LUẬN VĂN:TÁI TẠO MÔ HÌNH KHUÔN MẶT TỪ CÁC ĐIỂM ĐẶC TRƯNG

3,269
262
72
Chương 2. Các phương pháp tái tạo khuôn mt Nguyễn Đình Tư
24
Bng 2. Các thông s độ dày mô mềm (mm) cho người M da đen
STT
Tên thông s
Bình thưng
Nam
N
Nam
N
Nam
N
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
Supraglabella
Glabella
Nasion
End of Nasals
Mid Philtrum
Upper Lip Margin
Lower Lip Margin
Chin-Lip Fold
Mental Eminence
Beneath Chin
Frontal Eminence
Supraorbital
Suborbital
Inferior Malar
Lateral Orbit
Zygomatic Arch
Supraglenoid
Gonion
Supra M
2
Occlusal Line
Sub M
2
2.25
2.50
4.25
2.50
6.25
9.75
9.50
8.75
7.00
4.50
3.00
6.25
2.75
8.50
5.00
3.00
4.25
4.50
12.00
12.00
10.00
2.50
4.00
5.25
2.25
5.00
6.25
8.50
9.25
8.50
3.75
2.75
5.25
4.00
7.00
6.00
3.50
4.25
5.00
12.00
11.00
9.50
4.25
5.25
6.50
3.00
10.00
9.75
11.00
10.75
11.25
7.25
4.25
8.25
5.75
13.25
10.00
7.25
8.50
11.50
19.50
18.25
16.00
3.50
4.75
5.50
2.75
8.50
9.00
10.00
9.50
10.00
5.75
3.50
7.00
6.00
12.75
10.75
7.50
8.00
12.00
19.25
17.00
15.50
5.50
7.50
7.50
3.50
11.00
11.00
12.75
12.25
14.00
10.75
5.50
10.25
8.25
15.25
13.75
11.75
11.25
17.50
25.00
23.50
19.75
4.25
7.50
7.00
4.25
9.00
11.00
12.25
13.75
14.25
9.00
5.00
10.00
8.50
14.00
14.75
13.00
10.50
17.50
23.75
20.25
18.75
Mt cách s dng phương pháp độ dày các mô để tái to khuôn mặt là đắp
đất sét lên hp s. Đầu tiên chun b hp s, ta cn phải chú ý đến các
phn mng, d v như mũi và hốc mt. B răng thường cung cp rt nhiu
thông tin hu ích, lúc này li cần đến kinh nghim nha khoa. Vi vic tái to
phần dưới ca mặt, hàm dưới cần được điều chnh v trí đảm bo chính xác
vi hp s. Kết hp vi mt nhà nhân loi hc, ta có th nhận định được độ
tui, giới tính và vóc người. Khi có được các d liệu đo đạc được này, người
Chương 2. Các phương pháp tái tạo khuôn mặt Nguyễn Đình Tư 24 Bảng 2. Các thông số độ dày mô mềm (mm) cho người Mỹ da đen STT Tên thông số Gầy Bình thường Béo Nam Nữ Nam Nữ Nam Nữ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Supraglabella Glabella Nasion End of Nasals Mid Philtrum Upper Lip Margin Lower Lip Margin Chin-Lip Fold Mental Eminence Beneath Chin Frontal Eminence Supraorbital Suborbital Inferior Malar Lateral Orbit Zygomatic Arch Supraglenoid Gonion Supra M 2 Occlusal Line Sub M 2 2.25 2.50 4.25 2.50 6.25 9.75 9.50 8.75 7.00 4.50 3.00 6.25 2.75 8.50 5.00 3.00 4.25 4.50 12.00 12.00 10.00 2.50 4.00 5.25 2.25 5.00 6.25 8.50 9.25 8.50 3.75 2.75 5.25 4.00 7.00 6.00 3.50 4.25 5.00 12.00 11.00 9.50 4.25 5.25 6.50 3.00 10.00 9.75 11.00 10.75 11.25 7.25 4.25 8.25 5.75 13.25 10.00 7.25 8.50 11.50 19.50 18.25 16.00 3.50 4.75 5.50 2.75 8.50 9.00 10.00 9.50 10.00 5.75 3.50 7.00 6.00 12.75 10.75 7.50 8.00 12.00 19.25 17.00 15.50 5.50 7.50 7.50 3.50 11.00 11.00 12.75 12.25 14.00 10.75 5.50 10.25 8.25 15.25 13.75 11.75 11.25 17.50 25.00 23.50 19.75 4.25 7.50 7.00 4.25 9.00 11.00 12.25 13.75 14.25 9.00 5.00 10.00 8.50 14.00 14.75 13.00 10.50 17.50 23.75 20.25 18.75  Một cách sử dụng phương pháp độ dày các mô để tái tạo khuôn mặt là đắp đất sét lên hộp sọ. Đầu tiên là chuẩn bị hộp sọ, ta cần phải chú ý đến các phần mỏng, dễ vỡ như mũi và hốc mắt. Bộ răng thường cung cấp rất nhiều thông tin hữu ích, lúc này lại cần đến kinh nghiệm nha khoa. Với việc tái tạo phần dưới của mặt, hàm dưới cần được điều chỉnh vị trí đảm bảo chính xác với hộp sọ. Kết hợp với một nhà nhân loại học, ta có thể nhận định được độ tuổi, giới tính và vóc người. Khi có được các dữ liệu đo đạc được này, người
Chương 2. Các phương pháp tái tạo khuôn mt Nguyễn Đình Tư
25
ta s đắp đất sét lên hp s để to thành khuôn mặt sao cho các điểm
khoảng cách được khp. Hình 11 mô t quá trình khôi phc khuôn mặt như
trên.
