基于生理学的舌头建模与动画合成

发布时间：2020-12-11 10:16

　　近年来,研究人员尝试根据发音器官的运动机制和原理来模拟或再现发音器官的运动,并将其用于语言学、临床医学和人机交互等场合。人类的发音器官主要包括舌头、嘴唇、牙齿、软硬腭、咽腔和鼻腔等。其中,舌头是最重要、最精细和最灵活的器官,舌头的运动在很大程度上决定了人说话时的发音变化。因此,针对舌头的生理学建模与仿真研究至关重要。过去,由于舌头生理数据的采集比较困难、再加上计算机仿真技术的发展相对滞后,如何在生物力学的意义上逼真地表现人说话时的舌头运动成为发音可视化领域的一大难题。因此,构建一个能反映真实生理特性的舌头模型,并通过其合成出语音同步的逼真动画是一项极富挑战性的研究工作。本文以还原逼真的舌头生理特性和合成高真实感的舌头动画为研究目标,构建了一个高精细的生理学舌头模型,并在此基础上构建了一个高真实感的舌头动画合成系统。本文的主要研究内容和创新点如下：1.对舌头相关的解剖学、生物力学知识进行了深入调研,提出了一种基于舌头的断层扫描数据和相关医学资料的解剖学建模方法,构建了一个拥有精确三维外观和内部肌肉结构的舌头几何网格模型。具体言之,首先根据舌头的断层扫描数据构建三维舌面网格模型,接着利用网... 

【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：110 页

【学位级别】：博士

【部分图文】：

图１．１?２Ｄ、部分３Ｄ、３Ｄ舌头几何模型??

个反映舌头形变的主成分：ＪＨ、ＴＢ、ＴＤ、ＴＴレッ及ＴＡ，分别表示下己的高度、舌??体的前后向收缩幅度、舌背的拱起展平幅度、舌尖的上扬下降幅度＾：１？及舌体的前??伸后撤幅度，并且这５个主成分对舌头变形的表达贡献率达到了巧％，图１．４显??示了这６个参数单独控制下该统计模型发生的形变。??与此同时，Ｅｎｇｗａｌｌ开展了一项长期的三维声道构建项目，该项目旨在为研??究发音动画与语音合成而进行声道的Ｈ维构建。在这个项目中，Ｅｎｇｗａｌｌ?ｅｔ??ａｌ?（１９９９）—共采集了?４３个瑞典发音对应的ＭＲＩ发音器官数据，并对这些数据进??行统计分析，得到了９个与下己、舌头、嘴唇、喉部相关主成分，其中与舌头相??关的控制参数为ＪＨ、ＴＢ、ＴＤ、ＴＴ、ＴＡ和ＴＷ，与Ｂａｄｉｎｅｔａｌ（２００２）的结果相比，??该统计结果增加了一个控制参数ＴＷ，Ｗ表示舌头的宽度，这６个主成分对舌头??形变表达的贡献率达到了?７８％。??化?ＴＢ?ＴＤ?ＴＴ?ＴＡ?ＴＷ??图１．４六个控制参数控制下的舌头形变［Ｅｎｇｗａｌｌ?ｅｔ?ａｌ，巧９９］??６??

格节点上的外力来驱动，而不是由肌肉激励驱动。??Ｆｅｌｓ?ｅｔ?ａｌ但００巧提出了一个针对发音器官建模的开源生物力学仿真平台??＂ＡｒｔｉＳｙｎｔｈ＂，该平台提供一个包含肌肉分布的３Ｄ舌头模型（如图１．７所示），其??８??

【参考文献】：
期刊论文
[1]有限元网格剖分与网格质量判定指标[J]. 李海峰,吴冀川,刘建波,梁宇兵.  中国机械工程. 2012(03)
[2]人舌及嘴部的3D肌肉控制模型[J]. 陈志翔,程义民,曾丹,葛仕明.  中国科学院研究生院学报. 2008(03)

博士论文
[1]肌肉类软组织动态力学性能研究[D]. 王宝珍.中国科学技术大学 2010
[2]自适应有限元网格生成算法研究与应用[D]. 单菊林.大连理工大学 2007



本文编号：2910360