Nghiên cứu một số kỹ thuật biểu diễn biểu cảm khuôn mặt theo trạng thái tâm lý

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG



NGUYỄN MINH CHÂU

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT BIỂU DIỄN BIỂU
CẢM KHUÔN MẶT THEO TRẠNG THÁI TÂM LÝ

MÃ SỐ: 60.48.15

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ NĂNG TOÀN

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2010

1


M
ỤC LỤC


Trang

M
Ở ĐẦU………………………………………………………………

2

Chương 1 Khái quát v
ề thực tại ảo v
à ho
ạt hoá khuôn mặt……….…

4


1.1. Công ngh
ệ thực tại ảo v
à
ứng dụng……………………………

4


1.1.1. Công ngh
ệ thực tại ảo……………………………………….

4


1.1.2. Các
ứng dụng c
ơ b
ản củ
a th
ực tại ảo………………………

5


1.2.
Các v
ấn đề li
ên quan đ
ến thực tại ảo v
à ho
ạt hoá khuôn mặt…

7


1.2.1. Mô hình hoá khuôn m
ặt……………………………….…….

8


1.2.2.
Ho
ạt hoá khuôn mặt theo trạng thái tâm lý…………….……

9


1.3.
Ngôn ng
ữ lập tr

ình
đ
ồ hoạ J
ava 3D………………………… …

11


1.3.1. T
ổng quan về Java 3D……………………………………….

11


1.3.2.
T
ạo hoạt ảnh v
à nh
ững đối t
ư
ợng Java 3D………………….

12

Chương 2
Các k
ỹ thuật hoạt hoá khuôn mặt theo trạng thái tâm lý…

12

2.1.
Tâm lý h
ọc………………………………………………………

1
3


2.1.1.
Tr
ạng thái, cảm xúc…………………………………………

13


2.1.2.
Các tr
ạng thái tâm lý c
ơ b
ản………………………….……

13


2.2.
Ho
ạt hoá khuôn mặt theo hệ thống điểm điều khiển……………

14

2.2.1.
Nguyên t
ắc mô h
ình hoá và bi
ểu diễn………………………

15


2.2.2.

Các công c
ụ mô h
ình hoá khuôn m
ặt bằng điểm điều khiển

15


2.2.3.
Phân tích các ưu đi
ểm mô h
ình hoá khuôn m
ặt theo hệ
thống điểm điều khiển trong công nghệ 3D Morphing……………….

16

2.3.
Ho
ạt hóa khuôn mặt dựa v
ào k
ỹ thuật Morphing………………

16


2.3.1.
Morphing là gì?………………………………………….….

16


2.3.2.
Công ngh
ệ 2D Morphing……………………………………

16


2.3.3.
Công ngh
ệ 3D Morphing……………………………………

17


2.3.4.

Ứng dụng 3D Morphing trong hoạt ảnh khuôn mặt 3 chiều

17

Chương 3 Chương tr
ình th
ử nghiệm
…………………………… ……

18


3.1. Cài đ
ặt v
à ch
ạy ch
ương tr
ình Java 3D…………………… ……

18


3.2. Gi
ới thiệu phần mềm Demo……………………………….……

18

K
ẾT LUẬN……………………………………………………………

21

KI
ẾN NGHỊ V
À HƯ
ỚNG NGHI
ÊN C
ỨU TIẾP THEO………… …

22

2
Mở đầu
Sự phát triển của phần cứng máy tính và các thiết bị liên
quan đã mở đường cho sự phát triển của công nghệ thông tin.
Những bức tiến dài của công nghệ thông tin những năm gần đây
phải kể đến Thực tại ảo. Trong thực tại ảo có hai khâu quan
trọng, là mô hình hóa và điều khiển. Mô hình hóa là việc tạo ra
mô hình 3D của đối tượng trên máy tính, trong khi điều khiển
nhằm thể hiện tính động của đối tượng trong không gian ảo của
máy tính.
Trong điều khiển đối tượng, hoạt ảnh khuôn mặt là một
lĩnh vực khá mới mẻ đối với khoa học ứng dụng công nghệ
thông tin trong nước ta, nó cũng là một lĩnh vực đang rất được
quan tâm khi ứng dụng vào đời sống nhất là đời sống giải trí.
Trong đó, việc mô phỏng hay biểu diễn khuôn mặt theo các
trạng thái tâm lý (Illustrate 3D face according to Psychological
State) là một nhánh quan trọng trong lĩnh vực hoạt ảnh khuôn
mặt. Mô hình hoá và biểu diễn khuôn mặt 3D theo trạng thái
tâm lý có ứng dụng trong các lĩnh vực công nghệ thông tin, giải