Hình 11. Mô hình khuôn mt vi việc đắp đất sét lên hp s, s dng
phương pháp độ dày các mô
2.3.2.2 Các phƣơng pháp 3D sử dng công ngh thông tin
Phương pháp 3D sử dng công ngh thông tin chính phương pháp tái tạo
khuôn mt vi s tr giúp của máy tính. Thông thường phương pháp này gồm các
bước sau:
c 1: To mô hình 3D t hp s
S dng các thiết b s hóa như chụp ct lp, Computerized Axial
Tomography Scan (CT-scan), chp cộng hưng t (Magnetic resonance imaging
- MRI), hoc các thiết b s hóa ba chiu khác để to ra mô hình 3 chiu ca hp
s. K thut chp ct lớp vi tính cho phép đo đạc chính xác chiu dày ca các
mô mềm vùng đu mt. Mt s ng ln các s đo chiều dày mô mềm được thu
thp vi các thuộc tính liên quan như tuổi, gii, tm vóc, nhóm chng tc. Nhng
d liệu thu được thmt tp các nh hai chiu (với phương pháp chụp ct
lp chp cộng hưởng t) hoc mt tập các điểm 3 chiều chưa theo cấu trúc
ch chưa phi là mô hình 3 chiu ca hp s ngay. Vì vậy, để thu được mô hình 3
chiu cn thiết, chúng ta li phi nghiên cu và phát trin các k thut xây dng
Chương 2. Các phương pháp tái tạo khuôn mặt Nguyễn Đình Tư 25 ta sẽ đắp đất sét lên hộp sọ để tạo thành khuôn mặt sao cho các điểm và khoảng cách được khớp. Hình 11 mô tả quá trình khôi phục khuôn mặt như trên. Hình 11. Mô hình khuôn mặt với việc đắp đất sét lên hộp sọ, sử dụng phương pháp độ dày các mô 2.3.2.2 Các phƣơng pháp 3D sử dụng công nghệ thông tin Phương pháp 3D sử dụng công nghệ thông tin chính là phương pháp tái tạo khuôn mặt với sự trợ giúp của máy tính. Thông thường phương pháp này gồm các bước sau:  Bước 1: Tạo mô hình 3D từ hộp sọ Sử dụng các thiết bị số hóa như chụp cắt lớp, Computerized Axial Tomography Scan (CT-scan), chụp cộng hưởng từ (Magnetic resonance imaging - MRI), hoặc các thiết bị số hóa ba chiều khác để tạo ra mô hình 3 chiều của hộp sọ. Kỹ thuật chụp cắt lớp vi tính cho phép đo đạc chính xác chiều dày của các mô mềm vùng đầu mặt. Một số lượng lớn các số đo chiều dày mô mềm được thu thập với các thuộc tính liên quan như tuổi, giới, tầm vóc, nhóm chủng tộc. Những dữ liệu thu được có thể là một tập các ảnh hai chiều (với phương pháp chụp cắt lớp và chụp cộng hưởng từ) hoặc một tập các điểm 3 chiều chưa theo cấu trúc chứ chưa phải là mô hình 3 chiều của hộp sọ ngay. Vì vậy, để thu được mô hình 3 chiều cần thiết, chúng ta lại phải nghiên cứu và phát triển các kỹ thuật xây dựng
Chương 2. Các phương pháp tái tạo khuôn mt Nguyễn Đình Tư
26
mô hình 3 chiu t nhiu nh [22], các k thut t chc li tập các điểm 3 chiu
thành cu trúc. Tuy nhiên các kĩ thuật đã đề xuất còn có độ chính xác chưa cao
nên công vic này vẫn còn đang là vấn đề cn nghiên cu nhiều hơn.
