从人们到3D面部模型的面部表情转移是一种经典的计算机图形问题。在本文中，我们提出了一种基于学习的基于学习的方法，将来自图像和视频从图像和视频转移到面部头颈络合物的生物力学模型。利用面部动作编码系统（FACS）作为表达空间的中间表示，我们训练深度神经网络，采用FACS动作单元（AUS），并为肌肉骨骼模型输出合适的面部肌肉和钳口激活信号。通过生物力学模拟，激活变形了面部软组织，从而将表达转移到模型。我们的方法具有比以前的方法相比。首先，面部表情是剖贯的一致，因为我们的生物力学模型模拟了面部，头部和颈部的相关解剖结构。其次，通过使用从生物力学模型本身产生的数据训练神经网络，我们消除了数据收集的表达式转移的手动努力。通过涉及转移到面部表情和头部姿势的实验，通过实验证明了我们的方法的成功。

近年来，由于其在数字人物，角色产生和动画中的广泛应用，人们对3D人脸建模的兴趣越来越大。现有方法压倒性地强调了对面部的外部形状，质地和皮肤特性建模，而忽略了内部骨骼结构和外观之间的固有相关性。在本文中，我们使用学习的参数面部发电机提出了雕塑家，具有骨骼一致性的3D面部创作，旨在通过混合参数形态表示轻松地创建解剖上正确和视觉上令人信服的面部模型。雕塑家的核心是露西（Lucy），这是与整形外科医生合作的第一个大型形状面部脸部数据集。我们的Lucy数据集以最古老的人类祖先之一的化石命名，其中包含正牙手术前后全人头的高质量计算机断层扫描（CT）扫描，这对于评估手术结果至关重要。露西（Lucy）由144次扫描，分别对72名受试者（31名男性和41名女性）组成，其中每个受试者进行了两次CT扫描，并在恐惧后手术中进行了两次CT扫描。根据我们的Lucy数据集，我们学习了一个新颖的骨骼一致的参数面部发电机雕塑家，它可以创建独特而细微的面部特征，以帮助定义角色，同时保持生理声音。我们的雕塑家通过将3D脸的描绘成形状混合形状，姿势混合形状和面部表达混合形状，共同在统一数据驱动的框架下共同建模头骨，面部几何形状和面部外观。与现有方法相比，雕塑家在面部生成任务中保留了解剖学正确性和视觉现实主义。最后，我们展示了雕塑家在以前看不见的各种花式应用中的鲁棒性和有效性。

我们提出了自由式 - 人体神经通话的头部合成系统。我们表明，具有稀疏3D面部标志的建模面孔足以实现最先进的生成性能，而无需依赖诸如3D可变形模型之类的强统计学先验。除了3D姿势和面部表情外，我们的方法还能够将目光从驾驶演员转移到源身份。我们的完整管道由三个组件组成：一个规范的3D密钥估计器，可回归3D姿势和与表达相关的变形，凝视估计网络和建立在Headgan架构上的生成器。我们进一步实验发电机的扩展，以使用注意机制可容纳几次学习，以防万一可用多个源图像。与最新的重演和运动转移模型相比，我们的系统实现了更高的照片真实性与优越的身份保护，同时提供明确的注视控制。

InputOutput Input Output Fig. 1. Unlike current face reenactment approaches that only modify the expression of a target actor in a video, our novel deep video portrait approach enables full control over the target by transferring the rigid head pose, facial expression and eye motion with a high level of photorealism.We present a novel approach that enables photo-realistic re-animation of portrait videos using only an input video. In contrast to existing approaches that are restricted to manipulations of facial expressions only, we are the irst to transfer the full 3D head position, head rotation, face expression, eye gaze, and eye blinking from a source actor to a portrait video of a target actor. The core of our approach is a generative neural network with a novel space-time architecture. The network takes as input synthetic renderings of a parametric face model, based on which it predicts photo-realistic video frames for a given target actor. The realism in this rendering-to-video transfer is achieved by careful adversarial training, and as a result, we can create modiied target videos that mimic the behavior of the synthetically-created input. In order to enable source-to-target video re-animation, we render a synthetic target video with the reconstructed head animation parameters from a source video, and feed it into the trained network ś thus taking full control of the