trí, quảng cáo, tạo mô hình ảo, kỹ thuật số, Trên thế giới, đã
có nhiều nhà nghiên cứu tiến hành xây dựng các mô hình nhân
vật ảo có khả năng thể hiện mô tả sự chuyển động, nói, phát
âm,… đã tạo tiền đề cho công nghệ quảng cáo và phim hoạt
hình Tuy nhiên, hiện nay, ở Việt Nam, vấn đề này vẫn còn
khá mới mẻ.
Xuất phát trong hoàn cảnh đó, luận văn lựa chọn đề tài
"Nghiên cứu một số kỹ thuật biểu diễn biểu cảm khuôn mặt
3
theo trạng thái tâm lý" nhằm nghiên cứu một số kỹ thuật điều
khiển khuôn mặt và áp dụng vào việc biểu diễn khuôn mặt theo
trạng thái tâm lý là việc làm không chỉ có tính thời sự, tính khoa
học mà còn mang đậm tính thực tiễn.
Cấu trúc của luận văn bao gồm ba chương và một phụ
lục, sau khi tìm hiểu về thực tại ảo, mô hình hoá và hoạt ảnh
khuôn mặt (gọi tắt là hoạt hoá khuôn mặt) cùng với việc tìm
hiểu ngôn ngữ lập trình đồ hoạ Java 3D ([Chương 1]). Với các
kiến thức ở ([Chương 1]) chúng ta bắt đầu tìm hiểu các trạng
thái tâm lý cơ bản ở con người tiếp đến là thảo luận về các
phương pháp hoạt hoá khuôn mặt theo trạng thái tâm lý và giới
thiệu chi tiết về cách thức hoạt hoá khuôn mặt theo trạng thái
tâm lý bằng phương pháp điểm điều khiển ([Chương 2]), sau
đó giới thiệu phần mềm Demo về biểu diễn khuôn mặt 3D theo
trạng thái tâm lý được viết trên môi trường Java 3D, sử dụng
công cụ phát triển đồ hoạ 3D là NetBean 6.9.1 ([Chương 3]), ở
phần kết luận chúng ta sẽ đưa ra những khía cạnh mà luận văn
đã đạt được cùng những hạn chế của luận văn, sau rồi là hướng
phát triển của luận văn. Đi kèm với luận văn là phụ lục
morphing với Java 3D sẽ giới thiệu các lớp Alpha, Interpolator,
Morph của Java 3D.

4
Chương 1
Khái quát về thực tại ảo và hoạt hoá khuôn mặt

Trước khi đi vào nội dung chính của luận văn, chúng ta
tìm hiểu đôi nét về công nghệ thực tại ảo và một nhánh của nó
là mô hình hoá và hoạt ảnh, ở đây chỉ đề cập tới việc mô hình
hoá và hoạt ảnh khuôn mặt (gọi tắt là hoạt hoá khuôn mặt).
Nội dung của chương nhằm mục tiêu giới thiệu về công nghệ
thực tại ảo và một nhánh của công nghệ này.
1.1. Công nghệ thực tại ảo và ứng dụng
1.1.1. Công nghệ thực tại ảo
Thực tại ảo (Virtual Reality, viết tắt là VR) - có tài liệu
gọi là thực tế ảo là một hệ thống mô phỏng trong đó đồ họa máy
tính được sử dụng để tạo ra một thế giới "như thật". Hơn nữa,
thế giới "nhân tạo" này không tĩnh tại, mà lại phản ứng, thay đổi
theo ý muốn (tín hiệu vào) của người sử dụng (nhờ hành động,
lời nói, ). Điều này xác định một đặc tính chính của VR, đó là
tương tác thời gian thực (real-time interactivity). Thời gian thực
ở đây có nghĩa là máy tính có khả năng nhận biết được tín hiệu
vào của người sử dụng và thay đổi ngay lập tức thế giới ảo.
Người sử dụng nhìn thấy sự vật thay đổi trên màn hình ngay
theo ý muốn của họ và bị thu hút bởi sự mô phỏng này.
1.1.1.1. Thực tại ảo là gì?