c 2: Xác định các điểm mc, các điểm đặc trưng tương ng trên da và dng
mô hình khuôn mt
Trên hình 3D được sau bước đầu tiên ca hp s, người ta xác định
được các điểm mc, sau đó ti các điểm mc này, người ta xác định các đim
tương ứng trên da (các điểm đặc trưng của khuôn mt) nh vào độ dày ca mô.
Xác định chính xác các điểm đặc trưng này mt cách t động cũng là một công
việc được nhiu nhóm nghiên cu quan tâm và đã giải quyết được phn nào. Da
vào các điểm đặc trưng này, người ta có th thc hin phép ni suy nh các công
c như mạng hàm cơ sở bán kính (Radial Basis Functions - RBF), B-spline, Non-
uniform rational B-spline (NURBS), Spline phân cp,.. để tạo ra lưới 3 chiu ca
b mt khuôn mặt tương ứng [10][11].
Một phương pháp khác dùng các phương pháp xác suất thng kê da trên tp
cơ sở d liu đã có để tính ra được lưi 3 chiu ca b mt khuôn mt [8].
Người ta cũng có thể to ra một lưới 3 chiu mu cùng với các điểm điều
khiển trên đó. Sử dng các kĩ thut biến dng dựa trên điểm điều khin, người ta
thay đổi điểm điều khin mt cách hợp để tạo được lưi 3 chiu ca b mt
khuôn mặt tương ứng [28].
Mt s nhà nghiên cu còn s dụng phương pháp phỏng các vùng phn
mm trên khuôn mt người, như các cơ mt, lp da, để tái to lại được toàn b
ng đầu và mt mt cách hoàn chnh da trên mô hình 3D ca hp s và độ dày
các mềm tương ng, không nhng vy h còn th tái to lại được các
chuyển động trên khuôn mt [19].
c 3: Làm đẹp khuôn mt tái tạo được
hình 3D ca khuôn mt sau khi được tái tạo cũng thể được làm chân
thật hơn bằng cách thêm các b phn trên mặt như mắt, mũi, tai, môi; và dán b
mt da. Tuy nhiên khó khăn các b phận như mắt, mũi, miệng không
đoán biết được t xương sọ mt. Công vic làm đẹp khuôn mt này đòi hỏi vic
nghiên cu các k thut mô phng lp da và các k thut ghép nh 2 chiu vào 3
chiu.
Chương 2. Các phương pháp tái tạo khuôn mặt Nguyễn Đình Tư 26 mô hình 3 chiều từ nhiều ảnh [22], các kỹ thuật tổ chức lại tập các điểm 3 chiều thành cấu trúc. Tuy nhiên các kĩ thuật đã đề xuất còn có độ chính xác chưa cao nên công việc này vẫn còn đang là vấn đề cần nghiên cứu nhiều hơn.  Bước 2: Xác định các điểm mốc, các điểm đặc trưng tương ứng trên da và dựng mô hình khuôn mặt Trên mô hình 3D có được sau bước đầu tiên của hộp sọ, người ta xác định được các điểm mốc, sau đó tại các điểm mốc này, người ta xác định các điểm tương ứng trên da (các điểm đặc trưng của khuôn mặt) nhờ vào độ dày của mô. Xác định chính xác các điểm đặc trưng này một cách tự động cũng là một công việc được nhiều nhóm nghiên cứu quan tâm và đã giải quyết được phần nào. Dựa vào các điểm đặc trưng này, người ta có thể thực hiện phép nội suy nhờ các công cụ như mạng hàm cơ sở bán kính (Radial Basis Functions - RBF), B-spline, Non- uniform rational B-spline (NURBS), Spline phân cấp,.. để tạo ra lưới 3 chiều của bề mặt khuôn mặt tương ứng [10][11]. Một phương pháp khác dùng các phương pháp xác suất thống kê dựa trên tập cơ sở dữ liệu đã có để tính ra được lưới 3 chiều của bề mặt khuôn mặt [8]. Người ta cũng có thể tạo ra