2025 年,虚拟偶像已经从“二次元彩蛋”进化为“品牌数字资产”。Gartner 预测,虚拟网红将占营销预算 20% 以上。本文聚焦语音与动作合成两大核心模块,给出可落地的 Python 全链路代码,覆盖 TTS→声学特征→驱动 3D 骨骼→渲染管线→实时推流。读完即可复现一个“能唱能跳”的虚拟偶像原型。
层级 | 关键模型 | 输出模态 | 延迟预算 |
---|---|---|---|
① 文本/情感输入 | BERT+知识图谱 | 情感 ID+风格向量 | <50 ms |
② 语音合成 | VITS 风格迁移 | 24 kHz WAV+Mel | <200 ms |
③ 声学→动作 | Beat2Dance 网络 | 骨骼旋转角 | <100 ms |
④ 渲染 & 推流 | Unity URP + FFmpeg | 1080p@30 fps | <400 ms |
整体端到端延迟 <800 ms,满足直播互动需求。
模型 | 自然度 MOS | 风格控制 | 实时率 | 许可证 |
---|---|---|---|---|
Tacotron2+WaveGlow | 4.1 | 无 | 0.3× | BSD |
VITS(端到端) | 4.3 | ✅ 情感/音色 | 0.8× | MIT |
FastSpeech2+HiFi-GAN | 4.2 | 有限 | 1.2× | Apache |
VITS 把声学模型与声码器统一为一个生成对抗网络,支持音色与情感解耦,最适合虚拟偶像的多角色切换场景。
# 目录结构
dataset/
├─ wav/
│ ├─ 0001.wav
│ └─ ...
├─ train.txt # 格式:0001|你好,我是虚拟偶像 Alice
└─ val.txt
# vits_finetune.py
import torch, yaml, argparse
from vits.train import train
if __name__ == "__main__":
parser = argparse.ArgumentParser()
parser.add_argument("-c", "--config", default="configs/alice.json")
args = parser.parse_args()
with open(args.config) as f:
cfg = yaml.safe_load(f)
train(cfg, # 加载原始 config
base_ckpt="pretrained_vits.pth", # 官方 checkpoint
data_path="dataset")
关键超参:batch_size=16,lr=2e-4,kld_weight 从 0 开始每 5k 步 +0.1,防止 KL 塌陷。
# inference_emotion.py
from vits.commons import intersperse
from vits.models import SynthesizerTrn
import torch
model = SynthesizerTrn(*cfg["model_params"])
model.load_state_dict(torch.load("alice_emotion.pth"))
model.eval()
text = "今天天气真不错!"
text_ids = intersperse(text_to_sequence(text, cleaner), 0)
x = torch.LongTensor(text_ids).unsqueeze(0)
sid = torch.LongTensor([0]) # 角色 ID
emo = torch.FloatTensor([0,1,0,0]) # 快乐 one-hot
with torch.no_grad():
audio = model.infer(x, sid=sid, emo=emo, noise_scale=0.667)[0]
torchaudio.save("alice_happy.wav", audio.unsqueeze(0), 24000)
# 用 librosa 提取节拍
import librosa, numpy as np
y, sr = librosa.load("song.wav", sr=None)
tempo, beats = librosa.beat.beat_track(y=y, sr=sr)
np.save("beats.npy", librosa.frames_to_time(beats, sr=sr))
# beat2dance.py
import torch.nn as nn
class Beat2Dance(nn.Module):
def __init__(self, n_joints=52):
super().__init__()
self.backbone = nn.Sequential(
nn.Conv1d(1, 64, kernel_size=9, padding=4),
nn.ReLU(),
nn.Conv1d(64, 128, 9, padding=4),
nn.AdaptiveAvgPool1d(1))
self.fc = nn.Linear(128, n_joints*3) # 每关节 XYZ 旋转角
def forward(self, beat): # beat: [B, T] 0/1
feat = self.backbone(beat.unsqueeze(1)).squeeze(-1)
rot = self.fc(feat).view(-1, 52, 3)
return rot
训练目标:最小化关节角与真人舞蹈 MoCap 的 L2 误差,数据集用 AIST++ 3 小时 120 BPM 片段。
# real_time_dance.py
import sounddevice as sd, numpy as np
window = np.zeros(int(sr*4*60/120)) # 4 拍
