在三维发型生成领域，上海科技大学、Deemos Technology以及华中科技大学的研究人员联合推出了一项名为TANGLED的创新技术。该技术旨在从各种风格和视角的图像中，创造出高质量的三维发丝模型，为数字角色的设计和动画制作带来了新的可能性。TANGLED的出现，不仅提升了发型生成的真实感和多样性，更为文化包容性的数字角色创建提供了强有力的支持，预示着在动画、增强现实等领域具有广阔的应用前景。
TANGLED的技术核心在于其独特的三步实现流程。首先，研究团队构建了一个名为MultiHair的多样化发型数据集，为模型提供了丰富的发型样本。其次，他们采用了一种基于多视图线稿的扩散框架，通过线稿特征的交叉注意力机制，精确捕捉发型的拓扑结构。最后，针对复杂发型（如辫子）的细节，TANGLED引入了一个参数化后处理模块，以修复和完善这些复杂发型的细节。
多样化发型生成
TANGLED最引人注目的功能之一是其生成多样化发型的能力。它不仅可以处理常见的直发、卷发，还能驾驭各种复杂发型，如辫子、非洲裔发型以及其他具有文化特色的传统发型。这种多样性使得TANGLED在虚拟角色创建和文化遗产保护等领域具有广泛的应用价值。
多视图输入支持
TANGLED支持从单视图或多视图图像中生成三维发型。这意味着用户可以使用一张照片或多张照片作为输入，从而为模型提供更全面的发型信息。多视图输入可以帮助模型更好地理解发型的三维结构，从而生成更逼真的发型模型。
灵活的输入风格
TANGLED的另一个优点是其对输入风格的灵活性。它不仅可以接受照片作为输入，还可以处理手绘草图、卡通图像和油画作品。这种灵活性使得TANGLED可以应用于各种不同的场景，例如动画制作、游戏开发和艺术创作。
文化包容性
TANGLED特别关注那些在传统发型生成技术中未被充分代表的发型纹理和几何结构。例如，它能够生成逼真的卷曲发、辫子以及其他具有文化意义的发型。这种文化包容性使得TANGLED可以用于创建更具代表性和多样性的虚拟角色。
高效集成
TANGLED生成的三维发型可以轻松集成到现有的CG流程中。它与Blender和Unreal Engine等流行的三维建模和渲染软件兼容，使得用户可以快速将生成的发型应用到自己的项目中。这种高效集成性大大提高了TANGLED的实用性。
TANGLED的技术原理是其成功的关键。该技术采用了NeuraPressMultiHair数据集、扩散框架和参数化后处理模块等多种先进技术，以实现高质量的三维发型生成。
NeuraPressMultiHair数据集
NeuraPressMultiHair数据集是TANGLED的基础。该数据集包含了457种多样化发型，每种发型都标注了74个属性。该数据集特别关注复杂和具有文化意义的发型，例如辫子、非洲裔发型和亚洲传统发型。为了增强数据集的多样性，研究人员采用了多视图渲染和线稿提取技术。他们还使用GPT-4生成了详细的文本标注，以帮助模型更好地理解发型的特征。
扩散框架
TANGLED的扩散框架基于多视图线稿。该框架使用线稿特征来捕捉发型的拓扑结构，例如发丝密度和分界线。为了提取线稿特征，研究人员使用了DINOv2模型。他们还采用了一种交叉注意力机制，将线稿特征整合到扩散模型中。为了增强模型对不同输入风格和视角的适应性，研究人员随机混合了不同视角的线稿特征。
参数化后处理模块
针对复杂发型（如辫子），TANGLED设计了一个参数化后处理模块。该模块使用Frenet-Serret框架生成辫子的几何结构，并基于注意力机制将其自然融入发型中。为了减少高频率噪声，研究人员采用了Laplacian平滑技术，以确保发型的几何连贯性和视觉效果。
TANGLED技术的应用场景广泛，涵盖了文化包容性虚拟人物创建、动画发型设计、增强现实发型预览、虚拟试妆应用以及基于草图的三维发丝编辑等多个领域。
文化包容性虚拟人物创建
TANGLED可以用于生成多样化的发型，从而支持不同文化背景的虚拟人物设计。这对于创建更具代表性和多样性的虚拟世界至关重要。
动画发型设计
TANGLED可以从草图生成三维发型，从而提高动画制作效率。动画师可以使用TANGLED快速创建各种不同的发型，而无需手动建模。
增强现实（AR）发型预览
TANGLED可以结合AR技术，让用户虚拟试戴不同发型。这对于美发行业具有巨大的潜力，可以帮助用户在理发前预览发型效果。
虚拟试妆应用
TANGLED可以帮助用户在购买前预览发型效果。这对于在线美妆零售商来说是一个有价值的工具，可以提高用户的购买满意度。
基于草图的三维发丝编辑
TANGLED可以基于修改草图快速调整发型。这对于创意设计领域非常有用，设计师可以使用TANGLED快速迭代发型设计。
TANGLED的出现，为三维发型生成领域带来了革命性的变革。它不仅提高了发型生成的真实感和多样性，还为文化包容性的数字角色创建提供了强有力的支持。随着技术的不断发展，TANGLED有望在动画、增强现实等领域发挥更大的作用。
TANGLED项目在推动三维发型生成技术发展的同时，也面临着一些挑战。例如，如何进一步提高生成发型的真实感和细节，如何更好地处理复杂发型的拓扑结构，以及如何将TANGLED技术应用到更广泛的领域等。未来的研究可以集中在以下几个方面：
- 提高发型真实感和细节：通过引入更先进的渲染技术和纹理生成方法，可以进一步提高生成发型的真实感和细节。例如，可以使用物理渲染（PBR）技术来模拟光线在头发上的反射和折射，从而生成更逼真的发型效果。
- 改进复杂发型处理：针对复杂发型（如爆炸头、脏辫等），可以开发更有效的拓扑结构捕捉和建模方法。例如，可以使用基于深度学习的方法来自动识别和重建复杂发型的拓扑结构。
- 拓展应用领域：可以将TANGLED技术应用到更广泛的领域，例如游戏开发、虚拟现实、数字媒体等。例如，可以将TANGLED技术用于创建游戏角色的发型，或者用于生成虚拟现实中的逼真发型。
总而言之，TANGLED作为一项创新的三维发型生成技术，凭借其独特的技术原理和广泛的应用前景，正在为数字角色设计和动画制作带来新的可能性。随着技术的不断进步和应用领域的拓展，我们有理由相信，TANGLED将在未来发挥更加重要的作用，为人们创造更加丰富多彩的数字体验。
