본 논문은 3D 그래픽 기술을 활용하여 사용자의 실제 모습과 같은 3D 얼굴 모델을 구현하고, 구현된 얼굴 모델을 활용하여 성형 시술 전과 후를 가상으로 비교함으로 성형수혜자의 만족도를 높이는 응용프로그램인 3D 가상 얼굴 성형 시스템에 대한 연구 및 구현이다. 사용자의 실물과 최대한 유사한 원형 3D 얼굴 모델링 제작을 위한 3D 모델링 기법과 피부를 표현하는 맵핑 기법, 그리고 데이터베이스 시스템을 사용한 얼굴 데이터의 저장 및 사용자 맞춤 가이드 시스템을 구현한다. 또한, 세부적인 미세 조정을 위한 변형 Controller를 구현하여 얼굴의 미세한 변화를 나타낼 수 있다. 본 논문에서 구현한 3D 얼굴 성형 시스템은 성형외과 등에서 사용되고 있는 이미지를 활용한 시스템에 비하여 정확성, 편리성, 만족도가 높은 결과를 보여주고 있다.
본 논문은 3D 그래픽 기술을 활용하여 사용자의 실제 모습과 같은 3D 얼굴 모델을 구현하고, 구현된 얼굴 모델을 활용하여 성형 시술 전과 후를 가상으로 비교함으로 성형수혜자의 만족도를 높이는 응용프로그램인 3D 가상 얼굴 성형 시스템에 대한 연구 및 구현이다. 사용자의 실물과 최대한 유사한 원형 3D 얼굴 모델링 제작을 위한 3D 모델링 기법과 피부를 표현하는 맵핑 기법, 그리고 데이터베이스 시스템을 사용한 얼굴 데이터의 저장 및 사용자 맞춤 가이드 시스템을 구현한다. 또한, 세부적인 미세 조정을 위한 변형 Controller를 구현하여 얼굴의 미세한 변화를 나타낼 수 있다. 본 논문에서 구현한 3D 얼굴 성형 시스템은 성형외과 등에서 사용되고 있는 이미지를 활용한 시스템에 비하여 정확성, 편리성, 만족도가 높은 결과를 보여주고 있다.
The purpose of this study is to implement 3D Face Model, which resembles a user, using 3D Graphic techniques. The implemented 3D Face model is used to further study and implement 3D Facial Aesthetic Surgery System, that can be used to increase the satisfaction rate of patient by comparing before and...
The purpose of this study is to implement 3D Face Model, which resembles a user, using 3D Graphic techniques. The implemented 3D Face model is used to further study and implement 3D Facial Aesthetic Surgery System, that can be used to increase the satisfaction rate of patient by comparing before and after facial aesthetic surgery. For designing and implementing 3D Facial Aesthetic Surgery System, 3D Modeling, Texture Mapping for skin, Database system for facial data are studied and implemented independently. The Detailed Adjustment System is, also, implemented for reflecting the minute description of face. The implemented 3D Facial Aesthetic Surgery System for this paper shows more accuacy, convenience, and satisfaction in compare with the existing system.
The purpose of this study is to implement 3D Face Model, which resembles a user, using 3D Graphic techniques. The implemented 3D Face model is used to further study and implement 3D Facial Aesthetic Surgery System, that can be used to increase the satisfaction rate of patient by comparing before and after facial aesthetic surgery. For designing and implementing 3D Facial Aesthetic Surgery System, 3D Modeling, Texture Mapping for skin, Database system for facial data are studied and implemented independently. The Detailed Adjustment System is, also, implemented for reflecting the minute description of face. The implemented 3D Facial Aesthetic Surgery System for this paper shows more accuacy, convenience, and satisfaction in compare with the existing system.
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문제 정의
3D 얼굴 모델링의 경우 근육의 움직임 및 얼굴 부위의 구성 등에 따라 미세한 조절만으로도 얼굴 전체가 영향을 받게 된다. 기존의 UI 인터페이스의 활용은 미세한 조작에 불편함을 느낄 수 있으며 이를 개선하기 위한 방법을 구현하였다. 또한 세부조절 시스템을 추가하여 미세한 수치의 입력은 세부 조절 시스템의 수치 수정을 통하여 수정을 할 수 있다.
