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萧箫 发自 凹非寺
量子位 报道 | 公众号 QbitAI

只需要1张动漫头像，就能让你的二次元老婆“开口说话”：

甚至可以像虚拟主播一样摇晃脑袋唱歌：

不仅如此，动漫头像还能模拟你的口型和头部动作，实时“唱”出想要的效果来（作者亲自上场）：

简直是老二刺螈玩家的福音。而且，不想露面的主播，也有了新的免费“虚拟主播”可选择。

那么，这是用的什么原理，让模型能达到这样的效果？

用3D模型，让2D头像动起来

这个模型最核心的思想，就是将图片和姿态参数输入系统，来“改变”输入图片中动漫人物的姿态。

听起来非常简单，但实际上并不容易实现。其一，对应的数据集不好找；其二，网络的体系结构和训练不容易搭建。

而且，作者也没能如愿找到多姿态的2D动漫角色数据集。

怎么办？

经过思考，作者选择采用大量3D模型（约8000个）对网络进行训练，因为这些3D模型的参数，是可控的。

除此之外，也还需要设计模型注释，以“圈”出模型的头部、发型和配饰等“需要旋转”的地方。

而动漫人物经过变化的眼睛和嘴型，也需要单独提取出来，用于考虑各种人物表情的变化。

根据3D人物的实际动画效果，就能设计出对应的网络了：从人物最主要的两个动作，即改变表情和旋转脸部，来让人物“动起来”。

也就是说，首先需要控制眼睛和嘴张开的程度，然后，再想办法让动漫人物的头部“转起来”。

先是改变表情。这一步骤相对简单，只需要找到一个张嘴、睁眼的动漫头像，就能用算法，让主角眨眼睛、改变嘴型。

但控制脸部旋转的算法，则要更复杂一些，因为伴随着脸部转动的，虽然只有头部，但还要连同发型和配饰一同转动。

作者进一步改进算法后，控制面部旋转的网络模型，变得更加细化了一些：

首先找到需要旋转的部分、完成旋转，然后将输出图像的颜色控制与输入像素对应，最后将效果进行结合。

从人物的晃头、前后摆动来看，效果还是非常不错的。

不过，这还不是作者想要的模型，毕竟虹膜和眉毛还不能变化。

在对算法进行优化后，最新的模型，不仅能惟妙惟肖地做出生气、厌恶、沮丧的表情来，还能改变瞳孔和眉毛的形状，人物看起来也更逼真了。

效果如何？

应用到单张2D头像上的效果，还是挺能打的：

不仅能通过视频人脸检测，实时模拟人物的口型和表情：

还能用已有的视频人物控制它“说话”、“唱歌”，化身“虚拟主播”：

不过，单从3D模型的渲染效果来看，偶尔会出现一些失误，需要适当进行调整。

例如……这位黄发少年身上的剑，就会“随头移动”：

尽管头部的旋转已经非常完美，不过，本该在背后的剑，却也随着头部转动了起来……

作者本人也提到了这些细节，而且也指出，对于某些发型比较特殊的动漫人物来说，的确会出现不那么完美的情况。

例如，随着头部转动，出现辫子被“割断”的情况：

不过，这些也都还是细节上的问题。

作者表示，数据集也需要重点关注：他找的动漫头像，基本都是人物头像。

也就是说，如果训练数据与角色外观差异较大（例如兽人），就会出现这种情况：

如果你是兽人玩家，可能还需要自行准备数据集，再训练一个模型出来。

作者介绍

Pramook Khungurn，本硕毕业于MIT，博士就读于康奈尔大学计算机科学系，目前在谷歌日本（Google Japan）工作，专注于渲染算法和外观建模的研究。

读书期间，他也有不少计算机系的论文发表在SIGGRAPH等顶会上。（而且，还拥有比满分更高的GPA）

项目地址：
https://pkhungurn.github.io/talking-head-anime/

参考链接：
https://www.cs.cornell.edu/~pramook/
https://www.reddit.com/r/MachineLearning/comments/lafy8i/rp_talking_head_anime_from_a_single_image_2_more/

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