VR- Thực Tế Ảo là một hệ thống giao diện cấp cao
giữa Người sử dụng và Máy tính. Hệ thống này mô phỏng các
sự vật và hiện tượng theo thời gian thực và tương tác với người
sử dụng qua tổng hợp các kênh cảm giác. Đó là ngũ giác gồm:
thị giác, thính giác, xúc giác, khứu giác, vị giác.
5
1.1.1.2. Các đặc tính của VR
Như vậy, theo trên VR có hai đặc tính chính là “tương
tác” và “đắm chìm”, đây là hai "I" (Interactive, Immersion) mà
nhiều người đã biết. Tuy nhiên VR còn cần có 1 đặc tính thứ 3
mà ít người để ý tới. VR không chỉ là một hệ thống tương tác
Người- Máy tính, mà các ứng dụng của nó còn liên quan tới
việc giải quyết các vấn đề thật trong kỹ thuật, y học, quân
sự, Các ứng dụng này do các nhà phát triển VR thiết kế, điều
này phụ thuộc rất nhiều vào khả năng tưởng tượng của con
người, đó chính là đặc tính "I" (Imagination) thứ 3 của VR. Do
đó có thể coi VR là tổng hợp của 3 yếu tố: tương tác- đắm
chìm- tưởng tượng (3 I trong tiếng Anh: Interactive-
Immersion- Imagination).
1.1.1.3. Các thành phần của một VR
Theo các nhà phân tích và nghiên cứu, một VR bao
gồm những 5 thành phần: HW (HardWare), SW (SoftWare),
Các ứng dụng, Người dùng và mạng liên kết
1.1.2. Các ứng dụng cơ bản của thực tại ảo
Tại các nước phát triển, chúng ta có thể nhận thấy VR
được ứng dụng trong mọi lĩnh vực: Khoa học kỹ thuật, kiến
trúc, quân sự, giải trí, và đáp ứng mọi nhu cầu: Nghiên cứu-
Giáo dục- Thương mại. Y học là lĩnh vực ứng dụng truyền
thống của VR. Bên cạnh đó VR cũng được ứng dụng trong giáo
dục, nghệ thuật, giải trí. Trong lĩnh vực quân sự, VR cũng được

ứng dụng rất nhiều ở các nước phát triển.
1.1.2.1. Trong khoa học công nghệ
Với các đặc tính của VR, một môi trường ảo như thế sẽ
là một điều kiện tốt cho việc nghiên cứu và thử nghiệm các lý
6
thuyết khoa học mà việc thực hiện các thí nghiệm trong thế giới
thực là khó khăn hoặc đòi hỏi các chi phí lớn. Bằng VR các nhà
nghiên cứu có thể tạo ra bối cảnh tương lai hay nhìn lại quá khứ
theo nghĩa như thực, từ đó đưa ra các giả thuyết trong tương lai
hay giải thích các sự kiện trong quá khứ một cách thuyết phục
hơn.
1.1.2.2. Trong giáo dục và đào tạo
Trong giáo dục, việc dạy học bắt đầu từ những cái cơ
bản nhất sau đó dần chuyển sang những kỹ năng phát triển về
tinh thần và tư duy. Trẻ thơ tiếp xúc với thế giới tự nhiên từ rất
sớm và trong chúng cần hình thành những ý tưởng, những sự lý
giải và nhu cầu tìm hiểu thế giới tự nhiên. Bằng hệ thống VR
chúng ta có thể mô phỏng lại thế giới thực thậm trí tái hiện lại
cả những thế giới trong lịch sử mà hiện thực tự nhiên không
thấy, nhờ đó việc hình thành những tư duy biện chứng về thế
giới tự nhiên của trẻ thơ trở lên dễ dàng hơn.
1.1.2.3. Trong huấn luyện quân sự
Trong quân sự và sự huấn luyện quân sự người ta tạo ra
những môi trường huấn luyện ảo, thiết lập các hệ thống chiến
trận và chiến trường và cho người huấn luyện tương tác với môi
trường ảo với cảm giác như thực rồi tiến hành các thao tác huấn
luyện nguy hiểm, việc tập luyện quân sự trong môi trường ảo
với VR diễn ra như thực là điều rất cần thiết và hữu ích cho các
nhà chỉ huy và những cá nhân tham gia trực tiếp chiến đấu, vì
người ta có thể phát hiện ra những sai lầm trong quyết định hay

