Simulazione Anatomica di Muscoli
Facciali per Volti Virtuali Generici
Relatore
Prof. Marco Schaerf
Candidato
Francesco Iannucci
Correlatore
Ing. Marco Fratarcangeli
Anno Accademico 2005-2006
Le espressioni del volto
• Il volto umano è uno dei più importanti e
complessi mezzi espressivi con il quale
l’uomo può comunicare.
• È attraverso il viso che si riesce a
trasmettere un particolare sentimento o
stato d’animo.
• Diverse discipline coinvolte: la psicologia,
la computer vision e la computer graphics.
Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci
Obiettivi
• A partire dal modello virtuale di un volto
umano generare automaticamente la
mappa anatomica dei muscoli mimici.
• Realizzare in real-time espressioni facciali
realistiche modificando il modello virtuale
di partenza per mezzo dei muscoli appena
generati.
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Anatomical Facial Muscle Simulator
(AFMS)
Modello VRML
Facial Definition
Points (FDP)
AFMS
Muscle’s Force
File
Volto simulato
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Il modello VRML
Modello
VRML
FDP
AFMS
Volto
simulato
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Muscle’s
Force File
Facial Definition Points (FDP)
Modello
VRML
FDP
AFMS
Volto
simulato
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Muscle’s
Force File
Facial Definition Points (FDP) in
AFMS
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Task per la simulazione
Per realizzare le espressioni facciali è stato
necessario sviluppare i seguenti punti:
• Simulare la pelle del viso con le sue
proprietà elastiche.
• Simulare la presenza del cranio.
• Implementare un modello muscolare
anatomicamente vicino a quello reale.
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Simulazione della pelle
• Per simulare la pelle è stato convertito
l’intero sistema di poligoni del modello 3D
in un sistema di masse e molle.
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Simulazione della pelle
• La deformazione del modello è generata
dall’applicazione delle forze muscolari sui
nodi-massa.
• Il loro movimento induce delle forze
interne che a loro volta fanno muovere i
nodi-massa adiacenti.
• Il processo termina quando si raggiunge
l’equilibrio tra le forze muscolari e quelle
interne.
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Simulazione della pelle
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Simulazione del cranio
• È stata aggiunta una forza di non
compenetrazione del cranio Fskull, applicata a
tutti i nodi interessati dal movimento, che gli
permette di scivolare sul cranio.
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Modello muscolare
• I muscoli mimici sono di due tipi:
– lineari (frontale, nasale, ecc.)
– circolari (orbicolare degli occhi e della bocca).
• Il modello muscolare implementato è quello di
Kolja Kähler et al.
• I muscoli sono generati automaticamente.
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Modello muscolare
• Il muscolo viene rappresentato come un insieme di fibre,
ognuna delle quali ha una struttura di controllo costituita
da un poligono lineare formato da segmenti.
• La contrazione del muscolo è controllata da un
parametro che causa l’accorciamento e la deformazione
della sua geometria.
• Tutte le contrazioni del muscolo vengono visualizzate
istantaneamente.
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Modello muscolare
• Per ciascun muscolo lineare si ha un punto di
origine, un punto di inserzione e i suoi
sarcomeri.
• Per il muscolo circolare invece c’è soltanto il suo
centro di contrazione e i sarcomeri.
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Modello muscolare
• Per ciascun muscolo viene definito un poligono di
controllo P = {pi} che ne regola il comportamento.
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Contrazione muscolare
• Ciascun muscolo viene deformato agendo
progressivamente sul suo poligono di controllo.
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Contrazione muscolare
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La mappa muscolare
• Simulazione anatomicamente corretta del
comportamento del muscolo.
• I muscoli sono stati posizionati sul modello
in base agli MPEG-4 FDP.
• La mappa muscolare che si ottiene come
risultato dipende molto dall’accuratezza
con cui sono stati posti gli FDP.
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La mappa muscolare
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La mappa muscolare
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La mappa muscolare
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Anatomical Facial Muscle Simulator
(AFMS)
OpenGL
visage|SDK
MFC
Microsoft Visual
C++ 6.0
Windows
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Anatomical Facial Muscle Simulator
(AFMS)
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Modelli virtuali
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Rappresentazione dei sarcomeri
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Risultati – mappe muscolari
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Risultati
Felicità
Tristezza
Sorpresa
Collera
Paura
Disgusto
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Risultati
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Risultati
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Risultati
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Risultati
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Possibili applicazioni
• Realtà virtuale (web, tools per il training medico, simulatori)
• Telecomunicazioni (videoconferenze on-line, videofonia)
• Insegnamento e apprendimento (apprendimento per
bambini e/o disabili, tools per l’utilizzo di macchinari)
• Intrattenimento (cinema, animazione 3D, videogiochi)
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Conclusioni
• AFMS è un’applicazione interattiva e la
simulazione avviene in tempo reale.
• È un’applicazione efficiente e abbastanza
robusta.
• Controllo della contrazione muscolare.
• La mappa muscolare generata dipende
fortemente dagli FDP.
• L’accuratezza della simulazione dipende da:
– La risoluzione del modello (numero dei vertici).
– La topologia dei vertici.
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