[发明专利]一种三维扫描辅助面部建模分析系统

说明书

本发明公开了一种三维扫描辅助面部建模分析系统，包括三维面部模型建立模块、面部关键点提取模块、面部几何特征测量模块、面部评估模块和网格变形模块；三维面部模型建立模块用于建立面部三维数字网格模型；面部关键点提取模块用于对面部三维数字网格模型中的人脸关键点进行拾取并选择需要标记的点；面部几何特征测量模块用于对面部关键点提取模块中的关键点构成的几何特征进行不同方式的测量；面部评估模块用于根据用户的需求对用户的面部特征进行评估并提供面部评估策略；网格变形模块用于在面部三维数字网格模型中利用模拟人脸软组织的形变状态和改善网格形变精度的方式对网格进行变形。

技术领域

本发明涉及三维重建技术领域，具体为一种三维扫描辅助面部建模分析系统。

背景技术

当使用三维摄影测量相机在瞬间采集面部数据时，图像将产生亚毫米级的三维数据。外科医生能够利用三维数据执行面部建模分析以帮助用户进一步的面部结构优化，且减少医生在真正实践过程中的失误率；交互式地在三维人脸模型上实施面部优化，通过对比构建人脸模型前、构建人脸模后的变化,获取面部优化过程中所需要的精确数据,按照获取的参数来设计和操作,改变了经验化的盲目操作,提升了操作精度,有助于提升面部优化的效果、缩短时间、减少医患纠纷,且面部优化后可通过三维人脸模型和实际模型进行比较,评估整体的效果。

在三维场景中对三维模型进行手术仿真，主要是通过对模型的网格面片进行变形来实现；然而，在现实生活中还存在以下问题：一是过于依赖大型三维扫描仪，设备成本较高；二是对面部优化过程中的效果呈现，所采用的变形算法要符合力学原则，增强变形效果的真实性；三是对面部定量分析评估，能够给医师提供客观定量的形态学指标。

发明内容

本发明的目的在于提供一种三维扫描辅助面部建模分析系统，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种三维扫描辅助面部建模分析系统，包括三维面部模型建立模块、面部关键点提取模块、面部几何特征测量模块、面部评估模块和网格变形模块；

三维面部模型建立模块用于建立面部三维数字网格模型；

面部关键点提取模块用于对面部三维数字网格模型中的人脸关键点进行拾取并选择需要标记的点；

面部几何特征测量模块用于对面部关键点提取模块中的关键点构成的几何特征进行不同方式的测量；

面部评估模块用于根据用户的需求对用户面部特征中标记的点进行评估并提供面部评估策略；

网格变形模块用于在面部三维数字网格模型中利用模拟人脸软组织的形变状态和改善网格形变精度的方式对网格进行变形，得到与面部评估策略相符合的面部模型。

进一步的，网格变形模块包括变形驱动模型选择模块、映射关系建立模块和变形控制方程求解模块；

变形驱动模型选择模块依据三维面部模型建立模块中模型的形态特点和组织结构，分析驱动模型标准；

映射关系建立模块用于建立驱动模型和驱动模型相对应网格间的映射关系，令驱动模型相对应的网格为基网格；映射关系建立模块设置驱动模型的全部顶点q；映射关系建立模块检索与驱动模型顶点q相对应的基网格上的顶点q’，并计算驱动模型的顶点q与基网格的顶点q’的位置矢量映射关系建立模块创建坐标系，并记录位移矢量在坐标系中的位置；映射关系建立模块寻找基网格面上距离驱动模型顶点q最近定义为q_s的顶点，且建立驱动模型的顶点q关联位置q_s的变形控制方程；

变形控制方程求解模块用于求解变形控制方程并控制驱动模型改变对应网格的形状以实现网格变形。

进一步的，映射关系建立模块包括基网格顶点检索模块和三角网格面片距离计算模块；