在本文中，我们介绍了一条神经渲染管道，用于将一个人在源视频中的面部表情，头部姿势和身体运动转移到目标视频中的另一个人。我们将方法应用于手语视频的具有挑战性的案例：给定手语用户的源视频，我们可以忠实地传输执行的手册（例如握手，棕榈方向，运动，位置）和非手术（例如，眼睛凝视，凝视，面部表情，头部移动）以照片真实的方式标志着目标视频。为了有效捕获上述提示，这些线索对于手语交流至关重要，我们以最近引入的最健壮和最可靠的深度学习方法的有效组合来建立。使用3D感知表示，将身体部位的估计运动组合并重新定位到目标签名者。然后将它们作为我们的视频渲染网络的条件输入，从而生成时间一致和照片现实的视频。我们进行了详细的定性和定量评估和比较，这些评估和比较证明了我们的方法的有效性及其对现有方法的优势。我们的方法产生了前所未有的现实主义的有希望的结果，可用于手语匿名。此外，它很容易适用于重新制定其他类型的全身活动（舞蹈，表演，锻炼等）以及手语生产系统的合成模块。

编辑和操纵视频中的面部特征是一种有趣而重要的研究领域，具有夸张的应用，从电影生产和视觉效果到视频游戏和虚拟助手的现实头像。据我们所知，本文提出了第一种在视频中进行了对面部表情的照相型式操纵的方法。我们的方法支持基于神经渲染和基于3D的面部表情建模的语义视频操纵。我们专注于通过改变和控制面部表情来互动操纵视频，实现有前途的光电温度效果。该方法基于用于3D面部形状和活动的脱屑表示和估计，为用户提供对输入视频中的面部表情的直观且易于使用的控制。我们还介绍了一个用户友好的交互式AI工具，该工具处理有关输入视频的特定部分的所需情绪操纵的人类可读的语义标签，并合成光电环境拟人的操纵视频。我们通过将情绪标签映射到价值（VA）值来实现这一点，又通过特别设计和训练的表达式解码器网络映射到解开的3D面部表达式。本文提出了详细的定性和定量实验，展示了我们系统的有效性以及它实现的有希望的结果。可以在补充材料中找到其他结果和视频（https://github.com/girish-03/deepsemmanipulation）。

Animating portraits using speech has received growing attention in recent years, with various creative and practical use cases. An ideal generated video should have good lip sync with the audio, natural facial expressions and head motions, and high frame quality. In this work, we present SPACE, which uses speech and a single image to generate high-resolution, and expressive videos with realistic head pose, without requiring a driving video. It uses a multi-stage approach, combining the controllability of facial landmarks with the high-quality synthesis power of a pretrained face generator. SPACE also allows for the control of emotions and their intensities. Our method outperforms prior methods in objective metrics for image quality and facial motions and is strongly preferred by users in pair-wise comparisons. The project website is available at https://deepimagination.cc/SPACE/

Figure 1: Given a monocular portrait video sequence of a person, we reconstruct a dynamic neural radiance field representing a 4D facial avatar, which allows us to synthesize novel head poses as well as changes in facial expressions.

Studying facial expressions is a notoriously difficult endeavor. Recent advances in the field of affective computing have yielded impressive progress in automatically detecting facial expressions from pictures and videos. However, much of this work has yet to be widely disseminated in social science domains such as psychology. Current state of the art models require considerable domain expertise that is not traditionally incorporated into social science training programs. Furthermore, there is a notable absence of user-friendly and open-source software that provides a comprehensive set of tools and functions that support facial expression research. In this paper, we introduce Py-Feat, an open-source Python toolbox that provides support for detecting, preprocessing, analyzing, and visualizing facial expression data. Py-Feat makes it easy for domain experts to disseminate and benchmark computer vision models and also for end users to quickly process, analyze, and visualize face expression data. We hope this platform will facilitate increased use of facial expression data in human behavior research.