một lưới 3 chiều mẫu cùng với các điểm điều khiển trên đó. Sử dụng các kĩ thuật biến dạng dựa trên điểm điều khiển, người ta thay đổi điểm điều khiển một cách hợp lý để tạo được lưới 3 chiều của bề mặt khuôn mặt tương ứng [28]. Một số nhà nghiên cứu còn sử dụng phương pháp mô phỏng các vùng phần mềm trên khuôn mặt người, như các cơ mặt, lớp da,… để tái tạo lại được toàn bộ vùng đầu và mặt một cách hoàn chỉnh dựa trên mô hình 3D của hộp sọ và độ dày các mô mềm tương ứng, không những vậy họ còn có thể tái tạo lại được các chuyển động trên khuôn mặt [19].  Bước 3: Làm đẹp khuôn mặt tái tạo được Mô hình 3D của khuôn mặt sau khi được tái tạo cũng có thể được làm chân thật hơn bằng cách thêm các bộ phận trên mặt như mắt, mũi, tai, môi; và dán bề mặt da. Tuy nhiên có khó khăn là các bộ phận như mắt, mũi, và miệng không đoán biết được từ xương sọ mặt. Công việc làm đẹp khuôn mặt này đòi hỏi việc nghiên cứu các kỹ thuật mô phỏng lớp da và các kỹ thuật ghép ảnh 2 chiều vào 3 chiều.
Chương 2. Các phương pháp tái tạo khuôn mt Nguyễn Đình Tư
27
Hình 12. Quá trình tái to khuôn mt t hp s
a) Quét hp s
b) Thêm các điểm đặc trưng
c) Khớp các cơ vào hộp s
d) Dán b mt và vi biu hiện cười.
Hình 12 cho ta hình dung v mt quá trình tái to khuôn mt t khâu đầu tiên
quét hp s (a), sau đó thêm các điểm đặc trưng lên ảnh thu được (b), kế tiếp là khp
các cơ vào hộp s (c) và cui cùng là làm mịn, đẹp khuôn mt tái tạo được (d).
Mt d vào năm 1997, Francesco Mallegni cùng các nhà Ai Cập hc đã s
dụng kĩ thuật ct lp vi tính xon c (Hình 14b) để tái to khuôn mt t hp s trong
xác ưp mt hoàng t Ai Cp. Xác ướp có niên đại vào khong 339-201 trước Công
Nguyên và được lưu giữ trong bo tàng kho c hc Florence (Hình 13a) . Các nhà
khoa hc Ai Cập cũng đã tạo được hình ảnh thuật s đầu tiên v khuôn mt ca
Pharaoh huyn thoi Tutankhamun (Hình 14a) sau khi chp ct lớp xác ướp 3000 tui.
Sau đó họ dng lên khuôn mặt như Hình 14b và cui cùng là dán b mt mô mềm như
Hình 14c.
Chương 2. Các phương pháp tái tạo khuôn mặt Nguyễn Đình Tư 27 Hình 12. Quá trình tái tạo khuôn mặt từ hộp sọ a) Quét hộp sọ b) Thêm các điểm đặc trưng c) Khớp các cơ vào hộp sọ d) Dán bề mặt và với biểu hiện cười. Hình 12 cho ta hình dung về một quá trình tái tạo khuôn mặt từ khâu đầu tiên quét hộp sọ (a), sau đó thêm các điểm đặc trưng lên ảnh thu được (b), kế tiếp là khớp các cơ vào hộp sọ (c) và cuối cùng là làm mịn, đẹp khuôn mặt tái tạo được (d). Một ví dụ vào năm 1997, Francesco Mallegni cùng các nhà Ai Cập học đã sử dụng kĩ thuật cắt lớp vi tính xoắn ốc (Hình 14b) để tái tạo khuôn mặt từ hộp sọ trong xác ướp một hoàng tử Ai Cập. Xác ướp có niên đại vào khoảng 339-201 trước Công Nguyên và được lưu giữ trong bảo tàng khảo cổ học ở Florence (Hình 13a) . Các nhà khoa học Ai Cập cũng đã tạo được hình ảnh kĩ thuật số đầu tiên về khuôn mặt của Pharaoh huyền thoại Tutankhamun (Hình 14a) sau khi chụp cắt lớp xác ướp 3000 tuổi. Sau đó họ dựng lên khuôn mặt như Hình 14b và cuối cùng là dán bề mặt mô mềm như Hình 14c.
