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

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG
---------------------------------------

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 TỒN

TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2010


1
MỤC LỤC
MỞ ĐẦU………………………………………………………………
Chương 1 Khái quát về thực tại ảo và hoạt hố khn mặt……….…...
1.1. Cơng nghệ thực tại ảo và ứng dụng……………………………..
1.1.1. Công nghệ thực tại ảo……………………………………….
1.1.2. Các ứng dụng cơ bản của thực tại ảo………………………..
1.2. Các vấn đề liên quan đến thực tại ảo và hoạt hố khn mặt…..
1.2.1. Mơ hình hố khn mặt……………………………….…….
1.2.2. Hoạt hố khn mặt theo trạng thái tâm lý…………….……
1.3. Ngơn ngữ lập trình đồ hoạ Java 3D…………………………..…
1.3.1. Tổng quan về Java 3D……………………………………….
1.3.2. Tạo hoạt ảnh và những đối tượng Java 3D………………….
Chương 2 Các kỹ thuật hoạt hố khn mặt theo trạng thái tâm lý…..
2.1. Tâm lý học………………………………………………………
2.1.1. Trạng thái, cảm xúc…………………………………………
2.1.2. Các trạng thái tâm lý cơ bản………………………….……..

2.2. Hoạt hố khn mặt theo hệ thống điểm điều khiển……………
2.2.1. Ngun tắc mơ hình hố và biểu diễn………………………
2.2.2. Các cơng cụ mơ hình hố khn mặt bằng điểm điều khiển
2.2.3. Phân tích các ưu điểm mơ hình hố khn mặt theo hệ
thống điểm điều khiển trong cơng nghệ 3D Morphing……………….
2.3. Hoạt hóa khn mặt dựa vào kỹ thuật Morphing………………
2.3.1. Morphing là gì?………………………………………….….
2.3.2. Cơng nghệ 2D Morphing……………………………………
2.3.3. Công nghệ 3D Morphing……………………………………
2.3.4. Ứng dụng 3D Morphing trong hoạt ảnh khn mặt 3 chiều
Chương 3 Chương trình thử nghiệm……………………………..……
3.1. Cài đặt và chạy chương trình Java 3D……………………..……
3.2. Giới thiệu phần mềm Demo……………………………….……
KẾT LUẬN……………………………………………………………
KIẾN NGHỊ VÀ HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO…………..…

Trang
2
4
4
4
5
7
8
9
11
11
12
12
13

13
13
14
15
15
16
16
16
16
17
17
18
18
18
21
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 mơ hình hóa và điều khiển. Mơ hình hóa là việc tạo ra
mơ hình 3D của đối tượng trên máy tính, trong khi điều khiển
nhằm thể hiện tính động của đối tượng trong khơng 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 cơng nghệ

thơng 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 hố và biểu diễn khn mặt 3D theo trạng thái
tâm lý có ứng dụng trong các lĩnh vực cơng nghệ thơng tin, giải
trí, quảng cáo, tạo mơ hình ảo, kỹ thuật số,....Trên thế giới, đã
có nhiều nhà nghiên cứu tiến hành xây dựng các mơ hình nhân
vật ảo có khả năng thể hiện mơ 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 cịn
khá mới mẻ.
Xuất phát trong hồn 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 khơng chỉ có tính thời sự, tính khoa
học mà cịn 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, mơ hình hố và hoạt ảnh
khn mặt (gọi tắt là hoạt hố khn mặt) cùng với việc tìm
hiểu ngơn 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 hố khn 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 khn mặt

Trước khi đi vào nội dung chính của luận văn, chúng ta
tìm hiểu đơi nét về cơng nghệ thực tại ảo và một nhánh của nó
là mơ hình hố và hoạt ảnh, ở đây chỉ đề cập tới việc mơ hình
hố và hoạt ảnh khn mặt (gọi tắt là hoạt hố khn 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 mơ 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 mơ 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 mơ 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 cịn 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 cịn 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: InteractiveImmersion- 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 cứuGiáo 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 cơng 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 địi 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 mơ 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 khơng 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 mơ 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 mơ 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 hố
khn 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 mơ phỏng ba chiều trong cơng nghệ
thực tại ảo đóng vai trị quyết định trong tính tập trung hứng thú
và tính như thực của ứng dụng. Việc mơ hình hố và tạo hoạt