những hành động chiến đấu mà trong chiến đấu thực không có
cơ hội làm lại.
7
1.1.2.4. Trong công nghiệp
Trong công nghiệp với hệ thống VR người ta có thể chế
tạo các máy và vận hành chúng trong môi trường ảo. Những sự
huấn luyện động cơ để chứng minh tính đúng đắn hay đưa ra
những sửa đổi phù hợp trong chế tạo máy, sự chuẩn xác hiệu
quả của những cỗ máy với công nghiệp và quân sự được kiểm
nghiên trong môi trường ảo trước khi sử dụng trong thực tế.
1.1.2.5. Trong y học
Nhờ công nghệ thực tại ảo nhiều nghiên cứu về cấu trúc
các loại phân tử AND và những biến thể trong cơ thể sống đã có
những bước tiến vượt bậc. Những mô phỏng về khuôn mặt, hàm
răng, lưới da,… đã giúp cho việc giải phẫu hay phẫu thuật được
định hình trước, người ta có thể tạo ra những mô hình giải phẫu
ảo và thực hiện các thao tác trên đó.
1.1.2.6. Trong việc tái tạo lịch sử
Chúng ta có thể mô phỏng, tái tạo lại các cuộc chiến
tranh, các triều đại lịch sử thông qua hệ thống VR một cách sinh
động, cũng có thể tái tạo các di tích lịch sử một cách chân thực.
1.2. Các vấn đề liên quan đến thực tại ảo và hoạt hoá
khuôn mặt
Như đã trình bày trong phần mở đầu của luận văn, khi
nói tới thực tại ảo là ta đề cập tới rất nhiều vấn đề và lĩnh vực
liên quan, trong đó việc mô phỏng ba chiều trong công nghệ
thực tại ảo đóng vai trò quyết định trong tính tập trung hứng thú
và tính như thực của ứng dụng. Việc mô hình hoá và tạo hoạt
8
ảnh cho các đối tượng là một nhánh quan trọng trong công nghệ

này. Xây dựng lên những mô hình như thực đòi hỏi có sự phân
tích tỉ mỉ, chính xác đồng thời sự mô phỏng này phải được biểu
diễn trong đồ hoạ máy tính ba chiều một cách trực quan sinh
động. Phần này của luận văn sẽ đi khảo sát sơ bộ quá trình mô
hình hoá và hoạt ảnh của đối tượng mà cụ thể chúng ta sẽ tìm
hiểu về mô hình hoá và hoạt ảnh khuôn mặt 3D theo trạng thái
tâm lý.
1.2.1. Mô hình hoá khuôn mặt
Mục đích của mô hình hoá khuôn mặt là tạo ra mô hình
cái đầu bao gồm hộp sọ và những đường cong trên đó để phản
ánh các trạng thái khác nhau của cái đầu người. Ứng với mỗi
trạng thái sẽ là các mô hình khác nhau, có một số điểm trên
khuôn mặt sẽ quyết định hình dạng và cấu trúc của mô hình.
1.2.1.1. Mô hình hoá khuôn mặt theo tham số
(Parametric face models)
Trong lược đồ mô hình hóa khuôn mặt theo tham số,
một mô hình khuôn mặt tổng quát sẽ được phỏng theo nội dung
của một hình ảnh theo màu hoặc vùng của khuôn mặt hay theo
một dãy các hình ảnh khuôn mặt. Các tham số cần thiết để mô
phỏng khuôn mặt tổng quát có thể được rút trích từ các hình ảnh
một cách tự động hoặc thủ công.
1.2.1.2. Mô hình dựa trên vật lý học (Physics-based
models)
Cách tiếp cận này là mô hình hóa hình dạng của mặt
bằng cách mô hình hóa các thuộc tính hành động của các mô và
9
cơ mặt. Các phương pháp này sử dụng các nguyên tắc vật lý và
sức mạnh tính toán để giả lập thực tế các xử lý vật lý phức tạp
mà sẽ khó khăn hoặc không thể mô hình hóa được nếu chỉ dùng
các kỹ thuật hình học.

1.2.1.3. Mô hình mặt theo thống kê (Statistical face
models)
Khả năng tưởng tượng của con người để lĩnh hội các
cảnh vật từ hình ảnh 3D được cho là do tri thức trực quan tiền
định của chúng ta về thế giới 3D. Quá trình nhận thức của
chúng ta là tích hợp thông tin từ hình ảnh 2D và tri thức tiền
định được lưu trữ trong bộ não để thuận tiện cho quá trình hiểu
biết. Đây là một chứng minh cơ bản cho sự phát triển của các
mô hình thống kê để biểu diễn các lớp đối tượng như các khuôn
mặt.
1.2.2. Hoạt hoá khuôn mặt theo trạng thái tâm lý
Hoạt hoá khuôn mặt theo trạng thái tâm lý là một nhánh
trong hoạt hoá khuôn mặt, mục đích của nó là biểu diễn những
chuyển động cơ bản của mặt ứng với những sự thay đổi của các
trạng thái tâm lý trong con người.
1.2.2.1. Phương pháp nội suy
Các kỹ thuật nội suy đưa ra một cách tiếp cận theo trực
giác để hoạt ảnh mặt. Tiêu biểu, một hàm nội suy mô tả cử động
mềm dẻo giữa hai khung hình (frame) cơ bản ở các vị trí biên,
theo một khoảng thời gian thông thường
1.2.2.2. Phương pháp tham số hoá
10
Kỹ thuật tham số hoá để hoạt ảnh mặt đã khắc phục
được các hạn chế của các phép nội suy đơn giản. Các phép
tham số hoá lý tưởng có thể biểu diễn được bất kỳ khuôn mặt
và nét mặt nào bằng việc kết hợp các giá trị tham số độc lập.
Khác với các kỹ thuật nội suy, kỹ thuật tham số cho phép điều
khiển tường minh với chi phí tính toán tương đối thấp.
1.2.2.3. Các kỹ thuật dựa trên cơ và cơ giả
Kỹ thuật hoạt ảnh dựa trên cơ thực hiện giả lập các