Chương 2. Các phương pháp tái tạo khuôn mt Nguyễn Đình Tư
28
(a) (b)
Hình 13. nh chụp đầu của xác ướp Florence (inv. N. 8643) (a) và nh chp ct lp
xon c (b)
(a)
(b)
Chương 2. Các phương pháp tái tạo khuôn mặt Nguyễn Đình Tư 28 (a) (b) Hình 13. Ảnh chụp đầu của xác ướp ở Florence (inv. N. 8643) (a) và ảnh chụp cắt lớp xoắn ốc (b) (a) (b)
Chương 2. Các phương pháp tái tạo khuôn mt Nguyễn Đình Tư
29
(c)
Hình 14. Dng li khuôn mt ca Pharaoh Tutankhamun.
(a) Mô hình kĩ thuật s của xác ướp. B mt mô mm (trái), mô cng (phi).
(b) Khuôn mt dựng được.
(c) Gương mặt tái tạo được sau khi dán b mt mô hình mô mm.
Mt s h thng phn mm tái to khuôn mt t hp s:
H thng do Björn Anderson, Martin Valfridson phát triển năm 2005 [6].
H thng s dng phn mm đ ha 3DS MAX. Quá trình hot đng ca h
thống như sau:
c 1: Thu thp d liu t quét CT. Hp s được quét bi CT-scanner.
Các lp cắt được lưu ở định dng DICOM.
ớc 2: Phân đoạn d liu. Phn mềm phân đoạn được s dụng để chnh
sa các lp nhm loi b các th dính vào các hc. Phn mm phân đoạn
này cũng được s dụng để tạo ra mô hình 3D để nhp vào 3DS MAX.
c 3: Nhp mô hình vào 3DS MAX và thc hin tin x lý như chuẩn
hóa và quay mô hình.
c 4: Đt v trí các mc nh giao diện đồ ha.
c 5: Ph các hc trên hp s
c 6: Thc hiện các tính toán trên lưới dựa trên độ dày ca mô ti các
mc nội suy độ dày mô ti các đim khác.
c 7: To cm, c, mũi, mắt, tai và môi.
c 8: Hu x mô hình. Chnh sa hình da trên các hiu biết v
Chương 2. Các phương pháp tái tạo khuôn mặt Nguyễn Đình Tư 29 (c) Hình 14. Dựng lại khuôn mặt của Pharaoh Tutankhamun. (a) Mô hình kĩ thuật số của xác ướp. Bề mặt mô mềm (trái), mô cứng (phải). (b) Khuôn mặt dựng được. (c) Gương mặt tái tạo được sau khi dán bề mặt mô hình mô mềm. Một số hệ thống phần mềm tái tạo khuôn mặt từ hộp sọ:  Hệ thống do Björn Anderson, Martin Valfridson phát triển năm 2005 [6]. Hệ thống sử dụng phần mềm đồ họa 3DS MAX. Quá trình hoạt động của hệ thống như sau:  Bước 1: Thu thập dữ liệu từ quét CT. Hộp sọ được quét bởi CT-scanner. Các lớp cắt được lưu ở định dạng DICOM.  Bước 2: Phân đoạn dữ liệu. Phần mềm phân đoạn được sử dụng để chỉnh sửa các lớp nhằm loại bỏ các thứ dính vào các hốc. Phần mềm phân đoạn này cũng được sử dụng để tạo ra mô hình 3D để nhập vào 3DS MAX.  Bước 3: Nhập mô hình vào 3DS MAX và thực hiện tiền xử lý như chuẩn hóa và quay mô hình.  Bước 4: Đặt vị trí các mốc nhờ giao diện đồ họa.  Bước 5: Phủ các hốc trên hộp sọ  Bước 6: Thực hiện các tính toán trên lưới dựa trên độ dày của mô tại các mốc nội suy độ dày mô tại các điểm khác.  Bước 7: Tạo cằm, cổ, mũi, mắt, tai và môi.  Bước 8: Hậu xử lý mô hình. Chỉnh sửa mô hình dựa trên các hiểu biết về
Chương 2. Các phương pháp tái tạo khuôn mt Nguyễn Đình Tư
30
din mo mt ngưi.
c 9: Dán b mt (texture) và to nh.
