Luận văn thạc sĩ VNU UET một số kỹ thuật nắn chỉnh biến dạng đối tượng 3d

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ =======   ====== PHẠM BÁ MẤY MỘT SỐ KỸ THUẬT NẮN CHỈNH BIẾN DẠNG ĐỐI TƯỢNG 3D LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội – 2014 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ =======   ====== PHẠM BÁ MẤY MỘT SỐ KỸ THUẬT NẮN CHỈNH BIẾN DẠNG ĐỐI TƯỢNG 3D Ngành : Công nghệ thông tin Chuyên ngành : Kỹ thuật phần mềm Mã số : 60480103 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Đỗ Năng Toàn Hà Nội - 2014 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết luận văn sản phẩm riêng cá nhân tơi Trong tồn nội dung luận văn, điều trình bày cá nhân tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu Tất tài liệu tham khảo có xuất xứ rõ ràng trích dẫn hợp pháp Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm theo quy định cho lời cam đoan Hà Nội, ngày 20/11/2014 Người cam đoan Phạm Bá Mấy LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Để hồn thành luận văn có kiến thức ngày hôm nay, xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám Hiệu toàn thể thầy cô khoa Công nghệ thông tin - Trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội tận tình giảng dạy, truyền đạt kiến thức kinh nghiệm q báu cho tơi tồn thể học viên cao học khóa 19 suốt trình học tập nghiên cứu trường Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ban Lãnh Đạo toàn thể anh chị em đồng nghiệp Viện Công nghệ thông tin - Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam cho phép tạo điều kiện ủng hộ giúp đỡ suốt khóa học Thạc sĩ Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn PGS.TS ĐỖ NĂNG TỒN, Viện Cơng nghệ thơng tin - Đại học Quốc gia Hà Nội tận tình hướng dẫn, quan tâm động viên tơi q trình tìm hiểu, nghiên cứu, xây dựng hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS NGUYỄN TRỌNG TOÀN - nguyên Viện trưởng Viện Pháp y Quân đội nhiệt tình dẫn cung cấp yêu cầu thực tế toán “Phục dựng mặt người” mà bác nghiên cứu giải kiến thức vô quý báu liên quan tới lĩnh vực chuyên môn Pháp y, Giải phẫu… Những kiến thức quan trọng giúp ích cho tơi nhiều q trình cài đặt thử nghiệm Tôi xin chân thành cảm ơn người thân gia đình, bạn bè động viên tạo điều kiện giúp q trình học tập, cơng tác sống Mặc dù cố gắng hoàn thành luận văn thời gian khả nhiều hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi sai sót định, mong thông cảm dẫn, góp ý thầy bạn bè để luận văn hồn thiện Cuối tơi xin gửi lời chúc sức khỏe thành đạt tới tất quý thầy cô, quý đồng nghiệp gia đình bạn bè LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ PHẦN MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ ĐỐI TƯỢNG 3D VÀ BÀI TOÁN NẮN CHỈNH 1.1 Khái quát đối tượng 3D 1.1.1 Khái niệm đối tượng 3D 1.1.2 thành phần đối tượng 3D 1.1.3 Một số phương pháp xây dựng đối tượng 3D 11 1.2 Bài toán nắn chỉnh đối tượng 3D 16 1.2.1 Giới thiệu 16 1.2.2 Một số hướng tiếp cận 17 1.2.3 Ứng dụng 24 CHƯƠNG II: MỘT SỐ KỸ THUẬT NẮN CHỈNH ĐỐI TƯỢNG 3D 25 2.1 Kỹ thuật nắn chỉnh biến dạng dựa vào hệ tọa độ Barycentric 25 2.1.1 Giới thiệu 25 2.1.2 Phương pháp 27 2.1.3 Đánh giá 32 2.2 Kỹ thuật nắn chỉnh biến dạng dựa vào hàm sở bán kính (RBF) 34 2.2.1 Giới thiệu 34 2.2.2 Phương pháp 36 2.2.3 Đánh giá 40 2.3 Kỹ thuật nắn chỉnh biến dạng dựa vào phương trình vi phân (PDE) 42 2.3.1 Giới thiệu 42 2.3.2 Phương pháp 43 2.3.3 Đánh giá 48 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com CHƯƠNG III: CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 49 3.1 Phát biểu toán 49 3.2 Điểm vài nét phương pháp khôi phục mặt người từ hình thái xương sọ 50 3.3 Lựa chọn quy trình cơng nghệ 55 3.4 Thử nghiệm 58 PHẦN KẾT LUẬN 64 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 66 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt DICOM Digital