본 연구는 이러한 문제점들에 대한 강력한 해결책으로서 성형 의학 정보를 바탕으로 하여 얼굴 성형을 위한 3D 개인 맞춤 성형 제작 시스템을 구현하고자 한다. 본 연구는 개인이 가지고 있는 얼굴의 특징들을 파악하여 실제와 같은 3D 얼굴을 생성하는 3D 얼굴 생성 시스템, 개인의 정보를 분석하여 이상적인 정보를 제공하는 개인 맞춤 시스템, 자신이 원하는 곳을 세부적으로 수정 및 변경할 수 있는 멀티미디어 애플리케이션 툴 시스템으로 구성된다.
본 연구에서는 실제와 같은 3D 얼굴 모델을 구축하고 이를 활용하여 성형 후의 변화된 얼굴을 미리 확인 할 수 있는 시스템을 설계, 구현하였다. 3D 성형 시스템은 3D 얼굴 생성 시스템, 맵핑 시스템, 개인 맞춤 시스템, 세부 조정 시스템으로 구성된다.
본 연구는 개인이 가지고 있는 얼굴의 특징들을 파악하여 실제와 같은 3D 얼굴을 생성하는 3D 얼굴 생성 시스템, 개인의 정보를 분석하여 이상적인 정보를 제공하는 개인 맞춤 시스템, 자신이 원하는 곳을 세부적으로 수정 및 변경할 수 있는 멀티미디어 애플리케이션 툴 시스템으로 구성된다. 수술 후 골의 이동에 대한 연부조직의 변화는 골 이동량의 60-80%에 해당함을 감안할 때 과학적인 의학용 최적화 데이터베이스 연구 과정을 거쳐 얼굴 성형 결과를 미리 정확하게 예측할 수 있는 시스템의 구현에 관한 연구이다.
얼굴형 정보 데이터베이스 시스템을 통하여 데이터베이스화 된 데이터를 활용하여 이상적인 얼굴형을 제시해주고 선호하는 얼굴형으로의 변형 시 의학 지식이 포함된 가이드라인을 제시해 주는 시스템에 대한 연구이다. 개인에 따른 맞춤형 정보의 제시에 있어서도 얼굴형, 얼굴 부위별등 다양한 방법이 있으며 이를 프로그램으로 구현하였다.
한국인 표준 얼굴 정보를 통하여 한국인 표준 얼굴형 모델링을 구축한다(그림 1). 이와 함께 한국인이 선호하는 얼굴 유형에 관한 자료를 조사하여 이를 바탕으로 한국인 선호 얼굴 모델링 데이터베이스를 구축한다.
제안 방법
일반(generic) 모델에서 사실적 3D 얼굴을 생성하기 위해서 사용되는 방법이 특징점 추출 및 변형 방법이다. 3D 한국인 표준 얼굴형을 기본 모델로서 사용하고 다양한 얼굴형 데이터를 얻기 위한 얼굴형을 모델링하기 위하여 2D 이미지에서의 특징점을 추출하여 특징점의 특징들을 일반 모델에 적용하여 일반 모델을 변형한다. 일반 모델의 변형방법으로 3D 변형 가능 얼굴 형상 모델 방법을 응용한다[4].
얼굴형 정보 데이터베이스 시스템을 통하여 데이터베이스화 된 데이터를 활용하여 이상적인 얼굴형을 제시해주고 선호하는 얼굴형으로의 변형 시 의학 지식이 포함된 가이드라인을 제시해 주는 시스템에 대한 연구이다. 개인에 따른 맞춤형 정보의 제시에 있어서도 얼굴형, 얼굴 부위별등 다양한 방법이 있으며 이를 프로그램으로 구현하였다.
