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互動式人臉表情系統

互動式人臉表情系統. 指導老師 : 楊傳凱 教授 口試委員 : 楊傳凱 教授 羅乃維 教授 林柏慎 教授 學生 : 姜威廷 口試時間 : 中華民國 95 年 7 月 6 日. 大綱. 第一章 緒論 研究動機 系統流程 第二章 文獻探討 臉部表情合成 誇張肖像畫 第三章 互動式人臉表情系統 人臉表情合成 音樂分析 第四章 實驗結果 實驗環境 實驗結果 第五章 結論與未來展望. 大綱. 第一章 緒論 研究動機 系統流程 第二章 文獻探討 臉部表情合成 誇張肖像畫 第三章 互動式人臉表情系統

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Presentation Transcript

  1. 互動式人臉表情系統 指導老師: 楊傳凱 教授 口試委員: 楊傳凱 教授 羅乃維 教授 林柏慎 教授 學生: 姜威廷 口試時間:中華民國95年7月6日 NTUST CGM Lab

  2. 大綱 • 第一章 緒論 • 研究動機 • 系統流程 • 第二章 文獻探討 • 臉部表情合成 • 誇張肖像畫 • 第三章 互動式人臉表情系統 • 人臉表情合成 • 音樂分析 • 第四章 實驗結果 • 實驗環境 • 實驗結果 • 第五章 結論與未來展望 NTUST CGM Lab

  3. 大綱 • 第一章 緒論 • 研究動機 • 系統流程 • 第二章 文獻探討 • 臉部表情合成 • 誇張肖像畫 • 第三章 互動式人臉表情系統 • 人臉表情合成 • 音樂分析 • 第四章 實驗結果 • 實驗環境 • 實驗結果 • 第五章 結論與未來展望 NTUST CGM Lab

  4. 第一章 緒論 • 研究動機 近年來人臉表情一直是一個富有挑戰性的研究。 NTUST CGM Lab

  5. 第一章 緒論 • 研究動機 動作擷取器(Motion Capture)的普遍使用。 缺點:時間成本過高!! 需要具備解剖學知識,複雜度高!! NTUST CGM Lab

  6. 第一章 緒論 • 研究動機 如何能更簡單、快速、自動地產生出不同 的個人化表情? NTUST CGM Lab

  7. 大綱 • 第一章 緒論 • 研究動機 • 系統流程 • 第二章 文獻探討 • 臉部表情合成 • 誇張肖像畫 • 第三章 互動式人臉表情系統 • 人臉表情合成 • 音樂分析 • 第四章 實驗結果 • 實驗環境 • 實驗結果 • 第五章 結論與未來展望 NTUST CGM Lab

  8. 第一章 緒論 系統流程之二 • 系統流程 系統流程之一 NTUST CGM Lab

  9. 大綱 • 第一章 緒論 • 研究動機 • 系統流程 • 第二章 文獻探討 • 臉部表情合成 • 誇張肖像畫 • 第三章 互動式人臉表情系統 • 人臉表情合成 • 音樂分析 • 第四章 實驗結果 • 實驗環境 • 實驗結果 • 第五章 結論與未來展望 NTUST CGM Lab

  10. 第二章 文獻探討 • 臉部表情合成 • MPEG4-SNHC(Synthetic/Natural Hybrid Coding) 1.合成物件 1.1 臉部表情 1.2 肢體動作 2.自然物件 NTUST CGM Lab

  11. 第二章 文獻探討 • 臉部表情合成 • Synthesizing Realistic Facial Expression from Photographs(by Frederic Pighin.etc, SIGGRAPH 98’) • 2D還原成3D NTUST CGM Lab

  12. 大綱 • 第一章 緒論 • 研究動機 • 系統流程 • 第二章 文獻探討 • 臉部表情合成 • 誇張肖像畫 • 第三章 互動式人臉表情系統 • 人臉表情合成 • 音樂分析 • 第四章 實驗結果 • 實驗環境 • 實驗結果 • 第五章 結論與未來展望 NTUST CGM Lab

  13. 第二章 文獻探討 • 誇張肖像畫 • 以臉部特徵為基礎之誇張肖像畫產生系統(by 江佩穎,李蔡彥,廖文宏) NTUST CGM Lab

  14. 大綱 • 第一章 緒論 • 研究動機 • 系統流程 • 第二章 文獻探討 • 臉部表情合成 • 誇張肖像畫 • 第三章 互動式人臉表情系統 • 人臉表情合成 • 音樂分析 • 第四章 實驗結果 • 實驗環境 • 實驗結果 • 第五章 結論與未來展望 NTUST CGM Lab