hành động của cơ bằng cách sử dụng các phép toán biến đổi
hình học mà không cần giả lập các hành động của mô trên da
mặt.
1.2.2.4. Kỹ thuật 2D và 3D morphing
Morphing
1
gây tác động biến đổi giữa hai ảnh hay mô
hình. Một phép morphing ảnh 2D bao gồm một phép dịch
chuyển (warp) giữa các các điểm tương ứng trong các ảnh đích
và một phép làm mờ chồng chéo
2
(cross disolve) đồng bộ. Cụ
thể, các điểm tương ứng được lựa chọn thủ công để phù hợp với
yêu cầu của ứng dụng. Phép morphing giữa các ảnh có tương
quan sẽ sinh ra các hoạt ảnh rất thực tế.
1.2.2.5. Hệ mã hoá hành động mặt (Facial Action
Coding System)

1
morph, bắt nguồn từ từ Tiếng Anh là metamorphosis, là quá
trình biến đổi từ từ hình dáng của đối tượng
2
Trong phép làm mờ chồng, một hình bị làm mờ đi, và một hình
được tô đậm thêm
11
Hệ mã hoá hành động khuôn mặt (FACS) là một mô tả
của các cử động của cơ mặt và hàm/lưỡi được dẫn xuất từ việc
phân tích hình thái giải phẫu học của mặt. FACS bao gồm 44
đơn vị hành động (AU) cơ bản. Sự kết hợp các AU này sẽ tạo ra
các biểu hiện mặt khác nhau.

1.2.2.6. Hoạt ảnh với chuẩn MPEG-4
Do sự gia tăng ứng dụng trong lĩnh vực hoạt ảnh, việc
hoạt ảnh mặt đã được đưa vào chuẩn MPEG-4 [12], là một
chuẩn nén đa phương tiện dựa trên đối tượng do MPEG
3
phát
triển.
Trong chuẩn MPEG-4, hình dạng, kết cấu và các biểu
hiện của mặt được điều khiển bởi các tham số định nghĩa khuôn
mặt (FDP
4
) và các tham số hoạt ảnh khuôn mặt (FAP
5
). Các
FDP chứa đựng thông tin để tạo ra cấu trúc hình học cho một
khuôn mặt 3D, còn các FAP sẽ mã hoá các tham số cử động cho
các điểm đặc trưng trên mặt theo thời gian.
1.3. Ngôn ngữ lập trình đồ hoạ Java 3D
1.3.1. Tổng quan về Java 3D
Java 3D là sự mở rộng của Java để hiển thị không gian
đồ hoạ 3 chiều, cũng do được mở rộng trên nền tảng của Java
nên những ứng dụng viết bằng Java 3D có thể chạy trên nhiều
kiểu máy tính khác nhau và chạy trên môi trường internet.
Những thư viện lớp của Java 3D cung cấp một giao diện đơn

3
Moving Picture Experts Group
4
Facial Definition Parameter
5

Facial Animation Parameter
12
giản hơn những thư viện đồ hoạ khác những đủ để xây dựng
những những ứng dụng trò chơi và hoạt ảnh 3D.
1.3.2. Tạo hoạt ảnh và những đối tượng Java 3D
Mỗi cảnh hoạt ảnh trong java 3D gồm những cử động
phù hợp của các đối tượng tại một thời điểm ta gọi là các nút
(node) và được sắp xếp theo cấu trúc cây, người sử dụng tạo ra
các cảnh nhỏ trong những cảnh hoạt ảnh đó và gắn chúng vào
hệ thống ảo.

