基于增强现实技术的三维人物装扮软件设计

成平广 张 坤 强 磊 廖文亮 周 豪

(重庆第二师范学院 数学与信息工程系，中国 重庆400067)

随着电脑技术的飞速发展，高贵、时尚、前卫、个性立体的基于增强现实技术的装饰画广泛应用于家庭，宾馆，会议室，接待大厅等地方的装饰。见识过的一般爱不释手，没见到过的，一旦见到会感觉非常神奇画面色彩逼真，光亮，层次感强，画质细腻，丰满；体现各种元素，极具立体感和纵深感，效果栩栩如生，如同就在眼前，唾手可得；表现各种图案和意境，更加真实，而且具有强烈的视觉冲击力，呼之欲出，有身临其境的感觉。但增强现实技术的人物三维装扮设计与开发很不成熟，因为增强现实技术的三维平面人物的装扮，是一种综合了图像识别、动作捕捉、虚拟现实等学科，将数字信息、三维虚拟模型精确地叠加显示到真实场景的创新人机交互技术。

1 国内外研究现状

近年来，国内外对于增强现实技术的研究出现了很浓厚的气氛，国内外相关研讨会的数目不断增加，学术期刊和国际会议为研究者提供了一个充分交流的空间。其研究重点从简单的系统框架、硬件跟踪等技术，发展到目前的交互性能评价，每年有大量的相关增强现实技术研究的学术论文成果，还出现了一些增强现实技术的专题讨论，由此可见，目前增强现实技术发展迅速，它的研究与应用将有着深远的价值。随着计算机软、硬件能力的提高，已经开始快速的进入到大众视野，并在会展、营销、科教、设计、出版、娱乐等领域发挥越来越重要的作用，被时代周刊列为当前最具活力和前景的十大技术之一。

目前从事增强现实技术研究的学术机构有美国北卡罗来纳大学、麻省理工学院、波音公司、加拿大多伦大学和索尼计算机科学实验室等；然而国内在这一方面的研究以及系统应用的方面还比较有限。

2 理论意义与应用价值

2.1 理论意义

随着网络时代的发展，以及年轻人追求自我个性与酷爱潮流元素的趋势。目前市场上已有美图秀秀，QQ秀等一系列人物装扮软件。其都取得了巨大的经济效益和市场价值。此软件是运用增强现实技术的一款新型人物形象修饰软件，用户通过系统平台模拟器模拟出一个与自身相像的3D人物形象，然后使用此软件的一些操作工具对3D人物进行修饰，装扮动作的设置等一系列操作。通过与增强现实技术的结合，传统的平面物体将进入全新互动的三维时代，想象一下，用户们面对的不再是枯燥的文字与图片，一个个逼真、生动的三维立体形象，在光影、音效的衬托下活灵活现的展示在眼前，我们将能够真正体验到在3D世界中乐趣，效果如下。

图1 对比效果图

2.2 应用价值

设计方面：设计再精确的图纸，也会限制设计师设计理念的准确表达，影响和客户的沟通。增强现实技术，恰恰弥补了这个缺陷。无论是工业设计、服装设计、美术设计都能通过增强现实技术将设计师的创意快速、逼真的融合于现实场景中，让用户在设计阶段就能对最终产品有直观和切身的感受。

科教方面：科教推动虚拟现实进入实景体验的增强现实技术，将科普教育提升到一个全新的阶段，丰富多彩的天文、地理、生物知识不再是课件上的简单图片，而是可以实时互动的三维模型。

娱乐方面：娱乐蓬勃发展的游戏产业，永远是孕育创新技术的土壤。增强现实技术，作为今后最具前景和活力的人机交互技术，也必将为用户带来全新的游戏体验，甚至彻底颠覆传统的基于虚拟世界的游戏模式。

3 软件的设计思考

3.1 基本内容

该软件是一种基于增强现实技术的人物动画制作软件，它是用户通过高清摄像头实时捕捉现场人物头部影像再通过系统地识别和处理，在三维空间平台上模拟或者匹配出一个具有高清3D效果的人物头部影像。然后使用系统提供的功能将这个三维立体的人物头像影像进行一系列操作。

3.2 设计思路

（1）在软件中存放大量基础人物面部器官的样式，如各种不同类型的眼睛，眉毛，脸部，鼻子，嘴巴，下巴，额头，头型（脸部各个部分尽量细化，各个类型的器官进行精密有顺序的分组）供用户选取组装成自己想象的人物头像。至于脖子以下的躯体部分可简略。输入其躯体的数字数据，如高度，粗细，颜色等由系统自行匹配与其相对应的，再由用户选择与自身相匹配的。

图2 模拟五官匹配图

（2）编辑一个这样的软件程序，使其能通过识别二维图像使其转化为三维的立体图像。不过这方面对软件编程等技术专业性要求较高，可在软件较为成熟，需要向高精度等方面发展时再行考虑。

（3）面部构造感受器，通过面罩状感受器对人物面部发出感应光，感应光触碰面部，进行反射，感受器通过计算接受反射光的时间间隔，在系统内模拟出面部大致形状。在由用户调整某些参数，达到理想的效果。

3.3 主要功能

有以下几个模块来形成系统的骨干部分，完成一些指令和功能。

（1）美容模块：用户可通过此软件给自己的立体头像的面部进行美容，让一些想美容的人通过此软件先对美容的效果进行了解。另外系统提供其他人使用此方法美容后的效果图和一些相关知识 （负作用，注意事项等）供使用者参考。软件系统还会给予这种美容技术的可行性，风险性进行评分，供顾客咨询。

（2）发式模块：用户可通过此软件进行发式的选取，使用户用最短时间快速浏览不同发式的装扮效果，实现高效率的发式挑选，试用。系统会把各种不同的发式素材自然的与用户头部匹配。发式会由系统进行详细的款式分类，以方便用户快速选择不同款式，不同颜色，不同长度的发式。另外在，各种小饰品等方面进行选择。如耳环，眼镜，等实用的道具，系统配备各种发式系法教学视频，供用户观赏学习。

图3 模拟发型匹配果图

（3）化妆模块：用户可以通过此软件来使用不同的化妆品牌，系统会在页面上显示出不同化妆品的使用效果。另外系统会给予化妆品相对应的使用方法的教学视屏，使用的注意事项及此化妆品的价格，声誉等给予评分。

（4）躯干模块：如果只是头像在页面中展示，会给用户以不真实，不具适用性的感觉，故此软件在躯体方面给以简略，输入其躯体的数字数据，如高度，粗细，颜色等由系统自行匹配与其相对应的，再由用户选择与自身相匹配的。此软件发展空间巨大，技术成熟后可在设计，科教，娱乐，营销，会展等各个方面应用。带来巨大的经济效益和社会价值。此软件志在于能使用户自身更好，更美，更轻松的生活，帮助他们解决一些生活中常遇的问题。方便他们的生活。

总之，基于增强现实技术的人物三维软件能够解决立体成像，软件指令简洁，成像方式多元化，其应用方便快捷。产品系列由一整套可扩展的、灵活集成的各模块组成，因而能满足各行各业的工程需要。但也存在不足，软件成像的精准性由于受到技术，外部环境的形象，容易产生小范围的误差，在今后的研究中进一步改进和提高。

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