  15. 第三章 互動式人臉表情系統 • 人臉表情合成(Facial Expression Synthesis) 原圖 二值化(Thresholding,本範例門檻值設570) 手動定控制點 執行主動式輪廓法(Active Contour) NTUST CGM Lab

  16. 第三章 互動式人臉表情系統 • 人臉表情合成 (A) (B) (C) NTUST CGM Lab

  17. 第三章 互動式人臉表情系統 • 人臉表情合成 • 三角形化(Triangulation) NTUST CGM Lab

  18. 第三章 互動式人臉表情系統 • 人臉表情合成 雙線性內插法 (Bi-Interpolation) NTUST CGM Lab

  19. 第三章 互動式人臉表情系統 • JAFFE資料庫 由Miyuki Kamachi、Michael Lyons 和 Jiro Gyoba等人所整理、研究出的一套人臉表情資料庫,裡頭包含了120張高興、憤怒、驚訝以及沒表情的影像。 NTUST CGM Lab

  20. 第三章 互動式人臉表情系統 • 由觀察所得到的表情規則 1.喜 (3)~(7)、(11)~(15):往上偏移9單位長。 (1)、(2)、(8)、(9)、(10)、(16): 往上偏移6單位長。 (22)~(24)、(30)~(32):往上偏移1單位長。 (34)~(36):往上偏移4單位長。 (33)、(37):往上偏移8單位長。 2.哀傷 (3)~(7)、(11)~(15):離眉毛中心點越遠往上偏移越大(距離與偏移幅度成正比),我們設定d=12(為最大偏移單位長),x為本組控制點中某點所需偏移的單位長,x=d*(控制點距離眉毛中心點距離/離眉毛中心點最遠點距眉毛中心點的距離)。 (18)、(17):往左往下偏移2單位長。 (25)、(26):往右往下偏移2單位長。 (20)、(28)、(22)~(24)、(30)~(32):往上偏移2單位長。 (33)、(34)、(40)、(36)~(38): 離嘴巴中心點越遠往下偏移越大(距離與偏移幅度成正比),我們設定d=6(為最大偏移單位長),x為本組控制點中某點所需偏移的單位長,x=d*(控制點距離嘴巴中心點距離/離嘴巴中心點最遠點距嘴巴中心點的距離)。 NTUST CGM Lab

  21. 第三章 互動式人臉表情系統 • 使用者微調 NTUST CGM Lab

  22. 大綱 • 第一章 緒論 • 研究動機 • 系統流程 • 第二章 文獻探討 • 臉部表情合成 • 誇張肖像畫 • 第三章 互動式人臉表情系統 • 人臉表情合成 • 音樂分析 • 第四章 實驗結果 • 實驗環境 • 實驗結果 • 第五章 結論與未來展望 NTUST CGM Lab

  23. 第三章 互動式人臉表情系統 • 音樂分析 • MIDI簡介 MIDI (全名為Musical Instrument Digital Interface ) • 1983年發展至今。 • 目前最新版本為SMF (Standard Midi Format)。 • MIDI傳送的是數位控制訊號,並非聲音訊號。 NTUST CGM Lab

  24. 第三章 互動式人臉表情系統 • 音樂分析 • MIDI簡介 ㄧ個MIDI檔案是由一個header chunk(表頭區塊),類型是MThd與另一個或多個的track chunks(軌道區塊),類型是MTrk,所組成; 其中所謂的「chunk」定義為: 舉例: NTUST CGM Lab

  25. 第三章 互動式人臉表情系統 • 音樂分析 • MIDI簡介 Track chunk的資料內容是由一組或多組的<delta-time><event>組成。 <delta-time>是代表此一事件與上一事件間的發生時間差。 一個標準MIDI檔案的完整格式架構: NTUST CGM Lab

  26. 第三章 互動式人臉表情系統 • 音樂分析 • MIDI簡介 <event>: <MIDI事件> <Meta 事件> 負責處理與可產生MIDI音樂的樂器的輸出資料,像是釋放鍵盤(關閉音符)、按下鍵盤(開啟音符)、在觸摸鍵盤以後等 是用來標示Track名稱、歌詞、樂器名稱及音調符號等 NTUST CGM Lab

  27. 第三章 互動式人臉表情系統 • 音樂分析 • MIDI簡介 <MIDI事件> (舉例說明一個按下鍵盤釋放鍵盤的事件) (90,3C,64,XX,YY,80,3C,64) 9n表示按下鍵盤,3C表示所按下鍵盤的音高,透過附表(一)可以發現3C(16進位)就是C(Do)的音高,而64就是聲音的大小 。 8n表示釋放鍵盤, XX、YY表示按下鍵盤的持續時間(也就是音符的節拍數) NTUST CGM Lab