Imaging and Communications in Medicine Tiêu chuẩn để xử lý, lưu trữ, in ấn thu/nhận hình ảnh y tế NURBS Non-Uniform Rational B-spline B-spline hữu tỉ không đồng PDE Partial Differential Equation Phương trình vi phân phần RBF Radial Basic Funtion Hàm sở bán kính VR Virtual Reality Thực ảo VRML Virtual Reality Modeling Language Ngơn ngữ mơ hình hóa thực ảo LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1 Đối tượng 3D Hình 1.2 Cấu trúc mơ hình 3D Hình 1.3 Các đối tượng nguyên thuỷ polygon 10 Hình 1.4 Mơ hình liên tục 11 Hình 1.5 Ảnh DICOM 12 Hình 1.6 Dữ liệu ảnh chưa xác định biên 12 Hình 1.7 Dữ liệu ảnh sau xách định biên 12 Hình 1.8 Dữ liệu mơ hình thơ 13 Hình 1.9 Dữ liệu mơ hình sau làm mịn 13 Hình 1.10 Vẽ phác thảo mơ hình ảnh 14 Hình 1.11 Dựng mơ hình thô 14 Hình 1.12 Kết dựng mơ hình từ ảnh 14 Hình 1.13 Dựng mơ hình 3D máy Scan 3D 15 Hình 1.14 Kết dựng mơ hình từ liệu máy Scan 3D 15 Hình 1.15 Nghiên cứu Tong-Yee Lee Po-Hua Huang 18 Hình 1.16 Nghiên cứu Yong Joo Kil cộng 18 Hình 1.17 Nghiên cứu Henry Schäfer cộng 19 Hình 1.18 Nghiên cứu Thomas W Sederberg Scott R Parry 20 Hình 1.19 Nghiên cứu The Duy Bui cộng 21 Hình 1.20 Nghiên cứu Chen Cao, Qiming Hou, Kun Zhou 21 Hình 1.21 Nghiên cứu nhóm thực đề tài KC.01.17/06-10 22 Hình 1.22 Nghiên cứu Terzopoulos cộng 23 Hình 1.23 Nghiên cứu Gonzalez Castro G, Ugail H,Willis P and Palmer I 23 Hình 1.24 Nghiên cứu Yun Sheng, Phil Willis 24 Hình 2.1 Ý tưởng Mobius 25 Hình 2.2 Ý tưởng mở rộng Mobius 26 Hình 2.1 Hệ tọa độ Barycentric 27 Hình 2.2 Phân Vùng đối tượng 29 Hình 2.3 Tạo độ Barycentric cho điểm P 29 Hình 2.4 Kết nắn chỉnh 30 Hình 2.5 Mơ hình mặt người đầu vào 33 Hình 2.6 Biến đổi mơ hình mặt với kỹ thuật hệ tọa độ arycentric 33 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Hình 2.7 Điều khiển hoạt động Rồng dựa vào nắn chỉnh biến dạng 34 Hình 2.8 Hàm sở bán kính (RBF) 35 Hình 2.9 Đầu vào thuật tốn nắn chỉnh dựa vào RBF 38 Hình 2.10 Sự biến đổi tập điểm điều khiển 39 Hình 2.11 Kết nắn chỉnh đối tượng 40 Hình 2.12 Mơ hình mặt người đầu vào 41 Hình 2.13 Biến đổi mơ hình mặt với RBF 41 Hình 2.14 Bề mặt đối tượng (b) xây dựng hàm PDE bậc bốn từ điều kiện biên (a) 45 Hình 2.15 Bề mặt đối tượng (b) xây dựng hàm PDE bậc bốn từ điều kiện biên điều kiện phát sinh (a) 46 Hình 2.16 Bề mặt đối tượng (b) xây dựng hàm PDE bậc sáu từ điều kiện biên (a) 46 Hình 2.17 Bề mặt đối tượng (b) xây dựng hàm PDE bậc sáu từ điều kiện biên điều kiện phát sinh (a) 47 Hình 3.1 Minh họa khôi phục mặt người từ hộp sọ 3D 49 Hình 3.2 Phương pháp lồng sọ vào vẽ chân dung 51 Hình 3.3 Minh họa phương pháp lồng sọ vào ảnh thật qua hệ thống gương bán mạ 51 Hình 3.4 Phương pháp giải phẫu 53 Hình 3.5 Hệ thống vị trí đặc trưng 54 Hình 3.6 Các điểm mốc góc đặc trưng 55 Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống khôi phục người từ hộp sọ 56 Hình 3.8 Sọ 3D người cần dựng mặt 59 Hình 3.9 Dữ liệu mơ mềm điểm đặc trưng 59 Hình 3.10 Dữ liệu mặt mẫu 59 Hình 3.11 Dữ liệu đầu vào cho thử nghiệm thứ 61 Hình 3.12 Kết thử nghiệm thứ chạy với Barycentric 61 Hình 3.13 Kết thử nghiệm thứ chạy với RBF 61 Hình 3.14 Dữ liệu đầu vào cho thử nghiệm thứ hai 62 Hình 3.15 Kết thử nghiệm thứ hai chạy với Barycentric 62 Hình 3.16 Kết thử nghiệm thứ hai chạy với RBF 62 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com PHẦN MỞ ĐẦU Sự phát triển vượt bậc thiết bị phần cứng máy tính, thiết bị ngoại vi thu nhận hình ảnh giới thực vào máy tính như: máy ảnh, máy scan 3D… làm cho liệu hình ảnh, mơ hình 3D ngày phổ biến Trong thực tế, đối tượng thu nhận thiết bị điện tử quang học thường chất thực (nguyên thủy) hay nói cách khác bị biến dạng [11,13] Để khắc phục biến dạng này, người ta sử dụng số kỹ thuật nắn chỉnh hình học để thu đối tượng với hình dạng xác Hơn nữa, số ứng dụng phim ảnh, người ta muốn tạo nhân vật, hình ảnh khơng