AI数字人：换脸模型Faceswap

 1 Faceswap介绍

Faceswap利用深度学习算法和人脸识别技术，可以将一个人的面部表情、眼睛、嘴巴等特征从一张照片或视频中提取出来，并将其与另一个人的面部特征进行匹配。

Faceswap在 Encoder-Decoder自编解码架构之上又引入GAN技术，显著提升换脸效果，Encoder-Decoder自编解码换脸:通过将任意扭曲的人脸进行还原，整个过程包含：

• 获取正常人脸照片
• 扭曲变换人脸照片
• Encoder编码向量
• Decoder解码向量
• 还原正常人脸照片

总体上，Faceswap换脸主要分为以下三个过程：

• 人脸检测
• 特征提取
• 人脸转换

2 Faceswap的应用场景

Faceswap的应用非常广泛，既可以用于娱乐和艺术创作，也可以用于影视制作和特效产生。下面是Faceswap技术在不同领域的应用示例：

1. 娱乐和艺术创作：Faceswap可以用于制作有趣的照片和视频，使用户能够将自己的脸部特征与名人、角色或动物等进行交换。这种技术可以用于制作搞笑的图片、制作创意艺术作品或生成有趣的社交媒体内容。

2. 影视制作：Faceswap在影视制作中扮演着重要的角色。它可以用于数字特效和妆容效果，例如将一个演员的面部特征与替身演员进行交换，使得观众无法察觉到替身的存在。这种技术还可以用于恢复历史上的人物形象，使他们在电影中复活或重新出现。

3. 隐私保护和安全：Faceswap技术也引发了隐私和安全方面的担忧。它可以被用于欺骗系统，例如通过伪造身份进行非法活动或诈骗。为了应对这些问题，研究人员和开发者也在努力提供相应的解决方案，例如开发检测和对抗Faceswap技术的方法。

 3 Faceswap运行环境构建

3.1 conda环境准备

        conda环境准备详见：annoconda

3.2 运行环境安装

git clone https://github.com/deepfakes/faceswap.git
cd faceswap
conda create -n faceswap python=3.9
conda activate faceswap 
python setup.py

选择的选项如下：
Enable ROCm Support? [y/N] n
Enable AMD Support? [y/N] n
Enable  Docker? [y/N] n
Enable  CUDA? [Y/n] y
Continue? [y/N] y

也可以执行如下命令替代：

Nvidia GPU: pip install -r ./requirements/requirements_nvidia.txt
CPU       : pip install -r ./requirements/requirements_cpu.txt

安装完成后，查看命令列表

python faceswap.py -h
 
 
显示如下：
  {extract,train,convert,gui}
    extract             Extract the faces from pictures or a video
    train               Train a model for the two faces A and B
    convert             Convert source pictures or video to a new one with the face swapped
    gui                 Launch the Faceswap Graphical User Interface
 
optional arguments:
  -h, --help            show this help message and exit

4 Faceswap执行换脸

使用两个视频，名称分别为video1.mp4和video2.mp4，两个视频存放在根目录的src文件夹下，本次执行模型的目标是把video2.mp4中的人脸替换到video1.mp4视频中，命令执行如下：

4.1 预训练模型下载

预训练模型下载：下载地址

下载完成后，移动到faceswap根目录的.fs_cache/文件夹下

也可以选择让程序自动下载，但下载较慢，而且经常会断开

4.2 提取人脸数据（以下方式三选一）

(1)从视频中提取人脸图片

• 抽取video1.mp4中的人脸，抽取的图片保存到根目录下的./faces/f1目录下，执行命令如下：

python faceswap.py extract -i src/video1.mp4 -o faces/f1/

•  抽取video2.mp4中的人脸，抽取的图片保存到根目录下的./faces/f2目录下，执行命令如下：

python faceswap.py extract -i src/video2.mp4 -o faces/f2/

(2)从图片中提取人脸图片

p1和p2文件夹中存放这多张携带人脸的图片，分别属于A用户和B用户，命令如下：

python faceswap.py extract -i src/p1 -o faces/f1
 
python faceswap.py extract -i src/p2 -o faces/f2

(3)通过ffmpeg工具提取人脸数据

ffmpeg -i src/video1.mp4 faces/f1/video1-%d.png
 
ffmpeg -i src/video2.mp4 faces/f2/video2-%d.png

然后再通过（2）中的命令提取人脸数据

4.3 开启训练

模型文件保存在根目录的f1_to_f2_model目录下

python faceswap.py train -A faces/f1 -B faces/f2 -m f1_to_f2_model/

训练完成后通过ll命令查看如下：

总用量 641232
-rw-r--r-- 1 root root 328305920 6月  29 19:08 original.h5
-rw-r--r-- 1 root root 328305920 6月  29 19:07 original.h5.bk
drwxr-xr-x 3 root root        23 6月  29 17:49 original_logs
-rw-r--r-- 1 root root      2757 6月  29 19:08 original_state.json
-rw-r--r-- 1 root root      2756 6月  29 19:07 original_state.json.bk

4.4 基于训练好的模型进行换脸

（1）基于训练后的模型进行图像转换

python faceswap.py convert -i src/video1.mp4 -o converted/ -m f1_to_f2_model/

（2）将转换后的图像合成视频

ffmpeg -i video1-%6d.png -c:v libx264 -vf "fps=25,format=yuv420p" out.mp4

其中fps与原视频中的fps相同，可以通ffmpeg -i video1.mp4查看

4.5 效果展示