成平廣 張 坤 強(qiáng) 磊 廖文亮 周 豪

(重慶第二師范學(xué)院 數(shù)學(xué)與信息工程系，中國(guó) 重慶400067)

隨著電腦技術(shù)的飛速發(fā)展，高貴、時(shí)尚、前衛(wèi)、個(gè)性立體的基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的裝飾畫(huà)廣泛應(yīng)用于家庭，賓館，會(huì)議室，接待大廳等地方的裝飾。見(jiàn)識(shí)過(guò)的一般愛(ài)不釋手，沒(méi)見(jiàn)到過(guò)的，一旦見(jiàn)到會(huì)感覺(jué)非常神奇畫(huà)面色彩逼真，光亮，層次感強(qiáng)，畫(huà)質(zhì)細(xì)膩，豐滿；體現(xiàn)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(xiàn)各種圖案和意境，更加真實(shí)，而且具有強(qiáng)烈的視覺(jué)沖擊力，呼之欲出，有身臨其境的感覺(jué)。但增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的人物三維裝扮設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)很不成熟，因?yàn)樵鰪?qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的三維平面人物的裝扮，是一種綜合了圖像識(shí)別、動(dòng)作捕捉、虛擬現(xiàn)實(shí)等學(xué)科，將數(shù)字信息、三維虛擬模型精確地疊加顯示到真實(shí)場(chǎng)景的創(chuàng)新人機(jī)交互技術(shù)。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外對(duì)于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的研究出現(xiàn)了很濃厚的氣氛，國(guó)內(nèi)外相關(guān)研討會(huì)的數(shù)目不斷增加，學(xué)術(shù)期刊和國(guó)際會(huì)議為研究者提供了一個(gè)充分交流的空間。其研究重點(diǎn)從簡(jiǎn)單的系統(tǒng)框架、硬件跟蹤等技術(shù)，發(fā)展到目前的交互性能評(píng)價(jià)，每年有大量的相關(guān)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究的學(xué)術(shù)論文成果，還出現(xiàn)了一些增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的專(zhuān)題討論，由此可見(jiàn)，目前增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)發(fā)展迅速，它的研究與應(yīng)用將有著深遠(yuǎn)的價(jià)值。隨著計(jì)算機(jī)軟、硬件能力的提高，已經(jīng)開(kāi)始快速的進(jìn)入到大眾視野，并在會(huì)展、營(yíng)銷(xiāo)、科教、設(shè)計(jì)、出版、娛樂(lè)等領(lǐng)域發(fā)揮越來(lái)越重要的作用，被時(shí)代周刊列為當(dāng)前最具活力和前景的十大技術(shù)之一。

目前從事增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)研究的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)有美國(guó)北卡羅來(lái)納大學(xué)、麻省理工學(xué)院、波音公司、加拿大多倫大學(xué)和索尼計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室等；然而國(guó)內(nèi)在這一方面的研究以及系統(tǒng)應(yīng)用的方面還比較有限。

2 理論意義與應(yīng)用價(jià)值

2.1 理論意義

隨著網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的發(fā)展，以及年輕人追求自我個(gè)性與酷愛(ài)潮流元素的趨勢(shì)。目前市場(chǎng)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(jīng)濟(jì)效益和市場(chǎng)價(jià)值。此軟件是運(yùn)用增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的一款新型人物形象修飾軟件，用戶通過(guò)系統(tǒng)平臺(tái)模擬器模擬出一個(gè)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(duì)3D人物進(jìn)行修飾，裝扮動(dòng)作的設(shè)置等一系列操作。通過(guò)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的結(jié)合，傳統(tǒng)的平面物體將進(jìn)入全新互動(dòng)的三維時(shí)代，想象一下，用戶們面對(duì)的不再是枯燥的文字與圖片，一個(gè)個(gè)逼真、生動(dòng)的三維立體形象，在光影、音效的襯托下活靈活現(xiàn)的展示在眼前，我們將能夠真正體驗(yàn)到在3D世界中樂(lè)趣，效果如下。

圖1 對(duì)比效果圖

2.2 應(yīng)用價(jià)值

設(shè)計(jì)方面：設(shè)計(jì)再精確的圖紙，也會(huì)限制設(shè)計(jì)師設(shè)計(jì)理念的準(zhǔn)確表達(dá)，影響和客戶的溝通。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，恰恰彌補(bǔ)了這個(gè)缺陷。無(wú)論是工業(yè)設(shè)計(jì)、服裝設(shè)計(jì)、美術(shù)設(shè)計(jì)都能通過(guò)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)將設(shè)計(jì)師的創(chuàng)意快速、逼真的融合于現(xiàn)實(shí)場(chǎng)景中，讓用戶在設(shè)計(jì)階段就能對(duì)最終產(chǎn)品有直觀和切身的感受。

科教方面：科教推動(dòng)虛擬現(xiàn)實(shí)進(jìn)入實(shí)景體驗(yàn)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，將科普教育提升到一個(gè)全新的階段，豐富多彩的天文、地理、生物知識(shí)不再是課件上的簡(jiǎn)單圖片，而是可以實(shí)時(shí)互動(dòng)的三維模型。

娛樂(lè)方面：娛樂(lè)蓬勃發(fā)展的游戲產(chǎn)業(yè)，永遠(yuǎn)是孕育創(chuàng)新技術(shù)的土壤。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)，作為今后最具前景和活力的人機(jī)交互技術(shù)，也必將為用戶帶來(lái)全新的游戲體驗(yàn)，甚至徹底顛覆傳統(tǒng)的基于虛擬世界的游戲模式。