có thực tế mà theo tư thiết kế chủ quan người làm phim Điển hình họ tạo thước phim miêu tả thay đổi đối tượng theo thời gian, trình biến đổi từ đối tượng đến đối tượng khác, biến hóa vũ trụ v.v [12,14,15] Nhờ kỹ thuật nắn chỉnh, biến đối hình học mà nhà làm phim thực mong muốn nói Xuất phát từ thực tế gợi ý giáo viên hướng dẫn, lựa chọn đề tài “Một số kỹ thuật nắn chỉnh biến dạng đối tượng 3D” cho luận văn Nội dung đề tài tìm hiểu số phương pháp nắn chỉnh hình học đồ họa máy tính, nhằm xử lý sai lệch hình dạng đối tượng thu nhận vào máy tính (ảnh số, mơ hình 3D) so với hình dạng ban đầu đối tượng, hay nhằm làm biến đối đối tượng thành đối tượng khác theo mong muốn chủ quan, sở kết tìm hiểu nghiên cứu tiến hành cài đặt chương trình thử nghiệm Cấu trúc luận văn bao gồm: Chương 1: Chương trình bày khái quát đối tượng 3D, mơ hình 3D tốn nắn chỉnh Chương 2: Chương trình bày chi tiết ba kỹ thuật sử dụng nắn chỉnh đối tượng 3D Chương 3: Chương trình bày việc ứng dụng kỹ thuật nắn chỉnh dựa vào hàm sở bán kính (RBF) tốn “Khơi phục diện mạo khn mặt người Việt trưởng thành từ hình thái xương sọ” Phần luận văn phần kết luận, danh mục cơng trình cơng bố liên quan tới luận văn tác giả Cuối tài liệu tham khảo LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 55 Hình 3.6 Các điểm mốc góc đặc trưng  Hệ thống nhà khoa học thuộc Viện nghiên cứu hệ thống hàng không Nga (GosNIIAS) 2001 [63] Hệ thống xây dựng dựa cách tiếp cận biến đổi mơ hình khn mặt chiều để thỏa mãn điều kiện khoảng cách từ điểm mốc hộp sọ tới điểm bề mặt  Về độ xác kỹ thuật tái tạo mặt Việc tái tạo mặt từ hộp sọ dẫn đến kết khác phụ thuộc vào người thực kỹ thuật thực Trong thời gian Hội nghị khôi phục mặt người lần (Remagen, March 17-18, 2005) [56], 23 người từ nhiều nước giới New Zealand, China, Canada, Turkey, United Kingdom, France, Netherlands, Belgium, Czech Republic, Romania, Finland, Switzerland, Germany tiến hành tái tạo mặt từ hộp sọ số phương pháp khác Kết nhiều mặt khác  Một số khó khăn tốn khơi phục diện mạo o Thiếu liệu độ dày mô mặt o Các nét đặc trưng khuôn mặt mắt, mũi, mơi, tai, kiểu tóc khơng xác định từ hộp sọ o Tính chủ quan đóng vai trị quan trọng 3.3 LỰA CHỌN QUY TRÌNH CƠNG NGHỆ Qua việc xem xét hệ thống khôi phục khuôn mặt người từ hộp sọ nhóm nghiên cứu định thử nghiệm lựa chọn phương pháp độ dày mô để phát triển phần mềm LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 56 Có thể mơ tả quy trình xây dựng hệ thống khơi phục mặt người từ hộp sọ theo phương pháp sơ đồ sau: Hệ thống ảnh mặt người mẫu Mơ hình sọ người 3D (VRML, DICOM) Hệ thống Kim Phần mềm “Sinh ảnh mặt người từ hộp sọ” Kết luận, báo cáo CSDL tri thức Mơ hình mặt người hồn chỉnh Ảnh mặt người nhận dạng Hình 3.7 Sơ đồ hệ thống khôi phục người từ hộp sọ Trong sơ đồ thấy đầu vào phần mềm Mơ hình sọ người 3D, CSDL tri thức, Hệ thống kim Hệ thống ảnh mặt người Dưới giải thích thành phần  Mơ hình sọ người 3D: Đây sọ người số hóa thành mơ hình hộp sọ 3D Mơ hình hộp sọ 3D có từ sọ người thật cách Cách thứ sử dụng máy Scan 3D phịng thí nghiệm (máy đắt tiền) Bằng cách có hộp sọ 3D số hóa chất lượng tốt Tuy nhiên cách khả thi phải đưa hộp sọ đến phịng thí nghiệm Điều thực tế khơng thể thực nhiều lý do, đặc biệt lý tâm linh mang riêng sọ người từ trường nơi khác Cách thứ hai chụp ảnh trường từ nhiều góc độ khác dùng kỹ thuật xử lý ảnh dựng lên mơ hình 3D Cách thuận tiện cho việc xử lý trường khó khăn mặt cơng nghệ dựng mơ hình 3D từ ảnh 2D chưa đạt độ xác cao LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 57  CSDL tri thức: Đây tri thức thu thập giải phẫu mặt người Việt, độ đo hộp sọ, kích thước độ dày mơ mặt điểm quan trọng, đặc điểm nhân trắc vùng đầu mặt mối tương quan mô mềm với xương sọ mặt, phụ thuộc vào giới tính, độ tuổi Trong số tri thức quan trọng tri thức chuyên gia để xác định giới