛是在上眼眶上的，眉毛的头部在靠近鼻子的地方，俗称眉头，中间叫眉峰，后面叫
5
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
眉梢，一般眉头毛较密；颜色较深；眉梢毛较疏，颜色较淡。眉骨的起伏变化对眉毛的颜色浓淡也有影响。不同的性别眉毛的粗细，浓淡都不相同，男性的眉毛就粗一点，浓一点。女性的眉毛细一点，长一点，颜色淡一点。老人的眉毛有浓有淡，颜色也可以是白色的，儿童的眉毛淡一点，眉与眼的表情动作及其透视变化是协调一致的。
耳朵是我们听觉器官，是有软骨支撑，由耳轮、对耳轮、耳屏、对耳屏和耳垂等部分构成。耳朵也是不同人不一样，耳朵长在头部的两边，很少有垂直和平贴在头部的，耳的透视随头部的透视变化而变化，并通过耳与五官的其它部分的高低位置、耳廊的长短宽窄来表现的。
2.2 面部表情
面部表情是情绪的表现方式，面部表情的产生原因是在长期进化的结果。表情有新号信息，能传递信息，使个体适应环境。比如，某人表现出发怒的表情，你觉察到之后会原理他，避免不必要的麻烦。
产生的原理，当个体接受外部或身体内部的刺激之后，大脑会对这一刺激做出判断-对个体有利还是有害，判断之后产生情绪。同时，大脑会指挥面部肌肉（表情肌）做出不同的反应，即产生表情。比如，高兴时，眼角下拉，嘴唇朝上朝外展开。
现在普遍认为，人类的表情是所有动物当中最多、最复杂的，这样可以更有效的传递信息。人类有能力做到这一点，因为我们面部有80块肌肉，能产生出7000余种不同的表情。并且认为人的表情是天生的，固有的，并能为所有人类理解的。比如，愤怒这一情绪，其典型的表现是皱眉、眼睛变狭窄，牙冠紧咬。中国人看了，这是愤怒；亚美尼亚人的土著人看了，也知道这是在愤怒。 人类总的来说有七种情绪，喜：包括喜爱、喜悦、喜好、喜欢、高兴、快乐等情感；怒：包括愤怒、恼怒、发怒、怨恨、愤恨等情感；哀：包括悲伤、悲痛、悲哀、怜悯、哀怜、哀愁、哀悯、哀怨、哀思等等；乐：指换了，身心愉悦，充满幸福的一种情感；惊;指惊讶、惊愕、惊慌、惊悸、惊奇、惊叹、惊喜等情感； 恐：指恐慌、恐惧、害怕、担心、担忧、畏惧等情感；思：指思念、想念、思慕等情感。
本论文只挑选喜怒哀乐四中情绪，这四种情绪对应的脸部表情特征。喜悦的表现是根据不同的情绪会有不同的变化，嘴巴张的越大，人物呈现出的喜悦感越强，当喜悦时，眉毛会舒张，但当人过于紧闭双眼时，眉毛也会根据眼睛以眉尾上扬的形式表现。愤怒的表情特征，双眉下压，紧皱，怒视--上眼睑提升剧烈，下眼
第二章 人体面部基本构造和面部表情
睑紧绷，嘴巴用力长大，上嘴唇绷紧拉伸，漏牙齿，下巴降低（真正的攻击行为没有抬下巴的），鼻翼提升，漏出上齿，鼻孔扩张。哀的表情特征，嘴巴紧闭，嘴角向下弯曲，眼睛下视，眉毛的角度以及成拱形下眼眶。乐的表情特征，乐时嘴巴张大，眉毛会自然地向上扬，眼睛中充满快乐的光芒，漏出牙齿。
7