Phn mm ca Kolja Kähler Jörg Haber (Vin khoa hc máy tính Max
Plank Saarbrucken, 2003) [19]
Tháng 12/2003, trong lun án tiến sĩ về đề tài “Mô hình hóa đầu vi cu trúc
gii phẫu để hình hóa làm sống động khuôn mt”, Kolja Kähler đã
nghiên cứu các cơ mặt, hoạt độngs biến dng của chúng và đã xây dựng
phn mm tái to khuôn mt t hp sọ. Sau đó phần mm này đã được tác gi
và cng s tại Đại hc Saarland phát trin thành mt h thng. H thng cho
phép tái to nhanh chóng mt khuôn mt làm sng dy nhng nét cá tính
riêng da trên vic xây dng 24 kiểu co dãn cơ trên khuôn mặt. H thng cho
phép thay đổi sc thái tình cm trên khuôn mt.
Phn mm FACES ca nhóm tác gi thuộc Đại hc Salerno, Italy, 2004
Phn mm tái to khuôn mt t hp s ca những người c đại da trên vic
nn chnh (warping), biến dng mô hình mặt được chn t tp các mô hình vi
các gii tính, sc tộc khác nhau để phù hp với các điểm mc trên hp s.
Nhiu thut toán nn chỉnh khác nhau được s dụng để thc hin nhim v
này. H thng s dng hai sở d liu (CSDL): CSDL kích thước hp s
(Craniometrical Database) CSDL các khuôn mt (Pictorial Physiognomic
Database).
H thng ca các nhà khoa hc thuc Vin nghiên cu các h thng hàng
không Nga (GosNIIAS), 2001.
H thống được xây dng da trên cách tiếp cn biến đổi mô hình khuôn mt 3
chiều để thỏa mãn các điều kin v khong cách t các điểm mc trên hp s
ti các đim trên b mt.
Chương 2. Các phương pháp tái tạo khuôn mặt Nguyễn Đình Tư 30 diện mạo mặt người.  Bước 9: Dán bề mặt (texture) và tạo ảnh.  Phần mềm của Kolja Kähler và Jörg Haber (Viện khoa học máy tính Max Plank ở Saarbrucken, 2003) [19] Tháng 12/2003, trong luận án tiến sĩ về đề tài “Mô hình hóa đầu với cấu trúc giải phẫu để mô hình hóa và làm sống động khuôn mặt”, Kolja Kähler đã nghiên cứu các cơ mặt, hoạt động và sự biến dạng của chúng và đã xây dựng phần mềm tái tạo khuôn mặt từ hộp sọ. Sau đó phần mềm này đã được tác giả và cộng sự tại Đại học Saarland phát triển thành một hệ thống. Hệ thống cho phép tái tạo nhanh chóng một khuôn mặt và làm sống dậy những nét cá tính riêng dựa trên việc xây dựng 24 kiểu co dãn cơ trên khuôn mặt. Hệ thống cho phép thay đổi sắc thái tình cảm trên khuôn mặt.  Phần mềm FACES của nhóm tác giả thuộc Đại học Salerno, Italy, 2004 Phần mềm tái tạo khuôn mặt từ hộp sọ của những người cổ đại dựa trên việc nắn chỉnh (warping), biến dạng mô hình mặt được chọn từ tập các mô hình với các giới tính, sắc tộc khác nhau để phù hợp với các điểm mốc trên hộp sọ. Nhiều thuật toán nắn chỉnh khác nhau được sử dụng để thực hiện nhiệm vụ này. Hệ thống sử dụng hai Cơ sở dữ liệu (CSDL): CSDL kích thước hộp sọ (Craniometrical Database) và CSDL các khuôn mặt (Pictorial Physiognomic Database).  Hệ thống của các nhà khoa học thuộc Viện nghiên cứu các hệ thống hàng không Nga (GosNIIAS), 2001. Hệ thống được xây dựng dựa trên cách tiếp cận biến đổi mô hình khuôn mặt 3 chiều để thỏa mãn các điều kiện về khoảng cách từ các điểm mốc trên hộp sọ tới các điểm trên bề mặt.