tính, độ tuổi kích thước độ dày mơ  Hệ thống mơ hình mặt người mẫu 3D: Để thuận tiện rút ngắn thời gian khôi phục khuôn mặt người từ hộp sọ xây dựng sẵn số mẫu mặt người Nam, Nữ chuẩn thuộc độ tuổi 25-35, 35-45, 45-60 Sau nhờ tri thức chuyên gia qua hộp sọ xác định giới tính độ tuổi mặt người mẫu chọn, chương trình nắn chỉnh mặt mẫu cho phù hợp với điểm đầu kim  Hệ thống kim: Đây hệ thống kim đặt vị trí (điểm) đặc trưng hộp sọ Độ nghiêng, độ dài vị trí kim dễ dàng thay đổi yêu cầu người dùng  Chương trình sinh mặt người từ hộp sọ thực chức sau đây: Đọc mơ hình sọ 3D Chương trình cho phép người sử dụng đọc mơ hình sọ 3D vào chương trình, cho phép xoay, di chuyển mơ hình hộp sọ 3D vị trí góc độ khác để quan sát nghiên cứu Chương trình hỗ trợ định dạng file mơ hình 3D (*.BIN) (*.OBJ) Tạo mơ hình kim để tính độ dầy mơ mềm cho da mặt Chương trình hỗ trợ việc tạo mơ hình kim tương ứng với hộp sọ, ngồi người sử dụng tạo, chỉnh sửa kim để hỗ trợ việc tính độ dày mơ mềm cho bề mặt Chương trình cho phép người sử dụng tạo kim tương ứng với hộp sọ đọc vào Sau có kim mẫu, chương trình cho phép người sử dụng chỉnh sửa thơng tin kim (Xoay, di chuyển, thay đổi độ dài) cắm kim lên bề mặt hộp sọ 3D Đo đạc sọ 3D để tính độ dài kim(bề dầy mơ mềm điểm nhân trắc) Chương trình cho phép người sử dụng đo đạc thơng số, vị trí sọ cách xác định hai điểm đầu cuối sọ Từ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 58 tính độ dày mô mềm điểm xét dựa vào độ tương quan số đo sọ số độ dày mơ mềm điểm Đọc mơ hình mặt mẫu 3D Chương trình cho phép người sử dụng đọc mơ hình mặt mẫu 3D định dạng (*.BIN) (*.OBJ).vào hệ thống, cho phép xoay, di chuyển mô hình mặt mẫu 3D vị trí góc độ khác để quan sát nghiên cứu Nắn chỉnh mặt mẫu Chương trình cho phép người sử dụng nắn chỉnh bề mặt mẫu khớp với mô hình kim hộp sọ Tinh chỉnh mặt mẫu nhận định Sau nắn chỉnh bề mặt mẫu bề mặt hộp sọ, cần phải thực bước vi chỉnh như: chỉnh hình dạng cho quan, phận đặc biệt mồm, mũi, mắt v.v vi chỉnh thêm phần tóc, lơng mày v.v 3.4 THỬ NGHIỆM Trong thử nghiệm luận văn, tiến hành cài đặt thử nghiệm hai kỹ thuật cho phép nắn chỉnh xây dựng lại khuôn mặt từ mặt mẫu Bài tốn thử nghiệm mơ tả sau: Đầu vào: Mặt mẫu, liệu mô mềm gồm 39 điểm Đầu ra: Mặt đối tượng sau nắn chỉnh  Dữ liệu đầu vào cho hai thuật toán Chuẩn liệu sọ 3D người cần phục dựng lại khuôn mặt a) Sọ nhìn mặt trước b) Sọ nhìn mặt bên c) Sọ nhìn mặt sau LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 59 Hình 3.8 Sọ 3D người cần dựng mặt Chuẩn liệu độ dày mô mềm biểu diễn tập kim a) Dữ liệu mơ mềm nhìn mặt trước b) Dữ liệu mơ mềm nhìn mặt bên Hình 3.9 Dữ liệu mơ mềm điểm đặc trưng Chuẩn liệu Mặt mẫu với 39 điểm đặc trưng xác định a) Dữ liệu mặt mẫu b) Dữ liệu mặt mẫu 39 điểm đặc trưng Hình 3.10 Dữ liệu mặt mẫu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 60  Cài đặt khôi phục diện mạo dựa vào Barycentric Như mơ tả thuật tốn mục 2.1, thuật tốn cài đặt cụ thể sau: Bước 1: Phân vùng đối tượng: Chúng tiến hành phân vùng (lưới tam giác) với 39 điểm liệu mô mềm Dữ liệu xác định bề mặt mặt mẫu Bước 2: Tính tốn hệ số: từ liệu 39 điểm bề mặt mặt mẫu, chúng tơi tiến hành giải hệ phương trình (7) đầu vào điểm Pi điểm thuộc 39 điểm (đỉnh tam giác xác định bước 1) điểm lấy tâm bề mặt mẫu, điểm P điểm cần tính thuộc mặt mẫu Bước 3: Dữ liệu độ dày mô mềm hộp sọ đưa vào tính biến đổi 39 điểm bề mặt mẫu Để tính tốn bề mặt cho hộp sọ, chúng tơi tiến hành giải hệ phương trình (8) với tham số đầu vào hệ tọa độ Barycentric tính bước liệu mơ mềm (đỉnh tam giác) đưa vào  Cài đặt khôi phục diện mạo dựa vào RBF Phương pháp mô tả chi tiết mục 2.2, áp dụng vào cài đặt toán sau: Bước 1: Xác định biến đổi tập điểm điều khiển mặt mẫu (tập mẫu) với tập điểm độ dày mô mềm đầu vào Bước 2: Tính tham số cho vector A theo cơng thức (10), ma trận G xây dựng