  28. 第三章 互動式人臉表情系統 • 音樂分析 • 實作 基本原則: 1.小節內的音符個數(門檻值設7) 2.小節內的平均音高 3.平均音高高於前50% 四四拍(以四分音符為單位而且一 個小節有四個四分音符長 )。 四二拍(以四分音符為單位且一小 節有兩個四分音符長 )。 • 分段 2.分析 3.分類 NTUST CGM Lab

  29. 大綱 • 第一章 緒論 • 研究動機 • 系統流程 • 第二章 文獻探討 • 臉部表情合成 • 誇張肖像畫 • 第三章 互動式人臉表情系統 • 人臉表情合成 • 音樂分析 • 第四章 實驗結果 • 實驗環境 • 實驗結果 • 第五章 結論與未來展望 NTUST CGM Lab

  30. 第四章 實驗結果 實驗環境 系統產生表情時間:1分多鐘 系統分析MIDI檔所需時間:15秒鐘多 NTUST CGM Lab

  31. 大綱 • 第一章 緒論 • 研究動機 • 系統流程 • 第二章 文獻探討 • 臉部表情合成 • 誇張肖像畫 • 第三章 互動式人臉表情系統 • 人臉表情合成 • 音樂分析 • 第四章 實驗結果 • 實驗環境 • 實驗結果 • 第五章 結論與未來展望 NTUST CGM Lab

  32. 第四章 實驗結果 範例一: 解析度 (281*350) 產生的表情很自然,且產生時間短!! NTUST CGM Lab

  33. 第四章 實驗結果 範例二: 解析度 (301*357 ) 能夠保留本人原本旣有的特徵,不會使產生的表情與本人相差異太高!! NTUST CGM Lab

  34. 第四章 實驗結果 範例三: 解析度 (310*360 ) NTUST CGM Lab

  35. 第四章 實驗結果 • 影片播放 NTUST CGM Lab

  36. 大綱 • 第一章 緒論 • 研究動機 • 系統流程 • 第二章 文獻探討 • 臉部表情合成 • 誇張肖像畫 • 第三章 互動式人臉表情系統 • 人臉表情合成 • 音樂分析 • 第四章 實驗結果 • 實驗環境 • 實驗結果 • 第五章 結論與未來展望 NTUST CGM Lab

  37. 第五章 結論與未來展望 • Input: 2D 3D • 二值化: 自動定門檻值(Threshold value) • 擷取的特徵: ex:皺紋 • 音樂分析的部分: 納入其他特徵的考慮 NTUST CGM Lab

  38. 報告完畢Thanks for Your Listening! NTUST CGM Lab

  39. 二值化 (Thresholding) • 我們定義ㄧ張影像的二值化,設一個二維影像I的函數為f(x,y),經過二值化後的影像為B(x,y),則 B(x,y) =1 , if f(x,y)>T =0 , if f(x,y)<T NTUST CGM Lab

  40. 主動式輪廓法(Active Contour) • 是一個Energy Function Minimization的問題。 NTUST CGM Lab

  41. 主動式輪廓法(Active Contour) • Energy Function α、β、γ是使用者定義的係數(皆是非負的實數); Vi是輪廓上的控制點在二維影像上的座標位置(Xi,Yi) 註:本系統所設定的係數分別為α=1, β=1, γ=1.5 NTUST CGM Lab

  42. 主動式輪廓法(Active Contour) • Continuity 修正為 讓控制點有往內縮的傾向! NTUST CGM Lab

  43. 主動式輪廓法(Active Contour) • Curvature 可讓控制點所形成的輪廓更平滑(smooth)! NTUST CGM Lab

  44. 主動式輪廓法(Active Contour) • Image g在這裡是代表「梯度大小」(Gradient Magnitude) ! NTUST CGM Lab

  45. 梯度(Gradient) • Sobel運算子 梯度值是在二維影像上某座標點顏色的變化量,可以用來偵測邊緣。 NTUST CGM Lab

  46. 雙線性內插法(Bi-Interpolation) x= Wa*a + Wb*b + Wc*c + Wd*d , 1>= Wa、Wb、Wc、Wd >=0 , 且 Wa + Wb + Wc + Wd =1 NTUST CGM Lab

  47. 雙線性內插法(Bi-Interpolation) x1=α*c + (1-α)*a x2=α*d + (1-α)*b x=γ*x2+(1-γ)*x1 X=γ*[α*d + (1-α)*b] + (1-γ)*[ α*c + (1-α)*a] NTUST CGM Lab

  48. 補充資料 NTUST CGM Lab

  49. 三角形化(Triangulation) • 適用於單調型多邊形(Monotone Polygon ) 非單調型 單調型 NTUST CGM Lab

  50. 三角形化(Triangulation) • 演算法(虛擬碼)之ㄧ NTUST CGM Lab

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