对于场景重建和新型视图综合的数量表示形式的普及最近，人们的普及使重点放在以高视觉质量和实时为实时的体积内容动画上。尽管基于学习功能的隐性变形方法可以产生令人印象深刻的结果，但它们是艺术家和内容创建者的“黑匣子”，但它们需要大量的培训数据才能有意义地概括，并且在培训数据之外不会产生现实的外推。在这项工作中，我们通过引入实时的音量变形方法来解决这些问题，该方法是实时的，易于使用现成的软件编辑，并且可以令人信服地推断出来。为了证明我们方法的多功能性，我们将其应用于两种情况：基于物理的对象变形和触发性，其中使用Blendshapes控制着头像。我们还进行了彻底的实验，表明我们的方法与两种体积方法相比，结合了基于网格变形的隐式变形和方法。

体积神经渲染方法，例如神经辐射场（NERFS），已实现了光真实的新型视图合成。但是，以其标准形式，NERF不支持场景中的物体（例如人头）的编辑。在这项工作中，我们提出了Rignerf，该系统不仅仅是仅仅是新颖的视图综合，并且可以完全控制头姿势和从单个肖像视频中学到的面部表情。我们使用由3D可变形面模型（3DMM）引导的变形场对头姿势和面部表情的变化进行建模。 3DMM有效地充当了Rignerf的先验，该rignerf学会仅预测3DMM变形的残留物，并使我们能够在输入序列中呈现不存在的新颖（刚性）姿势和（非刚性）表达式。我们仅使用智能手机捕获的简短视频进行培训，我们证明了我们方法在自由视图合成肖像场景的有效性，并具有明确的头部姿势和表达控制。项目页面可以在此处找到：http：//shahrukhathar.github.io/2022/06/06/rignerf.html

我们为基于视频的面部表情捕获提出了一个实时深入学习框架。我们的进程使用基于面对面的高端面部捕获管道来捕获面部表情。我们训练一个卷积神经网络，从视频训练生产高质量的连续闪打形状。由于这种面部捕获是完全自动化的，我们的系统可以大大减少现代叙事驱动的视频游戏或涉及现实数字双打行动者的植物的劳动量，以及每个角色的动画对话的潜在时间。我们展示了挑战性地区（如眼睛和嘴唇）的令人信服的动画推断。

来自静态图像的面部表情识别是计算机视觉应用中的一个具有挑战性的问题。卷积神经网络（CNN），用于各种计算机视觉任务的最先进的方法，在预测具有极端姿势，照明和闭塞条件的面部的表达式中已经有限。为了缓解这个问题，CNN通常伴随着传输，多任务或集合学习等技术，这些技术通常以增加的计算复杂性的成本提供高精度。在这项工作中，我们提出了一种基于零件的集合转移学习网络，其模型通过将面部特征的空间方向模式与特定表达相关来模拟人类如何识别面部表达。它由5个子网络组成，每个子网络从面部地标的五个子集中执行转移学习：眉毛，眼睛，鼻子，嘴巴或颌骨表达分类。我们表明我们所提出的集合网络使用从面部肌肉的电机运动发出的视觉模式来预测表达，并展示从面部地标定位转移到面部表情识别的实用性。我们在CK +，Jaffe和SFew数据集上测试所提出的网络，并且它分别优于CK +和Jaffe数据集的基准，分别为0.51％和5.34％。此外，所提出的集合网络仅包括1.65M的型号参数，确保在培训和实时部署期间的计算效率。我们所提出的集合的Grad-Cam可视化突出了其子网的互补性质，是有效集合网络的关键设计参数。最后，交叉数据集评估结果表明，我们建议的集合具有高泛化能力，使其适合现实世界使用。