Chương 3. Hệ thng tái to mô hình khuôn mt t các điểm đặc trưng Nguyễn Đình Tư
31
Chƣơng 3 HỆ THỐNG TÁI TẠO MÔ HÌNH KHUÔN
MẶT TỪ CÁC ĐIỂM ĐẶC TRƢNG
Chúng tôi phát trin mt h thng tái to hình khuôn mt t các điểm đặc
trưng trên khuôn mt bng cách s dng các mng RBF. H thng s dng mt
hình khuôn mt ngun, trên khuôn mt gốc đã xác định sẵn các điểm đặc trưng. Đầu
vào ca h thng là tọa độ các điểm đặc trưng trên khuôn mặt đích, bước đầu tiên h
thng s chun hóa li tp tọa độ này, đưa chúng về h tọa độ mà h thng s dng.
Các mạng RBF được hun luyn bng tập điểm đặc trưng nguồn và tập điểm đặc trưng
đích. Sau đó, các mng RBF s biến đổi hình khuôn mt ngun thành hình
khuôn mặt đích cần tái to. Nếu mô hình khuôn mặt đích này có điểm bt hp lý hoc
mun chnh lại cho đẹp mắt hơn, nó có thể được chnh sa theo tng v trí có điểm đặc
trưng hoặc theo đặc điểm ca c mt vùng trên khuôn mt để cho mt mô hình khuôn
mặt đẹp và chính xác hơn. Trong chương này, chúng tôi mô tả c th v h thng này.
3.1 Mô hình hệ thống
H thng này s dng mô hình khuôn mt xây dựng theo phương pháp biểu din
mô hình khuôn mt vi lớp da lưới tam giác. Quá trình tái to mô hình khuôn mt
ca h thống được chia thành các bước chính sau:
Chun hóa d liu: -đun này có nhim v chun hóa d liệu đầu vào, tc
là đưa tọa độ các điểm đặc trưng trên khuôn mặt đích về cùng mt h tọa độ
cha các điểm đặc trưng trên khuôn mặt ngun mà h thng s dng.
Biến đổi khuôn mt: Đây là mô-đun quan trng nht ca h thng. Module
này có nhim v tìm ra các tham s của các hàm RBF để biến đổi các điểm
đặc trưng trên khuôn mặt ngun v các điểm đặc trưng trên khuôn mặt đích,
t đó xây dựng mô hình khuôn mt đích.
Chnh sa khuôn mt: -đun này có nhim v điu chỉnh các điểm đặc
trưng trên khuôn mặt đích dựa trên phn hi của người dùng đối vi khuôn
mt va tái tạo đưc. Các tọa độ sau khi thay đổi được đưa lại vào module
biến đổi khuôn mặt để tái to mt mô hình khuôn mặt đích mới. Quá trình
Chương 3. Hệ thống tái tạo mô hình khuôn mặt từ các điểm đặc trưng Nguyễn Đình Tư 31 Chƣơng 3 HỆ THỐNG TÁI TẠO MÔ HÌNH KHUÔN MẶT TỪ CÁC ĐIỂM ĐẶC TRƢNG Chúng tôi phát triển một hệ thống tái tạo mô hình khuôn mặt từ các điểm đặc trưng trên khuôn mặt bằng cách sử dụng các mạng RBF. Hệ thống sử dụng một mô hình khuôn mặt nguồn, trên khuôn mặt gốc đã xác định sẵn các điểm đặc trưng. Đầu vào của hệ thống là tọa độ các điểm đặc trưng trên khuôn mặt đích, ở bước đầu tiên hệ thống sẽ chuẩn hóa lại tập tọa độ này, đưa chúng về hệ tọa độ mà hệ thống sử dụng. Các mạng RBF được huấn luyện bằng tập điểm đặc trưng nguồn và tập điểm đặc trưng đích. Sau đó, các mạng RBF sẽ biến đổi mô hình khuôn mặt nguồn thành mô hình khuôn mặt đích cần tái tạo. Nếu mô hình khuôn mặt đích này có điểm bất hợp lý hoặc muốn chỉnh lại cho đẹp mắt hơn, nó có thể được chỉnh sửa theo từng vị trí có điểm đặc trưng hoặc theo đặc điểm của cả một vùng trên khuôn mặt để cho một mô hình khuôn mặt đẹp và chính xác hơn. Trong chương này, chúng tôi mô tả cụ thể về hệ thống này. 3.1 Mô hình hệ thống Hệ thống này sử dụng mô hình khuôn mặt xây dựng theo phương pháp biểu diễn mô hình khuôn mặt với lớp da là lưới tam giác. Quá trình tái tạo mô hình khuôn mặt của hệ thống được chia thành các bước chính sau:  Chuẩn hóa dữ liệu: Mô-đun này có nhiệm vụ chuẩn hóa dữ liệu đầu vào, tức là đưa tọa độ các điểm đặc trưng trên khuôn mặt đích về cùng một hệ tọa độ chứa các điểm đặc trưng trên khuôn mặt nguồn mà hệ thống sử dụng.  