8
ảnh cho các đối tượng là một nhánh quan trọng trong cơng nghệ
này. Xây dựng lên những mơ hình như thực địi 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 q trình mơ
hình hố và hoạt ảnh của đối tượng mà cụ thể chúng ta sẽ tìm
hiểu về mơ hình hố và hoạt ảnh khn mặt 3D theo trạng thái
tâm lý.
1.2.1.

Mơ hình hố khn mặt

Mục đích của mơ hình hố khn mặt là tạo ra mơ 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 mơ hình khác nhau, có một số điểm trên
khn mặt sẽ quyết định hình dạng và cấu trúc của mơ hình.
1.2.1.1.

Mơ hình hố khn mặt theo tham số
(Parametric face models)
Trong lược đồ mơ hình hóa khn mặt theo tham số,

một mơ hình khuôn mặt tổng quát sẽ được phỏng theo nội dung
của một hình ảnh theo màu hoặc vùng của khn mặt hay theo
một dãy các hình ảnh khn mặt. Các tham số cần thiết để mơ
phỏng khn mặt tổng qt có thể được rút trích từ các hình ảnh
một cách tự động hoặc thủ cơng.
1.2.1.2.

Mơ hình dựa trên vật lý học (Physics-based
models)
Cách tiếp cận này là mơ hình hóa hình dạng của mặt

bằng cách mơ 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 tốn để giả lập thực tế các xử lý vật lý phức tạp
mà sẽ khó khăn hoặc khơng thể mơ hình hóa được nếu chỉ dùng

các kỹ thuật hình học.
1.2.1.3.

Mơ 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 thơng 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
mơ hình thống kê để biểu diễn các lớp đối tượng như các khn
mặt.
1.2.2.

Hoạt hố khn mặt theo trạng thái tâm lý
Hoạt hố khn mặt theo trạng thái tâm lý là một nhánh

trong hoạt hố khn 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 thơng 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 hố 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 tốn biến đổi
hình học mà khơng cần giả lập các hành động của mô trên da
mặt.
1.2.2.4.

Kỹ thuật 2D và 3D morphing
Morphing1 gây tác động biến đổi giữa hai ảnh hay mơ

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 chéo2(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 tơ đậm thêm


11
Hệ mã hố hành động khn 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 MPEG3 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 (FDP4) và các tham số hoạt ảnh khuôn mặt (FAP5). Các
FDP chứa đựng thông tin để tạo ra cấu trúc hình học cho một
khn mặt 3D, cịn các FAP sẽ mã hố các tham số cử động cho
các điểm đặc trưng trên mặt theo thời gian.
1.3.

Ngơn 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 mơi trường internet.
Những thư viện lớp của Java 3D cung cấp một giao diện đơn
3

Moving Picture Experts Group
Facial Definition Parameter
5
Facial Animation Parameter
4


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 hố khn 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 ngun tắc và
cơ sở của việc hoạt hố khn mặt theo trạng thái tâm lý nói
chung và phương pháp hoạt hố theo điểm điều khiển và
Morphing nói riêng. Có nhiều phương pháp hoạt hố khn mặt
khác nhau và chúng có những ưu điểm và hạn chế nhất trình
như đã trình bày ở chương 1. Theo đó từ mơ hình ban đầu ta
thực hiện hoạt hố để đưa ra các q trình biến đổi tiến tới một
mơ 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 q trình hoạt hố.


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 mơ 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 ln 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 lịng hơn


14
mong đợi, khi ở trạng thái tâm lý vui vẻ người ta thường có
những suy nghĩ và tính tốn thống 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, khơng thích thú của những
người đang gặp trạng thái đau thương hoặc đang có điều khơng
được như ý.
2.1.2.4.