Chương 2 Các kỹ thuật hoạt hoá khuôn mặt theo trạng thái
tâm lý
Đây là chương quan trọng nhất của luận văn, trong
chương này chúng ta sẽ tìm hiểu và phân tích một số khía cạnh
liên quan tới trạng thái tâm lý con người. Một trong những đặc
tính đặc trưng ở con người là tâm lý, con người có những trạng
thái biểu cảm và cảm xúc nhất định và rất tự nhiên.Tiếp đến
chúng ta sẽ tìm hiểu, nghiên cứu và phân tích các nguyên tắc và
cơ sở của việc hoạt hoá khuôn mặt theo trạng thái tâm lý nói
chung và phương pháp hoạt hoá theo điểm điều khiển và
Morphing nói riêng. Có nhiều phương pháp hoạt hoá khuôn mặt
khác nhau và chúng có những ưu điểm và hạn chế nhất trình
như đã trình bày ở chương 1. Theo đó từ mô hình ban đầu ta
thực hiện hoạt hoá để đưa ra các quá trình biến đổi tiến tới một
mô hình đích cụ thể hoặc biến đổi theo một hướng nào đó trong
một ngưỡng cụ thể. Trong các phương pháp người ta hướng tới
tính như thực của quá trình hoạt hoá.
13
2.1. Tâm lý học

Hiện nay tâm lý học là ngành khoa học nghiên cứu
hành vi, tinh thần và tư tưởng của con người (cụ thể đó là
những cảm xúc, ý chí và hành động). Tâm lý học cũng chú tâm
đến sự ảnh hưởng của hoạt động thể chất, trạng thái tâm lý và
các yếu tố bên ngoài lên hành vi và tinh thần của con người.
2.1.1. Trạng thái, cảm xúc
Trạng thái là một thể hiện của một đối tượng trong một
thời gian nhất định nào đó, người ta dùng khía niệm trạng thái
để mô tả những tính chất, những hình dáng nhất định ở một thời
điểm nhất định, thời gian lưu lại những tính chất và hình dáng
này có thể ngắn, có thể dài tuỳ theo mức độ ảnh hưởng và làm
thay đổi nó của những yếu tố tác động.
2.1.2. Các trạng thái tâm lý cơ bản
Tâm trạng hay trạng thái tâm lý là một dạng cảm xúc có
cường độ vừa và phải hoặc tương đối yếu, tồn tại trong một
khoảng thời gian tương đối lâu dài.
2.1.2.1. Trạng thái cân bằng
Trong cuộc sống tâm lý, chúng ta luôn mong muốn
mình được ở trạng thái tâm lý cân bằng. Khi ở trong trạng thái
tâm lý cân bằng con người đạt được những sự ổn định về thể
xác, sức khoẻ và tinh thần.
2.1.2.2. Vui vẻ
Vui vẻ là trạng thái tâm lý tích cực, thích thú khi đang
gặp việc hợp nguyện vọng hoặc điều làm mình hài lòng hơn
14
mong đợi, khi ở trạng thái tâm lý vui vẻ người ta thường có
những suy nghĩ và tính toán thoáng hơn bình thường, dễ chấp
nhận với những yêu cầu hay đề nghị của người khác.
2.1.2.3. Buồn dầu
Buồn thường được coi là trạng thái đối lập của trạng

thái vui vẻ, đó là trạng thái tiêu cực, không thích thú của những
người đang gặp trạng thái đau thương hoặc đang có điều không
được như ý.
2.1.2.4. Ngạc nhiên
Ngạc nhiên là tâm trạng bất ngờ, cảm thấy hoàn toàn
mới lạ đối với mình, là lúc có những sự việc, sự vật xảy đến với
bản thân hay với môi trường xung quanh mà không khi nào chủ
thể nghĩ đến hay ít dự đoán tới.
2.1.2.5. Cáu giận
Cáu giận là tâm trạng tâm lý phấn khích, sẵn sàn có
những phản ứng mạnh mẽ bằng lời nói hay bằng hành động
thiếu suy nghĩ.
2.1.2.6. Phẫn nộ
Là trạng thái tâm lý quá phấn khích, chủ thể gặp một
vấn đề, sự việc bất thường có hại tới mình nên quá căm phẫn,
uất ức tới mức có những hành động hay phản ứng mạnh mẽ với
đối phương.
2.2. Hoạt hoá khuôn mặt theo hệ thống điểm điều khiển
15
Trong hệ thống những phương pháp hoạt hoá khuôn
mặt, người ta sử dụng những lý thuyết khác nhau để biểu diễn
sự biến đổi của khuôn mặt theo một cách thức nào đó. Sau đây
chúng ta sẽ tìm hiểu phương pháp hoạt hoá khuôn mặt theo hệ
thống điểm điều khiển
2.2.1. Nguyên tắc mô hình hoá và biểu diễn
Phương pháp mô hình hoá và tạo hoạt ảnh khuôn mặt
bằng hệ thống điểm điều khiển là phương pháp phát triển hoạt
hoá khuôn mặt theo hệ thống điểm trên mô hình mặt người và
những véc tơ biến đổi các điểm điều khiển nằm trên các cơ liên
quan từ đó sinh ra các biến đổi trên khuôn mặt phù hợp. Có tám

