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Simulazione Anatomica di Muscoli Facciali per Volti Virtuali Generici Relatore Candidato Prof. Marco Schaerf Francesco Iannucci Correlatore Ing. Marco.

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1 Simulazione Anatomica di Muscoli Facciali per Volti Virtuali Generici Relatore Candidato Prof. Marco Schaerf Francesco Iannucci Correlatore Ing. Marco Fratarcangeli Anno Accademico

2 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Le espressioni del volto Il volto umano è uno dei più importanti e complessi mezzi espressivi con il quale luomo può comunicare. È attraverso il viso che si riesce a trasmettere un particolare sentimento o stato danimo. Diverse discipline coinvolte: la psicologia, la computer vision e la computer graphics.

3 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.

4 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Anatomical Facial Muscle Simulator (AFMS) AFMS Modello VRML Muscles Force File Facial Definition Points (FDP) Volto simulato

5 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Il modello VRML Modello VRML FDP AFMS Muscles Force File Volto simulato

6 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Facial Definition Points (FDP) Modello VRML FDP AFMS Muscles Force File Volto simulato

7 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Facial Definition Points (FDP) in AFMS

8 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Task per la simulazione Simulare la pelle del viso con le sue proprietà elastiche. Simulare la presenza del cranio. Implementare un modello muscolare anatomicamente vicino a quello reale. Per realizzare le espressioni facciali è stato necessario sviluppare i seguenti punti:

9 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Simulazione della pelle Per simulare la pelle è stato convertito lintero sistema di poligoni del modello 3D in un sistema di masse e molle.

10 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Simulazione della pelle La deformazione del modello è generata dallapplicazione 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 lequilibrio tra le forze muscolari e quelle interne.

11 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Simulazione della pelle

12 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Simulazione del cranio È stata aggiunta una forza di non compenetrazione del cranio F skull, applicata a tutti i nodi interessati dal movimento, che gli permette di scivolare sul cranio.

13 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci 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.

14 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci 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 laccorciamento e la deformazione della sua geometria. Tutte le contrazioni del muscolo vengono visualizzate istantaneamente.

15 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci 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 cè soltanto il suo centro di contrazione e i sarcomeri.

16 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Modello muscolare Per ciascun muscolo viene definito un poligono di controllo P = {p i } che ne regola il comportamento.

17 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Contrazione muscolare Ciascun muscolo viene deformato agendo progressivamente sul suo poligono di controllo.

18 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Contrazione muscolare

19 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci 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 dallaccuratezza con cui sono stati posti gli FDP.

20 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci La mappa muscolare

21 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci La mappa muscolare

22 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci La mappa muscolare

23 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Anatomical Facial Muscle Simulator (AFMS) Windows Microsoft Visual C visage|SDKMFCOpenGL

24 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Anatomical Facial Muscle Simulator (AFMS)

25 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Modelli virtuali

26 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Rappresentazione dei sarcomeri

27 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Risultati – mappe muscolari

28 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Risultati FelicitàTristezzaSorpresa ColleraPauraDisgusto

29 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Risultati

30 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Risultati

31 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Risultati

32 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Risultati

33 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci 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 lutilizzo di macchinari) Intrattenimento (cinema, animazione 3D, videogiochi)

34 Dipartimento di Informatica e Sistemistica - Università di Roma "La Sapienza" - F. Iannucci Conclusioni AFMS è unapplicazione interattiva e la simulazione avviene in tempo reale. È unapplicazione efficiente e abbastanza robusta. Controllo della contrazione muscolare. La mappa muscolare generata dipende fortemente dagli FDP. Laccuratezza della simulazione dipende da: –La risoluzione del modello (numero dei vertici). –La topologia dei vertici.


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