本篇論文發(fā)表于 SIGGRAPH 2017，并入選 Technical Papers Preview Trailer。為便于非專業(yè)人士閱讀，以下介紹盡量不夾帶英文和公式，也盡量精簡(jiǎn)扼要。

關(guān)鍵詞：Face Modeling, Face Database, Deep Learning, Face Caricatures, Gestures, Sketch-Based Modeling

論文鏈接：DeepSketch2Face: A Deep Learning Based Sketching System for 3D Face and Caricature Modeling

簡(jiǎn)介

臉部建模一直是計(jì)算機(jī)圖像和視覺領(lǐng)域的熱門話題，包括卡通人物建模、人臉?biāo)囆g(shù)設(shè)計(jì)、人臉實(shí)時(shí)重構(gòu)等等，尤其是交互式人臉建模。我們構(gòu)建了一個(gè)快速的、交互的、基于深度學(xué)習(xí)的人臉建模框架。通過(guò)簡(jiǎn)單勾勒人臉圖畫（caricature），我們的模型可以迅速生成對(duì)應(yīng)的三維人臉模型，并且可以同時(shí)擬合面部輪廓和細(xì)節(jié)表情。同時(shí)我們也提供了多種方式進(jìn)行快速的模型修改。實(shí)驗(yàn)證明我們的結(jié)果具有高精度和快速度。

框架

非常推薦大家通過(guò)視頻了解我們的框架：

Youtube: DeepSketch2Face(SIGGRAPH2017) Youtube

騰訊視頻: DeepSketch2Face(SIGGRAPH2017) 騰訊視頻

框架的流程如圖所示：

初始繪制模式（Initial Sketching Mode）

我們采用了卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（CNN）來(lái)學(xué)習(xí)二維繪畫的人臉特征。如圖所示，輸入是 256 乘 256 大小的繪畫圖片，通過(guò)卷積層提取特征，結(jié)合每個(gè)像素點(diǎn)的雙線性插值編碼，利用不同的全連接層，最終輸出一個(gè) 50 維的人臉向量和一個(gè) 16 維的表情向量。我們預(yù)設(shè)了 50 個(gè)人臉基底和 16 個(gè)表情基底，最終輸出的模型則是向量和基底的點(diǎn)乘。我們可以做到近乎實(shí)時(shí)的渲染，即用戶每勾勒一筆線條，迅速輸出對(duì)應(yīng)的擬合三維模型。（對(duì)于卷積層，我們采用了較老的 AlexNet。我們也試驗(yàn)了 Resnet 等更新的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，在精度上沒(méi)有特別顯著的提升；同時(shí)考慮到實(shí)時(shí)繪制的速度要求，我們選擇了這樣一個(gè)折衷方案。）

以下是一些真實(shí)渲染結(jié)果：

連續(xù)繪制模式（Follow-up Sketching Mode）

利用同樣的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及區(qū)域變形技術(shù)（Laplacian deformation），我們給用戶提供了簡(jiǎn)易修改的繪制方案。對(duì)于不精于從空白紙張繪制肖像的用戶，或者不想生成復(fù)雜人臉形狀的用戶，可跳躍第一步直接進(jìn)行連續(xù)繪制。在連續(xù)繪制模式下，由單向工程（二維 -> 三維）轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向工程 （二維 <-> 三維）：用戶可直接從當(dāng)前生成或預(yù)設(shè)的三維模型得到一個(gè)二維的人臉輪廓，并基于這個(gè)人臉輪廓進(jìn)行修改、刪除、變形等操作；類似于第一步，這個(gè)二維輪廓可以生成相應(yīng)的三維模型。

下圖是一個(gè)典型的通過(guò)連續(xù)繪制模式生成的模型：

精細(xì)修改模式（Gesture-based Refinement）

我們提供了基于手勢(shì)的精細(xì)修改模式。如圖所示，用戶可以通過(guò)相應(yīng)的手勢(shì)，選取圖像的區(qū)域進(jìn)行變形，如面頰凸起，眉毛修改、面部輪廓修改等等。用戶的手勢(shì)也是通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，輸入是用戶繪畫的手勢(shì)，輸出是對(duì)應(yīng)的操作。

其他

平均來(lái)講，基于我們的框架，新手繪制一個(gè)人臉模型只需要 5～7 分鐘，熟練后甚至在一兩分鐘內(nèi)就畫出一個(gè)逼真的人臉模型。我們支持多種模型格式輸出，以便對(duì)接其他平臺(tái)。用戶在實(shí)時(shí)操作過(guò)程中可以無(wú)障礙地進(jìn)行撤銷和恢復(fù)操作。用戶操作窗口本身也支持各種常見的渲染操作，如放大縮小旋轉(zhuǎn)移動(dòng)貼圖等等。同時(shí)，我們也提供了一個(gè)用于人臉建模的數(shù)據(jù)庫(kù)，包含極大量的人臉模型，及其不同的表情和夸張程度（levels of exaggeration）

結(jié)尾

有了這個(gè)軟件，再也不用擔(dān)心不會(huì)建模了！更多關(guān)于模型的細(xì)節(jié)和數(shù)學(xué)公式，請(qǐng)參考原論文。

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更新：鑒于大家的需求，我們會(huì)陸續(xù)上傳 demo 文件和數(shù)據(jù)庫(kù)資料（預(yù)計(jì)八月），需要的童鞋們可以先 star 我們的 repo: irsisyphus/deepsketch2face

雷鋒網(wǎng)按：本文原作者irsisyphus，香港大學(xué)計(jì)算機(jī)系大三學(xué)生，論文第二作者。更多內(nèi)容及個(gè)人簡(jiǎn)歷請(qǐng)關(guān)注我的個(gè)人網(wǎng)站，歡迎各種工作 / PHD 內(nèi)推。本文原載于知乎專欄，雷鋒網(wǎng)對(duì)文章做出了不改變?cè)獾恼{(diào)整。

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