深度神经网络在人类分析中已经普遍存在，增强了应用的性能，例如生物识别识别，动作识别以及人重新识别。但是，此类网络的性能通过可用的培训数据缩放。在人类分析中，对大规模数据集的需求构成了严重的挑战，因为数据收集乏味，廉价，昂贵，并且必须遵守数据保护法。当前的研究研究了\ textit {合成数据}的生成，作为在现场收集真实数据的有效且具有隐私性的替代方案。这项调查介绍了基本定义和方法，在生成和采用合成数据进行人类分析时必不可少。我们进行了一项调查，总结了当前的最新方法以及使用合成数据的主要好处。我们还提供了公开可用的合成数据集和生成模型的概述。最后，我们讨论了该领域的局限性以及开放研究问题。这项调查旨在为人类分析领域的研究人员和从业人员提供。

最近，音频驱动的会说话的面部视频产生引起了广泛的关注。但是，很少有研究能够解决这些会说话的面部视频的情感编辑问题，并具有连续可控的表达式，这是行业中强烈的需求。面临的挑战是，与语音有关的表达和与情感有关的表达通常是高度耦合的。同时，由于表达式与其他属性（例如姿势）的耦合，即在每个框架中翻译角色的表达可能会同时改变头部姿势，因此传统的图像到图像翻译方法无法在我们的应用中很好地工作。培训数据分布。在本文中，我们提出了一种高质量的面部表达编辑方法，用于谈话面部视频，使用户可以连续控制编辑视频中的目标情感。我们为该任务提供了一个新的视角，作为运动信息编辑的特殊情况，我们使用3DMM捕获主要的面部运动和由StyleGAN模拟的相关纹理图，以捕获外观细节。两种表示（3DMM和纹理图）都包含情感信息，并且可以通过神经网络进行连续修改，并通过系数/潜在空间平均轻松平滑，从而使我们的方法变得简单而有效。我们还引入了口腔形状的保存损失，以控制唇部同步和编辑表达的夸张程度之间的权衡。广泛的实验和用户研究表明，我们的方法在各种评估标准中实现了最先进的表现。

几乎所有现有的基于面部动作编码系统的数据集包括面部动作单元（AU）强度信息使用A-E级别分层地向强度值注释。然而，面部表情连续变化，并将从一个状态变为另一个状态。因此，将局部面部AU的强度值重新播出以表示整个面部表情的变化更有效，特别是在表达转移和面部动画的领域。我们将Feafa的扩展与重新标记的DISFA数据库相结合，可在HTTPS://www.iiplab.net/feafa+ /现在提供。扩展Feafa（Feafa +）包括来自Feafa和Disfa的150个视频序列，总共230,184帧，使用表达式定量工具手动注释24重新定义AU的浮点强度值。我们还列出了针对构成和自发子集的粗略数值结果，并为AU强度回归任务提供基线比较。

新兴的元应用需要人类手的可靠，准确和逼真的复制品，以便在物理世界中进行复杂的操作。虽然真实的人手代表了骨骼，肌肉，肌腱和皮肤之间最复杂的协调之一，但最先进的技术一致专注于仅建模手的骨架。在本文中，我们提出了Nimble，这是一种新型的参数手模型，其中包括缺少的密钥组件，将3D手模型带入了新的现实主义水平。我们首先在最近的磁共振成像手（MRI手）数据集上注释肌肉，骨骼和皮肤，然后在数据集中的单个姿势和受试者上注册一个体积模板手。敏捷由20个骨头组成，作为三角形网格，7个肌肉群作为四面体网眼和一个皮肤网。通过迭代形状的注册和参数学习，它进一步产生形状的混合形状，姿势混合形状和关节回归器。我们证明将敏捷性应用于建模，渲染和视觉推理任务。通过强制执行内部骨骼和肌肉以符合解剖学和运动学规则，Nimble可以使3D手动画为前所未有的现实主义。为了建模皮肤的外观，我们进一步构建了一个光度法，以获取高质量的纹理和正常地图，以模型皱纹和棕榈印刷。最后，敏捷还通过合成丰富的数据或直接作为推理网络中的可区分层来使基于学习的手姿势和形状估计受益。

