1、基于描述性語言的3D人物仿真虛擬現實黃龍章1 方燦1 鄒凈1 徐宗懿1 （1電子科技大學 計算機科學與工程學院，四川成都611731）摘要：介紹人像組合發展和存在的缺點，提出建立3D的人體模型，實現基于描述性語言的3D人物仿真虛擬現實。關鍵詞：人像組合 3D 骨骼 蒙皮 虛擬現實Descriptive Language based 3D Human Virtual RealityFang Can Zou Jing Xu Zong-yi HUANG Long-zhang ( School of Computer Science Engineering University of Electron

2、ic Science& Technology of China, Chengdu 611731,China )Abstract：Introduce the development and disadvantages of the portrait combination, and put forward that we can build 3D models to achieve the goal of descriptive language based 3D human virtual reality.Key words：Portrait Combination 3D Bone S

3、kinned Mesh Virtual Reality在辦案中運用模擬畫像已有漫長的歷史,也因其行之有效而延續至今。后來出現了照片組合形式。照片組合形式是在眾多的人面像照片中分解出不同的臉型、眼、鼻、嘴、眉、胡須和發型等部件,再用各種部件組合成不同的人面像,這種組合工作早期是由手工進行的。隨著計算機應用的發展,由此出現了計算機人像組合系統。1背景人像組合是根據目擊者提供的犯罪嫌疑人像貌特征，運用像貌特征資料合成、再現犯罪嫌疑人像貌的圖像技術，是刑事圖像技術的重要組成部分，其作用是直接為偵查破案提供犯罪嫌疑人像貌。人像組合技術的科學依據及基本原理，是利用人體像貌特征的相似性和人的記憶、再認能力的

4、相對準確性。 1938年，英國人Jacques Penry為人像特征一書收集臉譜插圖時，偶然發現相同角度拍照，并放大相同尺寸的人像特征（部件），如臉、眼、眉、鼻、發型，完全可以互換，組合成新的人的像貌。Jacques Penry收集了大量的人像照片，于1969年制成了兩個人像組合合成器，并在蘇格蘭場、布里斯托和伯明翰市警察局進行測試，取得圓滿成功。    20世紀60年代初，日本警方發現1950年日本發明的一種整容外科手術使用的儀器401型圖像組合儀可以用于人像組合。西德警方也采用和改進了這種人像組合儀，西德警方稱人像組合為“幻影照片”，并成立

5、了視覺鑒定科機動派遣組。    80年代初，我國公安部組織研發了PZY-110型人像組合儀（透明片重疊組合人像），由于PZY-110型人像組合儀采用手工組合方式，以及其他一些原因，未能迅速在全國推廣普及。    1987年天津市刑科所和重慶刑科所根據國內資料介紹，開展了照片拼圖組合法。    1989年10月，清華大學和公安部共同研制計算機人像組合系統。1990年8月公安部召開了人像組合研討會。1992年9月，我國第一套基于照片圖像的人像組合系統GA計算機人像組合系統正式通過

6、了專家鑒定。1992年中國刑警學院研究開發了“計算機模擬畫像系統”。1994年河南省公安廳計算機室和刑科所聯合開發計算機人像組合系統，并于1995年10月通過鑒定。    1996年重慶刑科所和重慶創新CAD輔助設計有限公司開發的“西南人計算機人像組合系統”，通過了專家鑒定。建立了中國第一個漢族地區性人像彩色照片（像貌）資料庫。 全國各地刑偵部門用人像組合技術偵破了一大批刑事案件，人像組合人員因此立功受獎，如重慶刑科所人像組合實驗室2000年至2002年共作人像組合417次（案），組合案犯圖像（照片）462張，偵查部門組織有關群眾通過對人像組合

7、照片的辨認，直接破案92件，通過審查人犯，破積案500余件（系列搶劫、盜竊案件47起串，計380件），人像組合人員在近三年工作中，因破案成績顯著榮立二等功1次、三等功2次、專案嘉獎12次。   2我國人像組合技術存在的問題人像組合系統的技術問題人像資料照片的地區性問題我國區域遼闊，民族眾多，影響人的遺傳、發育因素很多。雖同為漢族，但生活在不同的地區，像貌特征有較大的差異。如用東北人的照片去組合廣東人的像貌，其相似度必然很低，原因在于東北人與華南人在臉型、鼻子、嘴型、眼睛等特征差異較大。我國研發的人像組合系統應建立不同民族（如維族、藏族、壯族、彝族）人像資料庫，和不

8、同地區漢族人像資料庫，如華南庫、西南庫、華北庫等。人像資料照片的數量問題人像組合系統的人像資料庫應存儲一定數量的人像資料照片。從人的記憶、再認識能力分析，目擊者辨認照片越多，受干擾越大，記憶越模糊，選取的像貌特征越不準確。人像照片資料太少，又缺乏代表性。因此，像貌特征分類應準確，特征具有代表性。人像資料照片的年齡段問題    人的像貌特征隨年齡的增加而發生形態的改變，特別是眼睛、嘴巴、下額、額頭變化最大。如用50歲人的照片去組合20歲的犯罪嫌疑人像貌，其技術難度很大。因此，筆者認為收集人像資料照片應該分年齡段，可分為20歲以下、20-30、30-40、4