từ 39 điểm điều khiển mặt mẫu, vector F độ dịch chuyển 39 điểm mặt mẫu so với 39 điểm đầu vào, ta tính A: A = F*G-1 Bước 3: Với điểm bề mặt tính giá trị biến đổi dựa vào cơng thức (11) với tham số vào vector A tính bước ma trận G xây dựng điểm cần tính với tập 39 điểm điều khiển mặt mẫu Bước 4: Cộng giá trị điểm bề mặt với giá trị tính bước ta thu bề mặt cần tính LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 61  Kết thử nghiệm  Thử nghiệm thứ - Với liệu đầu vào: a) Dữ liệu mô mền cho kỹ thuật Barycentric (có dàng buộc phân vùng) b) Dữ liệu mơ mền cho kỹ thuật RBF (không lưới) c) Dữ liệu mặt mẫu Hình 3.11 Dữ liệu đầu vào cho thử nghiệm thứ - Kết chương trình chạy với thuật tốn Barycentric: Hình 3.12 Kết thử nghiệm thứ chạy với Barycentric - Kết chương trình chạy với thuật tốn RBF: Hình 3.13 Kết thử nghiệm thứ chạy với RBF LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 62  Thử nghiệm thứ hai - Với liệu đầu vào: a) Dữ liệu mơ mền cho kỹ thuật Barycentric (có dàng buộc phân vùng) b) Dữ liệu mặt mẫu Hình 3.14 Dữ liệu đầu vào cho thử nghiệm thứ hai - Kết chương trình chạy với thuật tốn Barycentric: Hình 3.15 Kết thử nghiệm thứ hai chạy với Barycentric - Kết chương trình chạy với thuật tốn RBF: Hình 3.16 Kết thử nghiệm thứ hai chạy với RBF LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 63  Một số nhận xét, đánh giá - Với thử nghiệm thứ thấy kết chạy hai thuật toán tương đồng nhau, điều hiểu bề mặt mẫu tương đối gần với bề mặt đích, biến đổi nhỏ Nhưng với thử nghiệm thứ hai, mà tăng sai khác bề mặt mẫu lớn, thấy hai kỹ thuật cho thấy kết khác rõ rệt Trong RBF cho kết trơn giữ cấu trúc lưới kỹ thuật Barycentric cho thấy nhiều nhược điểm làm cấu trúc lưới bề mặt, điều giải thích chương - Việc sinh khuôn mặt cần khôi phục nhờ nắn chỉnh khuôn mặt mẫu đảm bảo độ xác cao lựa chọn khn mặt mẫu phù hợp Điều có nhờ vào tri thức chuyên gia xác định giới tính, độ tuổi độ dày mô Khuôn mặt nắn chỉnh nhờ ánh xạ affine (hệ tọa độ Barycentric) nói chung không qua tất điểm đầu kim, có nguy làm cấu trúc lưới mặt, khơng đảm bảo tính tồn cục, chương trình xử lý nhanh, phương pháp thực đơn giản dễ cài đặt Đây điểm khác biệt so với phương pháp nội suy khuôn mặt qua điểm đầu kim công cụ B-spline, NURBS mặt ẩn [57, 62, 64], nhờ RBF [5], với kỹ thuật bề mặt kết phù hợp - Về nguyên tắc sử dụng hàm phi tuyến để nắn chỉnh mặt mẫu với hy vọng độ xác tốt tính tốn phức tạp Đây hướng nghiên cứu tương lai LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 64 PHẦN KẾT LUẬN  Nội dung đạt Sau thời gian tìm hiểu hướng dẫn tận tình, luận văn đạt số kết bước đầu sau: - - Luận văn trình bày tổng quan đối tượng 3D, toán nắn chỉnh biến dạng cách tiếp cận giải tốn Hệ thống trình bày lý thuyết số kỹ thuật nắn chỉnh biến dạng đối tượng 3D: Kỹ thuật nắn chỉnh dựa vào hệ tọa độ Barycentric , kỹ thuật nắn chỉnh dựa vào hàm sở bán kính RBF (Radial Basic Funtion), kỹ thuật nắn chỉnh dựa vào phương trình vi phân PDE (Partial Differential Equation) Cài đặt thử nghiệm hai kỹ thuật nắn chỉnh là: nắn chỉnh dựa vào Barycentric nắn chỉnh dựa vào hàm RBF  Hạn chế Hiện phương pháp nắn chỉnh dựa vào PDE chưa cài đặt, thuật tốn tìm hiểu nghiên cứu, có cải tiến định chưa công bố kiểm chứng cách khoa học  Hướng phát triển Trong thời gian tới, tác giả tiếp tục phát triển vấn đề nghiên cứu luận văn là: tiếp tục nghiên cứu cài đặt cải tiến kỹ thuật nắn chỉnh dựa vào RBF, tiến tới cài đặt thử nghiệm bước đầu với PDE số kỹ thuật xử lý song song khác nhằm làm tăng tốc độ tính tốn phục vụ cho ứng dụng thời gian thực LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 65 DANH MỤC CƠNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN [1] Nguyễn Ái Việt, Đỗ Năng Toàn, Trịnh Xuân Đàn, Phạm Bá Mấy, Hồ Xn Nhàn (2013), “Mơ hình ba chiều xây dựng mơ hình phânh thể ảo”, Tạp chí Y học Việt