본 연구는 이러한 문제점들에 대한 강력한 해결책으로서 성형 의학 정보를 바탕으로 하여 얼굴 성형을 위한 3D 개인 맞춤 성형 제작 시스템을 구현하고자 한다. 본 연구는 개인이 가지고 있는 얼굴의 특징들을 파악하여 실제와 같은 3D 얼굴을 생성하는 3D 얼굴 생성 시스템, 개인의 정보를 분석하여 이상적인 정보를 제공하는 개인 맞춤 시스템, 자신이 원하는 곳을 세부적으로 수정 및 변경할 수 있는 멀티미디어 애플리케이션 툴 시스템으로 구성된다. 수술 후 골의 이동에 대한 연부조직의 변화는 골 이동량의 60-80%에 해당함을 감안할 때 과학적인 의학용 최적화 데이터베이스 연구 과정을 거쳐 얼굴 성형 결과를 미리 정확하게 예측할 수 있는 시스템의 구현에 관한 연구이다.
얼굴형 정보 데이터베이스 시스템을 통하여 수집된 한국 표준 얼굴 모델링 데이터를 토대로 실제 모습과 같은 얼굴 부분 데이터를 데이터베이스를 활용하여 3D 얼굴 모델을 구성한다. 세부적으로 분류했던 코, 이마, 입, 눈, 얼굴 윤곽, 턱 등의 얼굴 부분 세부 자료들을 실제의 모습과 비교․분석하여 실제와 같은 얼굴 부분 데이터를 활용하여 얼굴을 구성하며 얼굴 성형 데이터를 적용하여 얼굴을 부드럽게 한다.
쉬운 UI를 사용하여 모델링된 얼굴 형태를 미세 조정할 수 있는 시스템을 구현하였다. 3D 얼굴 모델링의 경우 근육의 움직임 및 얼굴 부위의 구성 등에 따라 미세한 조절만으로도 얼굴 전체가 영향을 받게 된다.
얼굴형 정보 데이터베이스 시스템을 통하여 수집된 한국 표준 얼굴 모델링 데이터를 토대로 실제 모습과 같은 얼굴 부분 데이터를 데이터베이스를 활용하여 3D 얼굴 모델을 구성한다. 세부적으로 분류했던 코, 이마, 입, 눈, 얼굴 윤곽, 턱 등의 얼굴 부분 세부 자료들을 실제의 모습과 비교․분석하여 실제와 같은 얼굴 부분 데이터를 활용하여 얼굴을 구성하며 얼굴 성형 데이터를 적용하여 얼굴을 부드럽게 한다.
얼굴형 정보 데이터베이스 시스템을 통하여 수집된 한국 표준 얼굴 모델링 데이터를 토대로 일반(generic) 모델을 구축하고 이를 변형하여 다양한 얼굴형 데이터베이스를 구축하게 된다. 이렇게 구축된 얼굴형들을 토대로 이미지와 가장 흡사한 얼굴형을 생성하고 특징점 추출 및 변형을 통한 사실적인 3D 얼굴을 생성한다.
여기서 실제의 얼굴을 분석할 경우 이용하게 되는 특징점들은 MPEG-4 SNHC Adhoc Group에서 제안한 개개인의 얼굴의 특징점을 표현하는 43개의 얼굴 표현 변수(FDP)들 중 목 부분의 특징점을 제외한 40개의 얼굴 표현 변수를 활용한다(그림 6)[5].
한국인 선호 미인․미남 얼굴형 데이터를 통해 구축된 3D 얼굴 모델링 데이터와 성형 의학 정보 데이터를 얼굴 윤곽, 이마, 눈, 코, 입, 턱 등의 부분으로 분류하여 데이터베이스에 저장한다. 이렇게 분류된 데이터베이스는 3D 얼굴 모델링 기법에 얼굴 부분 데이터와 성형 의학 데이터가 3D 얼굴 모델링에 적용된다(그림 4).
한국인 표준 얼굴 정보를 통하여 한국인 표준 얼굴형 모델링을 구축한다(그림 1). 이와 함께 한국인이 선호하는 얼굴 유형에 관한 자료를 조사하여 이를 바탕으로 한국인 선호 얼굴 모델링 데이터베이스를 구축한다.
한국인 표준 얼굴형에 대한 자료 조사를 통하여 한국인 표준 얼굴형을 분석하고 이와 함께 사람들이 선호하는 얼굴 유형과 의학적으로 이상적인 얼굴 유형 등의 얼굴형 정보를 조사한다<;표 1>.