Ngạc nhiên
Ngạc nhiên là tâm trạng bất ngờ, cảm thấy hồn tồn

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 đốn 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 hố khn mặt theo hệ thống điểm điều khiển


15
Trong hệ thống những phương pháp hoạt hố khn
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 hố khn mặt theo hệ
thống điểm điều khiển
2.2.1.

Ngun tắc mơ hình hố và biểu diễn
Phương pháp mơ hình hố và tạo hoạt ảnh khuôn mặt

bằng hệ thống điểm điều khiển là phương pháp phát triển hoạt
hố khn mặt theo hệ thống điểm trên mơ 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 khn mặt phù hợp. Có tám
dạng chuẩn của mơ hình mặt được giới thiệu và phương pháp
đề nghị một cách để tiếp cận việc mơ hình hố và hoạt ảnh
khn 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 mơ hình bằng nhiều cách,
những trong phương pháp mơ hình hố bằng hệ thống điểm
điều khiển người ta biểu diễn khuôn mặt 3D theo hệ thống mắt
lưới
2.2.2.

Các cơng cụ mơ hình hố khn mặt bằng điểm điều
khiển
Mơ hình hố khn 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 ngơn ngữ mơ hình dữ liệu để
tạo lập các file mơ hình làm cơ sở dữ liệu cho các phần mềm


16
hay các dạng ngơn 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 cơng cụ mơ hình hố khn mặt 3D tại địa chỉ
/>2.2.3.

Phân tích các ưu điểm mơ hình hố khn mặt theo
hệ thống điểm điều khiển trong công nghệ 3D
Morphing
Việc tạo ra và hoạt hoạ mơ hình khn mặt 3D được

quyết định bởi việc hiển thị các mơ hình trong từng khung một
cách thủ cơng trong những chương trình làm phim hoạt hoạ.
Mỗi mơ hình khn mặt bao gồm vơ số mắt lưới có
chứa các điểm, góc và cạnh cố định. Mỗi khn 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 mơ hình.
2.3.

Hoạt hóa khn 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.

Cơng nghệ 2D Morphing
Trong khơng 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 cơng 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 mơ hình được
tạo lập bằng nhiều phương pháp, ứng với những mơ hình đó thể
hiện một trạng thái của đối tượng. Nhìn chung các mơ hình
được tạo lập từ một hệ thống điểm trong khơng gian 3 chiều,
nhiệm vụ của q trình Morphing là sử dụng các cách biến đổi
đến chuyển từ mô hình ban đầu tới mơ hình đích, q trình biến
đổi ấy sử dụng các mơ hình trung gian làm mịn đi những sự
chuyển động giữa hai mơ hình.
2.3.4.

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

Q trình sinh ra các trạng thái được thực hiện theo các

bước sau :
­

Sinh ra một mơ hình trung gian (geometry), cụ thể
trong mơ hình được trình bày ở luận văn là các lưới
đa giác

­

Sinh ra cấu trúc bề mặt trung gian (textured) ứng
với các mơ hình trung gian được tạo ở bước trên và


18
ánh xạ với mơ hình đó để tạo một mơ hình mặt
hồn chỉnh tại các trạng thái trung gian
­

Hiển thị mơ 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 khn 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 mơ hình mặt 3D. Cơ sở dữ liệu
của phần mềm là các mơ hình mặt 3D.
3.2.2.

Giới thiệu ngơn ngữ mơ 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 cơng 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 khn mặt 3D biểu diễn dưới dạng lưới
3.2.3.2.

Cửa sổ thể hiện chức năng bao phủ khn mặt

Hình 3-3 : Cửa sổ đích khn 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 q 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 : Mơ
hình hố, hoạt ảnh khn mặt 3D. Trong chương 2 đã trình bày
cách thức hoạt hố khuôn mặt theo hệ thống điểm điều khiển và
sử dụng cơng nghệ Morphing với hoạt hố khn mặt. Đồng
thời vận dụng các lớp có sẵn trong mơi trường phát triển java

22
3D với ngơn ngữ VRML để tạo lập mơ hình xây dựng phần
mềm Demo, phần mềm đã minh hoạ được q trình Morphing
các mơ hình khn 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 hố khn 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.