Nam - Tập 411, năm 2013 [2] Nguyễn Văn Huân, Trịnh Xuân Hùng, Phạm Bá Mấy, Trần Ngọc Thái, “Cải tiến kỹ thuật biểu diễn bề mặt NURBS”, Hội thảo Quốc gia “Một số vấn đề chọn lọc CNTT”, tr 52-61, năm 2010 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Ái Việt, Đỗ Năng Toàn, Trịnh Xuân Đàn, Phạm Bá Mấy, Hồ Xuân Nhàn (2013), “Mô hình ba chiều xây dựng mơ hình phânh thể ảo”, Tạp chí Y học Việt Nam - Tập 411, năm 2013 [2] Đỗ Năng Toàn, "Biên ảnh số tính chất", Tạp chí Khoa học Cơng nghệ, Tập 40, số ĐB, tr 41-48 [3] Đỗ Năng Tồn, Nguyễn Văn Hn, “Một thuật tốn rút gọn bề mặt biểu diễn mơ hình 3D”, Tạp chí Khoa học Công nghệ, Tập 48, Số 2, 2010, 123-133 [4] Đỗ Năng Toàn, Phạm Tấn Năm, Trần Thanh Hiệp, Trịnh Hiền Anh, “Một kỹ thuật tiếp cận tạo mô hình chiều”, Báo cáo khoa học Hội thảo Quốc gia “Một số vấn đề chọn lọc CNTT”, Hải Phòng 25-27/08/2005 [5] Nguyễn Văn Huân, Trịnh Xuân Hùng, Phạm Bá Mấy, Trần Ngọc Thái, “Cải tiến kỹ thuật biểu diễn bề mặt NURBS”, Hội thảo Quốc gia “Một số vấn đề chọn lọc CNTT”, tr 52-61, năm 2010 [6] Đề tài cấp nhà nước thuộc chương trình KC.01.17/06-10, “Nghiên cứu phát triển ứng dụng giải pháp công nghệ thông tin đại tái tạo ảnh mặt người chiều từ liệu hình thái xương sọ phục vụ điều tra hình an sinh xã hội”, thực năm 2009 - 2010 [7] Đặng Quang Á, Đỗ Năng Tồn, “Về tốn khơi phục mặt người dựa hình thái xương vùng sọ mặt”, Hội thảo quốc gia lần 10 “Một số vấn đề chọn lọc CNTT truyền thông”, Đại lải, 14-15/09/2007 [8] Đặng Quang Á, “Tiếp cận dựa hàm RBF tới tốn khơi phục mặt người từ hộp sọ”, Hội thảo quốc gia “Ứng dụng CNTT truyền thông hoạt động đào tạo, nghiên cứu khoa học quản lý điều hành trường đại học”, Thái nguyên, 78/12/2007 [9] Nguyễn Trọng Toàn, “Tổng quan tài liệu nghiên cứu đề tài Ứng dụng CNTT khôi phục diện mạo người dựa hình thái vùng sọ mặt”, “Đặc điểm mặt người Việt Nam” Hội thảo ứng dụng CNTT khôi phục diện mạo người dựa hình thái vùng sọ mặt, Viện Pháp Y Quân Đội, 2007 [10] Nguyễn Văn Hòa, “Một số phương pháp giám định nhận dạng xương sọ mặt”, Hội thảo ứng dụng CNTT khôi phục diện mạo người dựa hình thái vùng sọ mặt, Viện Pháp Y Quân Đội, 2007 Tiếng Anh [11] Hyun-Cheol Lee and Gi-Taek Hur, “3D Face Deformation Using Control Points and Vector Muscles”, IJCSNS International Journal of Computer Science and Network Security, VOL.7 No.4, April 2007 [12] Gonzalez Castro G, Ugail H,Willis P and Palmer I, "Shape Morphing using PDE Surfaces", Visualization, Imaging and Image Processing, J.J Villanueva (ed.), ACTA Press, pp 553-558 [13] Jonas Gomes, Luiz Velho, “Warping and Morphing of Graphical Objects” ISBN-10: 1558604642 | ISBN-13: 9781558604643 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 67 [14] M Escher, I Pandzic, N Thalmann, “Facial Deformations for MPEG-4, IEEE Computer Animation”, pp.56 -62 [15] G Wolberg, "Skeleton-Based Image Warping", The Visual Computer, vol 5, pp.95 108 [16] Z Garb, Yaakov, Virtual reality, Whole Earth Review (57): 118ff, 1987 [17] Z Brooks Jr, What's Real About Virtual Reality, IEEE Computer Graphics And Applications, 19(6), 16, 1999 [18] Chunlei Han, ”PET DICOM Format”, Turku PET Centre Sep 14, 2005, Turku, Finland [19] Herman Oosterwijk, “DICOM explained in the context of Structured Reporting”, NEMA workshop, Washington DC March 29-30, 2000 [20] Tong-Yee Lee and Po-Hua Huang, “Fast and intuitive metamorphosis of 3D polyhedral models using SMCC mesh merging scheme”, Visualization and Computer Graphics, IEEE Transactions on (Volume:9 , Issue: ), Page(s):85 – 98, Jan.