生产级别的工作流程用于产生令人信服的3D动态人体面孔长期以来依赖各种劳动密集型工具用于几何和纹理生成，运动捕获和索具以及表达合成。最近的神经方法可以使单个组件自动化，但是相应的潜在表示不能像常规工具一样为艺术家提供明确的控制。在本文中，我们提出了一种新的基于学习的，视频驱动的方法，用于生成具有高质量基于物理资产的动态面部几何形状。对于数据收集，我们构建了一个混合多视频测量捕获阶段，与超快速摄像机耦合以获得原始的3D面部资产。然后，我们着手使用单独的VAE对面部表达，几何形状和基于物理的纹理进行建模，我们在各个网络的潜在范围内强加了基于全局MLP的表达映射，以保留各个属性的特征。我们还将增量信息建模为基于物理的纹理的皱纹图，从而达到高质量的4K动态纹理。我们展示了我们在高保真表演者特异性面部捕获和跨认同面部运动重新定位中的方法。此外，我们的基于多VAE的神经资产以及快速适应方案也可以部署以处理内部视频。此外，我们通过提供具有较高现实主义的各种有希望的基于身体的编辑结果来激发我们明确的面部解散策略的实用性。综合实验表明，与以前的视频驱动的面部重建和动画方法相比，我们的技术提供了更高的准确性和视觉保真度。

创建高质量的动画和可重新可靠的3D人体化身的独特挑战是对人的眼睛进行建模。合成眼睛的挑战是多重的，因为它需要1）适当的表示眼和眼周区域的适当表示，以进行连贯的视点合成，能够表示弥漫性，折射和高度反射表面，2）2）脱离皮肤和眼睛外观这样的照明使其可以在新的照明条件下呈现，3）捕获眼球运动和周围皮肤的变形以使重新注视。传统上，这些挑战需要使用昂贵且繁琐的捕获设置来获得高质量的结果，即使那样，整体上的眼睛区域建模仍然难以捉摸。我们提出了一种新颖的几何形状和外观表示形式，该形式仅使用一组稀疏的灯光和摄像头，可以捕获高保真的捕获和感性动画，观察眼睛区域的综合和重新定位。我们的杂种表示将眼球的显式参数表面模型与眼周区域和眼内部的隐式变形体积表示结合在一起。这种新颖的混合模型旨在解决具有挑战性的面部面积的各个部分 - 明确的眼球表面允许在角膜处建模折射和高频镜面反射，而隐性表示非常适合通过模拟低频皮肤反射。球形谐波可以代表非表面结构，例如头发或弥漫性体积物体，这两者都是显式表面模型的挑战。我们表明，对于高分辨率的眼睛特写，我们的模型可以从看不见的照明条件下的新颖观点中综合高保真动画的目光。

在这项工作中，我们解决了4D面部表情生成的问题。通常，通过对中性3D面动画来达到表达峰，然后回到中立状态来解决这一问题。但是，在现实世界中，人们表现出更复杂的表情，并从一个表达式转换为另一种表达。因此，我们提出了一个新模型，该模型在不同表达式之间产生过渡，并综合了长长的4D表达式。这涉及三个子问题：（i）建模表达式的时间动力学，（ii）它们之间的学习过渡，以及（iii）变形通用网格。我们建议使用一组3D地标的运动编码表达式的时间演变，我们学会通过训练一个具有歧管值的gan（Motion3dgan）来生成。为了允许生成组成的表达式，该模型接受两个编码起始和结尾表达式的标签。网格的最终顺序是由稀疏的2块网格解码器（S2D-DEC）生成的，该解码器将地标位移映射到已知网格拓扑的密集，每位vertex位移。通过明确处理运动轨迹，该模型完全独立于身份。五个公共数据集的广泛实验表明，我们提出的方法在以前的解决方案方面带来了重大改进，同时保留了良好的概括以看不见数据。