dạng chuẩn của mô hình mặt được giới thiệu và phương pháp
đề nghị một cách để tiếp cận việc mô hình hoá và hoạt ảnh
khuôn mặt dễ dàng, nhanh chóng dựa trên những hình ảnh được
chụp nghiêng và tạo nên những mặt cắt theo các phương khác
nhau.
Chúng ta có thể tạo ra các mô hình bằng nhiều cách,
những trong phương pháp mô hình hoá bằng hệ thống điểm
điều khiển người ta biểu diễn khuôn mặt 3D theo hệ thống mắt
lưới
2.2.2. Các công cụ mô hình hoá khuôn mặt bằng điểm điều
khiển
Mô hình hoá khuôn mặt 3D bằng điểm điều khiển có
thể được tạo ra bởi các hệ ngôn ngữ hoặc các phần mềm cụ thể.
Chúng ta có thể sử dụng các dạng ngôn ngữ mô hình dữ liệu để
tạo lập các file mô hình làm cơ sở dữ liệu cho các phần mềm
16
hay các dạng ngôn ngữ lập trình đồ hoạ, ví dụ VRML tạo ra các
file (*.wrl), 3dsmax tạo ra các file (*.3ds),… Chúng ta có thể
tìm thấy nhiều công cụ mô hình hoá khuôn mặt 3D tại địa chỉ

2.2.3. Phân tích các ưu điểm mô hình hoá khuôn mặt theo
hệ thống điểm điều khiển trong công nghệ 3D
Morphing
Việc tạo ra và hoạt hoạ mô hình khuôn mặt 3D được
quyết định bởi việc hiển thị các mô hình trong từng khung một
cách thủ công trong những chương trình làm phim hoạt hoạ.
Mỗi mô hình khuôn mặt bao gồm vô số mắt lưới có
chứa các điểm, góc và cạnh cố định. Mỗi khuôn mặt bao gồm
cấu trúc 3D có một tập hợp các điểm cố định với hệ thống toạ
độ 3 chiều liên kết như x, y, z. Điều đó có nghĩa là chúng ta sử

dụng hàm biến đổi với ít nhất ba biến để có thể biến đổi và điều
khiển hệ thống điểm trên mô hình.
2.3. Hoạt hóa khuôn mặt dựa vào kỹ thuật Morphing
2.3.1. Morphing là gì?
Morphing là một kỹ thuật nội suy được sử dụng để tạo
một loạt các đối tượng trung gian biến thiên liên tục từ hai đối
tượng để tạo nên các chuyển tiếp mềm mại từ đối tượng nguồn
sang đối tượng đích.
2.3.2. Công nghệ 2D Morphing
Trong không gian hai chiều, ứng với chế độ đồ hoạ 2D
các hình vẽ được thể hiện là tập hợp các điểm trên mặt phẳng,
17
vị trí của hệ thống điểm quy định sự khác biệt giữa hai hình
ảnh. 2D Morphing là công nghệ sử dụng những ánh xạ biến đổi
giữa hai ảnh : ảnh nguồn và ảnh đích, việc ánh xạ đó có thể
được thực hiện bằng nhiếu cách tuỳ theo cách số hoá ảnh 2
chiều.
2.3.3. Công nghệ 3D Morphing
3D Morphing là sự phát triển ý tưởng của 2D Morphing
khi những nhu cầu cùng sự phát triển về đồ hoạ máy tính kể cả
phần cứng và phần mềm ngày càng lớn. Những mô hình được
tạo lập bằng nhiều phương pháp, ứng với những mô hình đó thể
hiện một trạng thái của đối tượng. Nhìn chung các mô hình
được tạo lập từ một hệ thống điểm trong không gian 3 chiều,
nhiệm vụ của quá trình Morphing là sử dụng các cách biến đổi
đến chuyển từ mô hình ban đầu tới mô hình đích, quá trình biến
đổi ấy sử dụng các mô hình trung gian làm mịn đi những sự
chuyển động giữa hai mô hình.
2.3.4. Ứng dụng 3D Morphing trong hoạt ảnh khuôn mặt
3 chiều