-March 2003 [21] Yong Joo Kim et al, “3D warp brush: interactive free-form modeling on the responsive workbench”, Virtual Reality, 2005 Proceedings VR 2005 IEEE, Page(s): 279 – 280, 12-16 March 2005 [22] Henry Schäfer, Benjamin Keinert, Matthias Nießner, Marc Stamminger, “Local Painting and Deformation of Meshes on the GPU”, Computer Graphics Forum 2014 [23] Thomas W Sederberg, Scott R Parry, “Free-Form Deformation of Solid Geometric Models”, Computer Graphics (Proceedings of SIGGRAPH 86) 20(4), pp 151-160, 1986 [24] The Duy Bui, Mannes Poel, Dirk Heylen, Anton Nijholt, “Automatic Face Morphing for Transferring Facial Animation”, Computer Graphics and Imaging 2003: 19-24 [25] Chen Cao, Qiming Hou, Kun Zhou, “Displaced Dynamic Expression Regression for Real-time Facial Tracking and Animation”, ACM Transactions on Graphics (TOG), Volume 33 Issue 4, New York, USA, July 2014 [26] Terzopoulos, D., Platt, J., Barr, A., and Fleischer, K.Elastically, “Deformable Models”, ACM SIGGRAPH 87, 205-214, 1987 [27] Gonzalez Castro G, Ugail H,Willis P and Palmer I (2006): "Shape Morphing using PDE Surfaces", Visualization, Imaging and Image Processing, J.J Villanueva (ed.), ACTA Press, pp 553-558 [28] Y Sheng‚ P Willis‚ G Gonzalez Castro and H Ugail‚ “Facial Geometry Parameterisation Based on Partial Differential Equations”‚ Mathematical and Computer Modelling‚ volume 54‚ no 5-6‚ pp 1536-1548‚ 2011 [29] Fauvel, J., Flood, R & Wilson, R., “Mobius and his Band: Mathematics and Astronomy in Nineteenth-century Germany” Oxford; New York: Oxford University Press, 1993 [30] Wildberger, N., “Lecture: WildLinAlg3: Center of mass and Barycentric coordinates”, retrieved September 24, 2012 [31] Hardy RL, “Multiquadric equations of topograpy and other irregular surfaces”, J Geophy Res 76:1905–1915, 1971 [32] Mairhuber JC, “On Haar’s theorem concerning Chebyshev approximation problems having unique solutions”, Proc Amer Math Soc 7(4):609–615, 1956 [33] Bochner S, “Monotine Functionen Stieltjes Integrale und Harmonische Analyse”, Ann Math 108:378–410, 1933 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 68 [34] Schoenberg IJ (1938), “Metric spaces and completely monotone functions”, Ann Math 39:811–841 [35] Micchelli CA, “Interpolation of scattered data: Distance matrices and conditionally positive definite functions”, Constr Approx 2:11–22, 1986 [36] Powell MJD, “The theory of radial basis function approximation”, In: Light W(ed) Advances in Numerical Analysis, Vol II: Wavelets, Subdivision Algorithms and Radial Functions, Oxford University Press, Oxford, UK, pp 105–210, 1992 [37] Madych WR, Nelson SA, “Bounds on multivariate polynomials and exponential error estimates for multiquadric interpolation”, J Approx Theory 70:94–114, 1992 [38] Yoon J, “Spectral approximation orders of radial basis function interpolation on the Sobolev space”, SIAM J Math Anal 33(4):946–958, 2001 [39] Driscoll TA, Fornberg B, “Interpolation in the limit of increasingly flat radial basis functions”, Comput Math Appl 43:413–422, 2002 [40] Fornberg B, Piret C, “A stable algorithm for flat radial basis functions on a sphere”, SIAM J Sci Comput 30:60–80, 2007 [41] M Bloor, M Wilson, “Generating blend surface using partial differential equations”, Computer Aided Design 21 (3) pages: 165–171, 1989 [42] M Bloor, M Wilson, “Using partial differential equation to generate free-form surfaces”, Computer Aided Design 22 (4) pages:202–212, 1990 [43] H Du, H Qin, “Free-form geometric modeling by integrating parametric and implicit PDEs”, IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics 13 (3) pages: 549– 561., 2007 [44] H Ugail, M Bloor, M Wilson, “Techniques for interactive design using the PDE method”, ACM Transactions on Graphics 18 (2) pages: 195–212, 1999 [45] C Dekenski, M Bloor, M Wilson, “The computer-aided functional design of a marine propeller”, Journal of Ship Research 40 (2) pages: 117–124, 1996 [46] C Dekenski, M Bloor, M Wilson, “Partial differential equation surface generation and functional shape optimisation of a swirl port”, AIAA Journal of Propulsion and Power 13 pages: 