Three-dimensional Modelling of Faces Utilizing Robust Characteristics

A modelagem tridimensional de faces humanas é parte integral de uma gama de aplicações computacionais, de animações e entretenimento até programas de segurança e reconhecimento facial, sendo que programas desta natureza lidam com uma representação virtual de faces humanas de alguma forma durante a sua execução. E assim como existe uma variedade de aplicações que utilizam essas representações, também existem diferentes maneiras de gerar estas faces utilizando diferentes técnicas de computação gráfica, como por exemplo modelagem tridimensional de malhas ou métodos baseados em pontos. Alguns destes métodos requerem uma única imagem do rosto a ser modelado, enquanto outros métodos requerem fotos de diferentes ângulos para criar um modelo mais detalhado. Certos métodos produzem o modelo da face apenas recebendo um conjunto de imagens como entrada do usuário, enquanto outros requerem que o usuário realize passos adicionais durante a execução do método. O objetivo deste projeto de pesquisa é o desenvolvimento de um método que, dado uma foto como entrada, extraí um conjunto de pontos importantes, referentes a pontos anatômicos extraídos de um rosto humano específico, modificando então uma malha tridimensional triangular de forma que esta malha poligonal se assemelhe ao rosto cujas características foram extraídas sem que sejam necessárias mais informações ou comandos do usuário. Este método, implementado em uma instância de teste em Python, utiliza princípios de modelagem de malhas como o uso de -coordenadas para permitir a modificação de uma malha inicial de forma controlada a partir das informações recebidas como entrada. As malhas geradas por este método mantém o formato e as cores do rosto base, com testes realizados constatando a robustez das malhas geradas e manipuladas assim como a consistência na velocidade de propagação de modificações pela malha, independente do número de vizinhos do ponto ou do tamanho da modificação realizada.The modeling of human faces is an integral part of an array of computer applications, from animations and entertainment to security and facial recognition programs, in that programs of this nature use a virtual representation of human faces at some point during their execution. And in the same way there are a variety of applications that use these representations, there also are different computer graphics techniques to generate such representations, for example three-dimensional mesh modeling methods or point-based methods. Some of these methods require a single image of the face that will be modeled, whilst others may require several photographs from different angles to create a more detailed model. Certain methods produce a model of a face using only the set of photographs, while others may require further user input during their execution. The objective of this research project is the development of a method that, given a set of curves or important points that refer to important anatomic features extracted from a specific human face as input, modifies a three-dimensional quadrilateral mesh so that the resulting polygonal mesh resembles the specific human face whose features were extracted. This method, implemented in a test instance in Python, utilizes Three-dimensional modeling principles such as the use of -coordinates to manipulate an initial mesh according to information received as input. The meshes generated by this method maintain the features and color of the original face, with tests confirming the robustness of the created and edited meshes as well as the consistency of the speed at which changes are propagated through the mesh, independently of the number of neighbours of the edited point or how far it was moved