Quá trình sinh ra các trạng thái được thực hiện theo các
bước sau :
 Sinh ra một mô hình trung gian (geometry), cụ thể
trong mô hình được trình bày ở luận văn là các lưới
đa giác
 Sinh ra cấu trúc bề mặt trung gian (textured) ứng
với các mô hình trung gian được tạo ở bước trên và
18
ánh xạ với mô hình đó để tạo một mô hình mặt
hoàn chỉnh tại các trạng thái trung gian
 Hiển thị mô hình trung gian vào trong các khung
nhìn
Chương 3 Chương trình thử nghiệm
3.1. Cài đặt và chạy chương trình Java 3D
Chúng ta có thể download phần mềm phát triển của
Java 3D của hãng Sun MicroSystems tại địa chỉ :
hoặc có thể tìm thấy những phiên bản mới
của Sun có thể tìm thấy tại các địa chỉ khác như :


3.2. Giới thiệu phần mềm Demo
Phần này của luận văn giới thiệu phần mềm Demo sử
dụng java 3D để xây dựng, nội dung phần mềm là mô tả và biểu
diễn quá trình hoạt ảnh khuôn mặt 3D theo các trạng thái tâm lý
cho trước.
3.2.1. Cơ sở xây dựng chương trình
Trong chương trình chúng ta sử dụng các lớp có sẵn của java
3D để thực hiện Morphing các mô hình mặt 3D. Cơ sở dữ liệu
của phần mềm là các mô hình mặt 3D.
3.2.2. Giới thiệu ngôn ngữ mô hình hóa thực tại ảo VRML

VRML (Virtual Reality Modeling Language) là chuẩn để mô tả
các đối tượng hình ảnh và cảnh vật 3D trên World Wide Web.
19
3.2.3. Giới thiệu giao diện chương trình và các chức năng
cơ bản
Chương trình sử dụng công cụ phát triển NetBean để
xây dựng với giao diện đơn giản, mang tính chất minh hoạ cho
việc biểu diễn sự thay đổi các trạng thái tâm lý xuất phát từ
trạng thái bình thường (trạng thái cân bằng).
3.2.3.1. Cửa sổ ban đầu










Hình 3-1: Cửa sổ ban đầu của phần mềm biểu diễn khuôn mặt
3D theo các trạng thái tâm lý



20

Hình 3-2 : Cửa sổ đích khuôn mặt 3D biểu diễn dưới dạng lưới

3.2.3.2. Cửa sổ thể hiện chức năng bao phủ khuôn mặt














Hình 3-3 : Cửa sổ đích khuôn mặt 3D được bao phủ
21
3.2.3.3. Cửa sổ thể hiện quá trình Morphing để sinh
hoạt ảnh
Khi chọn một trạng thái tâm lý (bằng các chọn một
trong các nút trong phần cảm xúc) chúng ta sẽ thấy biểu diễn
sinh hoạt ảnh trong quá trình thực hiện Morphing :

Hình 3-4 : Cửa sổ đích thể hiện quá trình Morphing

KẾT LUẬN
Luận văn nghiên cứu và giới thiệu tổng quan về công
nghệ thực tại ảo cùng các ngành trong khoa học đó như : Mô
hình hoá, hoạt ảnh khuôn mặt 3D. Trong chương 2 đã trình bày
cách thức hoạt hoá khuôn mặt theo hệ thống điểm điều khiển và
sử dụng công nghệ Morphing với hoạt hoá khuôn mặt. Đồng
thời vận dụng các lớp có sẵn trong môi trường phát triển java
22
3D với ngôn ngữ VRML để tạo lập mô hình xây dựng phần
mềm Demo, phần mềm đã minh hoạ được quá trình Morphing
các mô hình khuôn mặt biểu diến biểu cảm khuôn mặt theo hệ
các trạng thái tâm lý cơ bản.
KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO
Trong thới gian tới, với java 3D chúng ta có thể phát
triển và nhúng các ứng dụng của hoạt hoá khuôn mặt trên nền

Web. Hơn nữa khi tìm hiểu các lý thuyết giải phẫu mặt người
và mối liên hệ giữa các trạng thái tâm lý, chúng ta sẽ phát triển
chương trình để có những biểu diễn chuẩn xác hơn, chân thực
hơn tạo tiền đề cho ứng dụng công nghệ Game và quảng cáo.