398–403, 1997 [47] M Bloor, M Wilson, “The efficient parameterisation of generic aircraft geometry”, Journal of Aircraft 32 (6) pages: 1269–1275, 1995 [48] G Castro, H Ugail, “Shape morphing of complex geometries using partial differential equations”, Journal of Multimedia (6) pages: 15–25, 2007 [49] H Ugail, A Sourin, “Partial differential equations for function based geometry modelling within visual cyberworlds”, in: Cyberworlds, IEEE Computer Society, pages: 224–231, 2008 [50] Y Sheng, A Sourin, G Castro, H Ugail, “A PDE method for patchwise approximation of large polygon meshes”, The Visual Computer 26 (6–8) pages: 975–984, 2003 [51] L You, J Zhang, P Comninos, “Generating blending surfaces with a pseudo-Levy series solution to fourth order partial differential equations”, Computing 71 (4) pages: 353–373, 2003 [52] J Zhang, L You, “Fast surfaces modelling using a 6th order PDE”, Computer Graphics Forum 23 (3) pages: 311–320, 2004 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 69 [53] S Kubiesa, H Ugail, M Wilson, “Interactive design using higher order PDEs”, The Visual Computer 20 (10) pages: 682–693, 2004 [54] H Du, H Qin, “Direct manipulation and interactive sculpting of PDE surfaces”, Computer Graphics Forum (3) pages: 261–270, 2000 [55] Bloor MIG, Wilson MJ: Spectral Approximations to PDE Surfaces Computer-Aided Design 1996, 28:145-152 [56] Thorsten M Buzug, Klaus Prüfer, Jens Bongartz, “Reconstruction of Soft Facial Parts (RSFP2005)”, Book of Abstracts, Publ: Remagen, 2005 [57] Katrina Archer, “Craniofacial reconstruction using hierarchical interpolation” Master’s thesis, University of British Columbia, 1997 B-spline [58] A.F Abate, M Nappi, S Ricciardi, G Tortora, FACES: “3D Facial reconstruction from ancient skulls using content based image retrieval”, Journal of Visual Languages and Computing & Computing, 15 (2004) 373–389 [59] Mark W Jones, “Facial Reconstruction Using Volumetric Data”, Proceedings of the Vision Modeling and Visualization Conference, 135 – 150, 2001 [60] Kolja Kähler, “A Head Model with Anatomical Structure for Facial Modeling and Animation”, Dr.-Ing Dissertation, Uni des Saarlandes, 2003 [61] Kolja Kähler, Jörg Haber, Hans-Peter Seidel (2003), “Reanimating the Dead: Recon struction of Expressive Faces from Skull Data”, ACM Transactions on Graphics (Siggraph 2003), 22(3), July 2003, 554-561 [62] Hemant Narendra Khatod, “Towards automation of forensic facial reconstruction”, Master Thesis, Louisiana State University, 2004 [63] V A Knyaz, S S Abramov, S Yu Zheltov, D G Stepanyants, E B Saltykova, “An Approach for Unknown Human Face 3D reconstruction basing on skull 3D model”, GraphiCon'2001 [64] Björn Anderson, Martin Valfridson, “Digital 3D facial reconstruction based on computed tomography”, Master Thesis, Norrköping, 2005 [65] Differential Equations Computer-Aided Design 1989, 21:165-171 17 Ugail H, Bloor MIG, Wilson MJ: Techniques for Interactive Design Using the PDE Method ACM Transactions on Graphics 1999, 18(2):195-212 [66] Kubeisa S, Ugail H, Wilson M: Interactive Design Using Higher Order PDE's The Visual Computer 2004, 20(10):682-693 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ... chọn đề tài ? ?Một số kỹ thuật nắn chỉnh biến dạng đối tượng 3D? ?? cho luận văn Nội dung đề tài tìm hiểu số phương pháp nắn chỉnh hình học đồ họa máy tính, nhằm xử lý sai lệch hình dạng đối tượng thu... =======   ====== PHẠM BÁ MẤY MỘT SỐ KỸ THUẬT NẮN CHỈNH BIẾN DẠNG ĐỐI TƯỢNG 3D Ngành : Công nghệ thông tin Chuyên ngành : Kỹ thuật phần mềm Mã số : 60480103 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Người... nắn chỉnh biến dạng đối tượng Những toán thực tế phải đối mặt góp phần thúc đẩy nghiên cứu đồ họa máy tính nói chung nghiên cứu nắn chỉnh biến dạng đối tượng 3D nói riêng Bài toán nắn chỉnh biến