Исследование методов 3D-реконструкции лица

УДК 004

ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ 3D РЕКОНСТРУКЦИИ ЛИЦА

Давлетьяров И.М.

i.davletyarov@gmail.com

Научный руководитель: Г.И. Гаптуллазянова, ст. преподаватель каф. АСОИУ
(Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева–КАИ, Казань)

Аннотация. В статье представлен анализ методов 3D реконструкции лица: сканирование структурированным светом, времяпролетное сканирование, фотограмметрия. Приведена сравнительная таблица с преимуществами и недостатками методов, выявлен самый оптимальный.

Введение

3D-реконструкция лица - это процесс создания трехмерной модели на основе реального лица, черепа, графических изображений или словесного описания В последние годы он становится все более популярным, поскольку имеет множество применений в таких областях, как развлечения, медицина, безопасность, образование и другие. [1] Концепция реконструкции лица не нова, ее историю можно проследить с первых дней развития криминалистики, однако с появлением современных технологий она стала более точной и доступной. Современная 3D-реконструкция предполагает использование программного (зачастую с применением искусственного интеллекта) и аппаратного обеспечения для создания цифровой модели лица человека вместо ручных способов.

Основная часть

3D-реконструкция лица имеет множество применений в самых различных областях от индустрии развлечений до медицины и безопасности. В медицине, например, 3D-реконструкция лица используется для диагностики и лечения черепно-лицевых аномалий и травм лица. Она также может использоваться для планирования и моделирования хирургических операций, а также для проектирования и производства индивидуальных протезов и имплантатов.

В индустрии развлечений 3D-реконструкция лица используется для создания реалистичных персонажей в фильмах, видеоиграх и других медиа. Она также может использоваться для приложений виртуальной и дополненной реальности, позволяя пользователям взаимодействовать с цифровыми аватарами, похожими на реальных людей или созданными по данным настоящих, живущих или когда-то живших людей.

В сфере безопасности 3D-реконструкция лица используется для распознавания лиц, верификации и идентификации, что стало важнейшим инструментом для правоохранительных органов и служб пограничного контроля. Она также может использоваться для судебно-медицинской экспертизы, например, для идентификации останков умершего человека.

Несмотря на многочисленные возможности применения 3D-реконструкции лица, она сопряжена с определенными затратами и рисками. Оборудование и программное обеспечение, необходимые для 3D-реконструкции лица, могут быть дорогими, а сам процесс может занимать много времени и быть трудоемким. Кроме того, точность и качество 3D-реконструкции лица зависит от различных факторов, особенно от изначального качества входных данных, соответствующих выбранному методу, и опыту пользователя, что в результате создаёт риск ошибок и неточностей.

3D реконструкция лица также связана с проблемами конфиденциальности. В некоторых случаях использование технологии распознавания лиц может быть инвазивным и нарушать право человека на неприкосновенность частной жизни. Существует риск неправильного использования технологии, например, для слежки или в других неэтичных целях.

Обзор используемых методов 3D-реконструкции лица

Существует множество разных методов и их вариаций, используемых для 3D реконструкции лица, каждый из которых имеет свои преимущества и ограничения. Эти методы можно разделить на две категории: активные и пассивные.

С помощью активных методов получают информацию о пространственном положении точек на поверхности объекта. Сканирование может быть выполнено с помощью звуковых или световых волн, причём свет используется значительно чаще. Такие способы очень точные, надежные и быстрые. Однако физические характеристики света накладывают определённые ограничения на объекты с отражающими, прозрачными, полупрозрачными или рассеивающими поверхностями, сегментами с острыми краями или глубокими выемками. Под это описание подходят в том числе ткани человека, в особенности кожа и рельеф лица. Свет искажается за счёт отражения, рассеивания, преломления, что делает невозможным получение корректной информации о сканируемом объекте [2].