Biến đổi khuôn mặt: Đây là mô-đun quan trọng nhất của hệ thống. Module này có nhiệm vụ tìm ra các tham số của các hàm RBF để biến đổi các điểm đặc trưng trên khuôn mặt nguồn về các điểm đặc trưng trên khuôn mặt đích, từ đó xây dựng mô hình khuôn mặt đích.  Chỉnh sửa khuôn mặt: Mô-đun này có nhiệm vụ điều chỉnh các điểm đặc trưng trên khuôn mặt đích dựa trên phản hồi của người dùng đối với khuôn mặt vừa tái tạo được. Các tọa độ sau khi thay đổi được đưa lại vào module biến đổi khuôn mặt để tái tạo một mô hình khuôn mặt đích mới. Quá trình
Chương 3. Hệ thng tái to mô hình khuôn mt t các điểm đặc trưng Nguyễn Đình Tư
32
tiếp tục như vậy cho đến khi người dùng tha mãn vi mô hình khuôn mt
đích được xây dng. Mô hình khuôn mặt đích này là đầu ra cui cùng ca
h thng.
Như vy h thng mà chúng tôi xây dựng cho phép người dùng can thip,
điều chỉnh vào đầu ra tm thi cho ti khi hình khuôn mặt đích y
dựng được phù hp nht có th.
Mô hình h thống được minh ha trong Hình 15. Các mc tiếp theo của chương
s đi sâu vào mô tả chi tiết tng bước (-đun) ca h thng.
Chương 3. Hệ thống tái tạo mô hình khuôn mặt từ các điểm đặc trưng Nguyễn Đình Tư 32 tiếp tục như vậy cho đến khi người dùng thỏa mãn với mô hình khuôn mặt đích được xây dựng. Mô hình khuôn mặt đích này là đầu ra cuối cùng của hệ thống. Như vậy hệ thống mà chúng tôi xây dựng cho phép người dùng can thiệp, điều chỉnh vào đầu ra tạm thời cho tới khi mô hình khuôn mặt đích xây dựng được phù hợp nhất có thể. Mô hình hệ thống được minh họa trong Hình 15. Các mục tiếp theo của chương sẽ đi sâu vào mô tả chi tiết từng bước (mô-đun) của hệ thống.
Chương 3. Hệ thng tái to mô hình khuôn mt t các điểm đặc trưng Nguyễn Đình Tư
33
Hình 15. Mô hình h thng tái to mô hình khuôn mt t các điểm đặc trưng
(*Nếu người dùng không có yêu cu chnh sa gì thêm thì Mô hình khuôn mặt đích nhận
được sau “Biến đổi” là đầu ra cui cùng ca h thng)
H THNG TÁI TO
MÔ HÌNH KHUÔN MT
T CÁC
ĐIỂM ĐẶC TRƢNG
Các điểm đặc
trưng trên khuôn
mặt đích
Mô hình
khuôn mt
đích*
Chun hóa
Tọa độ các điểm
đặc trưng trên
khuôn mặt đích
Biến đi
Tọa độ các
điểm đặc trưng
trên khuôn mt
ngun
Mô hình
khuôn mt
ngun
Chnh sa
Chương 3. Hệ thống tái tạo mô hình khuôn mặt từ các điểm đặc trưng Nguyễn Đình Tư 33 Hình 15. Mô hình hệ thống tái tạo mô hình khuôn mặt từ các điểm đặc trưng (*Nếu người dùng không có yêu cầu chỉnh sửa gì thêm thì Mô hình khuôn mặt đích nhận được sau “Biến đổi” là đầu ra cuối cùng của hệ thống) HỆ THỐNG TÁI TẠO MÔ HÌNH KHUÔN MẶT TỪ CÁC ĐIỂM ĐẶC TRƢNG Các điểm đặc trưng trên khuôn mặt đích Mô hình khuôn mặt đích* Chuẩn hóa Tọa độ các điểm đặc trưng trên khuôn mặt đích Biến đổi Tọa độ các điểm đặc trưng trên khuôn mặt nguồn Mô hình khuôn mặt nguồn Chỉnh sửa