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SIGGRAPH 2014 微软头发动态运动捕捉和三维重建
2014年12月9日    评论:    分享:
   来源:微软亚洲研究院

    动作大片中常常会出现这样一个场景,长发飘飘的女神从高楼或飞机上坠落,这时候超级英雄就会突然出现在半空中英雄救美。如此刺激而唯美的画面难道真要好莱坞的大牌们亲自冒险拍摄吗?坠落过程中女神那一头飘逸的秀发又是怎么形成的呢? 第一篇论文 所研究的项目正是与此相关的。

    该技术主要内容可简单概括成头发动态运动的捕捉和三维重建。根据项目负责人之一、微软亚洲研究院研究员 王律迪 的介绍,具体来说, 即通过从不同角度拍摄头发在真实场景中的运动视频,在计算机中重建发丝级别的动态三维头发模型。

    对于运动中的头发的三维模型重建是极其具有挑战性的。人的头发由超过 10 万根纤细的发丝组成,这些发丝相互遮挡,大部分从外部根本不可见。而在运动中由碰撞、摩擦等引起的发丝间的相互作用更是错综复杂。



    之前一些类似的研究简单地将静态头发重建的方法推广到动态,因为没有充分利用时间上的信息,重建的结果一直都不尽如人意。整个项目的研究过程长达一年多,中途尝试过不少方法,却没有任何突破的结果,因为所拍头发运动视频的帧与帧之间,很难对每根头发进行准确地跟踪。但是最终,王律迪和他的同事们想出了解决办法。他们将头发运动视频看作由每帧画面重叠而成的立方体,发现在这个立方体的水平(或竖直)切面上,发丝的运动会留下清晰的轨迹。这些轨迹可以通过特殊的图像算法自动抽取,结合不同拍摄角度的视频,使得对头发运动的捕捉更准确,更稳定。

   对于这项技术的应用场景,王律迪表示,头发的运动捕捉和动态三维模型重建将会是未来高质量全人体( full-body )动态重建不可缺少的部分。在电影制作中,根据演员重建的高质量模型使得后期可以随意改变角色所处的场景,光照,甚至拍摄角度。此外,我们方法生成的动态三位头发模型不仅外观和运动与原始视频相符,每根发丝还具有相当程度的真实物理特性,如发根固定在头皮上,长度保持不变等。这使得后期有可能对头发的样式和运动做进一步的编辑(将直发变为卷发,使运动更平滑等等)。最后,这些根据真实头发重建的数据可以帮助研究人员进一步学习和了解头发的运动,甚至用于开发数据驱动的头发运动模拟算法。
标签:SIGGRAPH微软运动捕捉动作捕捉
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