def callback(indata, frames, time, status):
global window
window = np.roll(window, -frames)
window[-frames:] = np.mean(indata, axis=1)
beat_env = librosa.onset.onset_strength(y=window, sr=sr)
beats,_ = librosa.beat.beat_track(onset_envelope=beat_env)
if len(beats)>1:
rot = model(torch.from_numpy(beat_env).float().unsqueeze(0))
send_to_unity(rot) # 通过 UDP 发旋转角
stream = sd.InputStream(callback=callback, blocksize=512)
stream.start()
使用 Richardson et al. 2021 的跨模态模型,将 80 维 Mel 映射到 52 维 blendshape。
# mel2viseme.py
from scipy.signal import resample
mel = librosa.feature.melspectrogram(y=audio, sr=24000, n_mels=80)
mel_rs = resample(mel, num=int(len(audio)/24000*60)) # 60 fps
viseme = mel2lip(torch.from_numpy(mel_rs.T).unsqueeze(0))
rot_emo = torch.cat([rot, emo.unsqueeze(1).repeat(1,52,1)], dim=-1) # [B,52,7]
Unity 端用 Shader Graph 根据情感系数动态调节瞳孔大小与眉毛偏移,增强表现力。
alice.vrm
VRMBlendShapeProxy
proxy.ImmediatelySetValue
绑定using UnityEngine;
using System.Net.Sockets;
using MessagePack;
[MessagePackObject]
public struct RotPacket {
[Key(0)] public float[] rot; // length=52*3
}
public class UDPServer : MonoBehaviour {
UdpClient client;
void Start() {
client = new UdpClient(9999);
client.BeginReceive(OnReceive, null);
}
void OnReceive(System.IAsyncResult ar) {
byte[] data = client.EndReceive(ar, ref RemoteEndPoint);
var pkt = MessagePackSerializer.Deserialize<RotPacket>(data);
SetJoints(pkt.rot);
client.BeginReceive(OnReceive, null);
}
}
// GrabCam.cs
IEnumerator StartPipe() {
var tex = new Texture2D(Screen.width, Screen.height, TextureFormat.RGB24, false);
var ffmpeg = new System.Diagnostics.Process();
ffmpeg.StartInfo.FileName = "ffmpeg";
ffmpeg.StartInfo.Arguments =
"-f rawvideo -pix_fmt rgb24 -s 1920x1080 -r 30 -i - -preset ultrafast -tune zerolatency -f flv rtmp://bilibili/live/YOUR_KEY";
ffmpeg.StartInfo.RedirectStandardInput = true;
ffmpeg.Start();
var sw = ffmpeg.StandardInput.BaseStream;
while (true) {
yield return new WaitForEndOfFrame();
tex.ReadPixels(new Rect(0,0,1920,1080), 0, 0);
tex.Apply();
var bytes = tex.GetRawTextureData();
sw.Write(bytes, 0, bytes.Length);
}
}
# 1. 启动推理服务
python real_time_dance.py &
# 2. 启动 Unity(已打包可执行)
./VirtualIdol.x86_64 &
# 3. 一键推流
./GrabCam &
终端输入任意文本 → 3 秒内虚拟偶像在 B 站直播间开口说话并随节拍起舞。
问题 | 现象 | 根因 | 解决 |
---|---|---|---|
嘴型抖动 | 高频抖动 10 Hz | Mel 窗长太短 | 把 hop 从 256 提到 512 |
动作滞后 | 延迟 >500 ms | Beat 窗口太大 | 滑窗 2 拍→1 拍,CNN 减通道 |
音画不同步 | OBS 音轨超前 | FFmpeg 无时间戳 | 加 |
sid
条件,一次推理多音色合唱。 原创声明:本文系作者授权腾讯云开发者社区发表,未经许可,不得转载。
如有侵权,请联系 cloudcommunity@tencent.com 删除。
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