3 軟件的設(shè)計(jì)思考

3.1 基本內(nèi)容

該軟件是一種基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的人物動(dòng)畫(huà)制作軟件，它是用戶通過(guò)高清攝像頭實(shí)時(shí)捕捉現(xiàn)場(chǎng)人物頭部影像再通過(guò)系統(tǒng)地識(shí)別和處理，在三維空間平臺(tái)上模擬或者匹配出一個(gè)具有高清3D效果的人物頭部影像。然后使用系統(tǒng)提供的功能將這個(gè)三維立體的人物頭像影像進(jìn)行一系列操作。

3.2 設(shè)計(jì)思路

（1）在軟件中存放大量基礎(chǔ)人物面部器官的樣式，如各種不同類(lèi)型的眼睛，眉毛，臉部，鼻子，嘴巴，下巴，額頭，頭型（臉部各個(gè)部分盡量細(xì)化，各個(gè)類(lèi)型的器官進(jìn)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(jiǎn)略。輸入其軀體的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，如高度，粗細(xì)，顏色等由系統(tǒng)自行匹配與其相對(duì)應(yīng)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(gè)這樣的軟件程序，使其能通過(guò)識(shí)別二維圖像使其轉(zhuǎn)化為三維的立體圖像。不過(guò)這方面對(duì)軟件編程等技術(shù)專(zhuān)業(yè)性要求較高，可在軟件較為成熟，需要向高精度等方面發(fā)展時(shí)再行考慮。

（3）面部構(gòu)造感受器，通過(guò)面罩狀感受器對(duì)人物面部發(fā)出感應(yīng)光，感應(yīng)光觸碰面部，進(jìn)行反射，感受器通過(guò)計(jì)算接受反射光的時(shí)間間隔，在系統(tǒng)內(nèi)模擬出面部大致形狀。在由用戶調(diào)整某些參數(shù)，達(dá)到理想的效果。

3.3 主要功能

有以下幾個(gè)模塊來(lái)形成系統(tǒng)的骨干部分，完成一些指令和功能。

（1）美容模塊：用戶可通過(guò)此軟件給自己的立體頭像的面部進(jìn)行美容，讓一些想美容的人通過(guò)此軟件先對(duì)美容的效果進(jìn)行了解。另外系統(tǒng)提供其他人使用此方法美容后的效果圖和一些相關(guān)知識(shí) （負(fù)作用，注意事項(xiàng)等）供使用者參考。軟件系統(tǒng)還會(huì)給予這種美容技術(shù)的可行性，風(fēng)險(xiǎn)性進(jìn)行評(píng)分，供顧客咨詢。

（2）發(fā)式模塊：用戶可通過(guò)此軟件進(jìn)行發(fā)式的選取，使用戶用最短時(shí)間快速瀏覽不同發(fā)式的裝扮效果，實(shí)現(xiàn)高效率的發(fā)式挑選，試用。系統(tǒng)會(huì)把各種不同的發(fā)式素材自然的與用戶頭部匹配。發(fā)式會(huì)由系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的款式分類(lèi)，以方便用戶快速選擇不同款式，不同顏色，不同長(zhǎng)度的發(fā)式。另外在，各種小飾品等方面進(jìn)行選擇。如耳環(huán)，眼鏡，等實(shí)用的道具，系統(tǒng)配備各種發(fā)式系法教學(xué)視頻，供用戶觀賞學(xué)習(xí)。

圖3 模擬發(fā)型匹配果圖

（3）化妝模塊：用戶可以通過(guò)此軟件來(lái)使用不同的化妝品牌，系統(tǒng)會(huì)在頁(yè)面上顯示出不同化妝品的使用效果。另外系統(tǒng)會(huì)給予化妝品相對(duì)應(yīng)的使用方法的教學(xué)視屏，使用的注意事項(xiàng)及此化妝品的價(jià)格，聲譽(yù)等給予評(píng)分。

（4）軀干模塊：如果只是頭像在頁(yè)面中展示，會(huì)給用戶以不真實(shí)，不具適用性的感覺(jué)，故此軟件在軀體方面給以簡(jiǎn)略，輸入其軀體的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)，如高度，粗細(xì)，顏色等由系統(tǒng)自行匹配與其相對(duì)應(yīng)的，再由用戶選擇與自身相匹配的。此軟件發(fā)展空間巨大，技術(shù)成熟后可在設(shè)計(jì)，科教，娛樂(lè)，營(yíng)銷(xiāo)，會(huì)展等各個(gè)方面應(yīng)用。帶來(lái)巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)價(jià)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(wèn)題。方便他們的生活。

總之，基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的人物三維軟件能夠解決立體成像，軟件指令簡(jiǎn)潔，成像方式多元化，其應(yīng)用方便快捷。產(chǎn)品系列由一整套可擴(kuò)展的、靈活集成的各模塊組成，因而能滿足各行各業(yè)的工程需要。但也存在不足，軟件成像的精準(zhǔn)性由于受到技術(shù)，外部環(huán)境的形象，容易產(chǎn)生小范圍的誤差，在今后的研究中進(jìn)一步改進(jìn)和提高。

［1］任波，管淘，李利軍，等.基于ARToolKit的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)與應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用,2006(1):81-84.

［2］陳靖，王涌天，施琦，閆達(dá)遠(yuǎn).增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)注冊(cè)[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，21(5).

［3］周雅，閆達(dá)遠(yuǎn)，王涌天，常紅，徐彤.一種增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的三維注冊(cè)方法[J].中國(guó)圖像圖形學(xué)報(bào)，2000，5(A5).

［4］哈涌剛，周雅，王涌天，閆達(dá)遠(yuǎn).用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的頭盔顯示器的設(shè)計(jì)[J].光學(xué)技術(shù)，2000，26(4).

［5］易俊，李自力.基于ARToolkit立體視覺(jué)成像增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)的研究[J].