In recent years, audio-driven 3D facial animation has gained significant attention, particularly in applications such as virtual reality, gaming, and video conferencing. However, accurately modeling the intricate and subtle dynamics of facial expressions remains a challenge. Most existing studies approach the facial animation task as a single regression problem, which often fail to capture the intrinsic inter-modal relationship between speech signals and 3D facial animation and overlook their inherent consistency. Moreover, due to the limited availability of 3D-audio-visual datasets, approaches learning with small-size samples have poor generalizability that decreases the performance. To address these issues, in this study, we propose a cross-modal dual-learning framework, termed DualTalker, aiming at improving data usage efficiency as well as relating cross-modal dependencies. The framework is trained jointly with the primary task (audio-driven facial animation) and its dual task (lip reading) and shares common audio/motion encoder components. Our joint training framework facilitates more efficient data usage by leveraging information from both tasks and explicitly capitalizing on the complementary relationship between facial motion and audio to improve performance. Furthermore, we introduce an auxiliary cross-modal consistency loss to mitigate the potential over-smoothing underlying the cross-modal complementary representations, enhancing the mapping of subtle facial expression dynamics. Through extensive experiments and a perceptual user study conducted on the VOCA and BIWI datasets, we demonstrate that our approach outperforms current state-of-the-art methods both qualitatively and quantitatively. We have made our code and video demonstrations available at https://github.com/sabrina-su/iadf.git.


翻译:摘要:近年来,语音驱动三维面部动画在虚拟现实、游戏与视频会议等应用中获得广泛关注。然而,精确建模面部表情的复杂精妙动态仍是一大挑战。现有研究大多将面部动画任务视为单一回归问题,这通常未能捕捉语音信号与三维面部动画间的内在跨模态关系,且忽视了其固有的一致性。此外,由于三维视听数据集有限,基于小样本学习的方法泛化能力较差,导致性能下降。为解决这些问题,本研究提出一种名为DualTalker的跨模态对偶学习框架,旨在提升数据利用效率并关联跨模态依赖。该框架将主任务(语音驱动面部动画)与其对偶任务(唇语识别)进行联合训练,并共享音频/动作编码器组件。我们的联合训练框架通过利用两个任务的信息,并显式利用面部运动与音频之间的互补关系,实现更高效的数据使用以提升性能。此外,我们引入辅助跨模态一致性损失,以缓解跨模态互补表示中潜在的过度平滑问题,从而增强对细微面部表情动态的映射。通过在VOCA和BIWI数据集上开展的大量实验及感知用户研究,我们证明该方法在定性与定量指标上均优于现有最优方法。我们已在https://github.com/sabrina-su/iadf.git 提供代码与视频演示。

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