9、0-50、50-60年齡段。優化功能、操作簡便、開發“傻瓜式”人像組合系統要優化我國人像組合系統功能，開發“傻瓜式”人像組合系統，人像組合系統操作越簡便、快捷、越利于推廣。如果將人像組合技術推廣到縣級刑偵大隊和刑警中隊，就必須簡化操作程序，提高自動化程度（傻瓜功能），才能有效發揮人像組合作用。人像組合人員的素質要求   人像組合人員應具備計算機基礎，初步掌握計算機圖像處理技術，了解像貌特征的構成與分類等基本知識，而且還必須要有一定的繪畫基礎。3基于描述性語言的3D人物仿真虛擬現實基于以上問題，我們提出了“基于描述性語言的3D人物仿真虛擬現實”，希望通過建立通用的模

10、型，然后對模型進行調整來實現人像組合的功能。本系統主要包括：人體模型、描述性語言調節、細節調節、3D模型展示及GUI四個部分。 圖一 系統架構圖 圖二 功能用例圖描述模塊設計：拍照模塊設計： 渲染模塊設計：模塊間關系： 其中3D模型展示及GUI是采用OPENRY 3D引擎實現的。3.2模型的建立骨骼蒙皮技術在模型的建立過程中我們使用了最新的骨骼蒙皮技術。在這種技術中骨骼決定了模型整體在世界坐標系中的位置和朝向。在骨骼動畫中，不是把Mesh直接放到世界坐標系中，Mesh只是作為Skin使用的，是依附于骨骼的，真正決定模型在世界坐標系中的位置和朝向的是骨骼。蒙皮(Skinning)就是給物體附上皮

11、膚。三維網絡構成物體，如人形時，在關節與關節之間會出現斷裂的現象，與真人有很大的差別。消除這種斷裂現象的技巧就是蒙皮技巧。就像人的骨架一樣，一旦有了蒙皮就將看不到關節了。沒有蒙皮就會嚴重影響視覺效果。將模型與骨骼綁定在一起，綁定的過程稱為“蒙皮”。骨骼被蒙皮后，就可以對模型的骨骼進行調整，并在骨骼的帶動下相應的進行調整。模型特點1）整體性使用該技術建立的人物模型是一個有機整體，不同于平面的圖片可以對各個部位進行錯位、拼接，而是通過調整骨骼來達到目的，且不會產生錯位、脫離的情況；2）聯動性為了更好地符合生理上的特征，我們可以將多塊骨骼綁定到一起，這樣對一塊骨骼的調整可以帶動其他的骨骼相應的調整。

12、基于描述性語言的模型調整在案件的偵破過程中，目擊者或受害人對作案人的相貌描述，直接影響著偵察工作。而在實際中，對于犯罪嫌疑人的形象，目擊者不可能全部都描述出來或都記得一清二楚，目擊者只能抓住主要的東西來形容、描述。為此，國內外有關專家對此進行過專門的實驗：如讓 100 人對另外 10 人進行觀察，觀察之后按要求填寫被觀察人的相貌特征，結果如下：（1）有關眼睛大小的印象回答占 40.3% ，其次是“慈祥的”、“銳利的”等根據主觀性判斷的占 26.5% ，沒有無回答者。（2）關于鼻子的印象結果是，有關鼻梁高低的占 30% ，有關鼻子大小的占 20% ，無回答者占 37.3% 。可見，在正面像中鼻子

13、為印象弱部位。（3）關于口唇的印象大多數是赤唇的、厚薄和口裂大小，比例不明顯。（4）關于眉的印象，與濃密度有關的印象占 18.5% ，與粗細有關的占 16% ，與眉毛方向有關的占 14% ，印象深刻的幾乎沒有，無回答者為 41.8% ，約占總數的一半。（5）關于頭發的印象，有關發型的回答最多，占 63% ，對此沒有不回答的。（6）關于耳朵的印象，耳朵的形狀在正面像中印象較弱，無回答的占 55.7% ，是面部特征印象最弱的。我們由上述調查取證結果，將描述類容分為以下幾類：表-1臉部各部位特征分類部位特征分類眼睛標準眼、丹鳳眼、細長眼、瞇縫眼、圓眼、突眼、小圓眼、垂眼、三角眼、近心眼、遠心眼嘴巴仰

14、月形、伏月形、四字形、一字形、修長形鼻子挺直、塌鼻子、鷹鉤鼻、朝天鼻、高粱鼻額頭平額、外凸、內凹眉毛彎眉、細眉、短眉毛、上揚眉、一字眉、八字眉臉型三角臉、卵圓臉、圓形臉、方形臉、長圓形臉、長方形臉、菱形臉3.4細節調整細節調整是將臉部特征再進一步進行劃分，細調部位包括：上眼瞼、下眼瞼、外眼角、內眼角、臉頰、顴骨、下顎、上鼻梁、下鼻骨、額頭、眉毛、下巴、嘴唇、嘴角共14個部位。用戶選擇某一部位，滑動水平滾動條，該部位骨骼以及皮膚會隨之變化，這個變化目前包含兩個方面，一是沿X、Y、Z軸的放縮，一是沿X、Y、Z軸的水平位移。這兩種變化均是平滑變化。我們對模型的額頭進行“凸出”調整，通過對比可以發現調整之后的模型不僅額頭有了變化，眉毛也隨之發生了變化 圖-2 原圖 圖-3 調整后4結束語虛擬現實作為近年來出現的高新技術，隨著科技的日益發展，比如硬件平臺性能的不斷提升，而越來越多的得到應用，如：城市規劃、網上購物、汽車工業、醫療等。相信在不久的將來，虛擬現實會得到更好地應用，我們也會從中受益更多。參考文獻：1