대상 데이터
독립 원통형 좌표계 텍스처 맵 기술을 사용하여 3D로 모델링 된 얼굴의 표면에 알맞은 얼굴 스킨 이미지 데이터를 생성한다(그림 7). 이 생성된 이미지와 맵핑 프로그램을 통하여 모델링 얼굴 표면에 이미지가 맵핑이 된다.
이론/모형
생성된 얼굴은 세부 조절 프로그램을 사용하여 세부적인 수정 과정을 거쳐 사실적인 3D 얼굴 모델을 생성한다. 이미지에서 특징점을 추출하는 방법에는 조명에 강하며 복잡한 얼굴 배경이나 자세에 따라 안정적으로 턱선의 특징점들을 추출할 수 있는 점진적 AAM(Active Appearance Model) 방법을 이용한다[1][6][7].
성능/효과
개인이 원하는 얼굴 부분을 데이터베이스 시스템의 데이터를 활용하여 3D 얼굴 모델에 적용하여 3D 얼굴 모델의 변화되는 모습을 확인할 수 있다. 또한 이미지의 변화도 확인 할 수 있다.
한국인 표준 얼굴 모델을 활용하여 특징점 추출을 통한 얼굴 변형 기법, 한국인 표준 얼굴 모델을 기반으로 얼굴 각 부분을 기반 얼굴 모델에 정합하여 새로운 얼굴을 생성하는 기법, 2D 이미지를 활용하여 3D 얼굴 모델을 구축하는 기법, 3D 스캐너를 활용하여 세부 부분을 조절하는 기법이 있다. 제안하는 시스템은 모델링의 구축이 쉽고 다양한 성형 부위 적용 및 빠른 결과 확인이 용이하다. 또한 세부적인 조정을 위한 시스템을 제공하여 얼굴이 가지고 있는 특징들을 세세하게 조절하고 변경할 수 있게 한다.
컴퓨터의 발전, 특히 3D 그래픽 등 멀티미디어 기술의 발전은 "성형 수술 결과 예측이 가능한 성형 시스템의 개발"을 촉진할 수 있었다.
후속연구
또한 성형에 대한 관심이 점점 높아져가므로 가상 성형 시스템의 이용도 증가를 통한 우수한 상품화 사업적 측면, 시스템의 유지보수 및 관련 기술 업종의 창출, 응용 기술의 발달에 따른 산업 활성화, 제품화에 따른 해외 수출 등의 산업적 측면에서도 중요한 연구이다. 또한 기반 기술의 발전과 협동 연구를 통한 학제간 연구의 활성화, 기술 인력의 양성, 상품화를 통한 산업 활동 등의 기대효과가 있을 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
3D 얼굴 성형 시스템에서의 3D 얼굴 모델링 기법들은 무엇이 있나요?
3D 얼굴 성형 시스템에서의 3D 얼굴 모델링 기법들은 2D 얼굴 변형 기법, 3D 얼굴모델링 기법, 3D 일반 모델을 변형한 3D 모델링 기법, 3D 변형가능 모델에 기반을 둔 모델링 기법 등이 있다[1]. 하지만 이런 기법들은 정확도 또는 사실성이 떨어지거나 다양한 각도에 따른 성형 결과 예측이 어려움으로 실제 성형과 많은 차이가 있다.
한국인 얼굴의 특징은?
한국인 얼굴은 지역에 따라 약간의 차이는 있으나 기본적인 얼굴 형태의 특징은대체로 미간이 폭이 넓고 눈의 길이가 짧은 것이 특징이다. 또한 눈이 가늘고 굴곡이 없는 형태를 보여준다[2]. 얼굴의 중요한 지표가 되는 10개의 부분들을 계측한 자료를 통하여 한국인 표준 얼굴의 정보를 얻는다[3].
3D 얼굴 성형 시스템에서의 3D 얼굴 모델링 기법들에 대해 제기된 문제점은?
3D 얼굴 성형 시스템에서의 3D 얼굴 모델링 기법들은 2D 얼굴 변형 기법, 3D 얼굴모델링 기법, 3D 일반 모델을 변형한 3D 모델링 기법, 3D 변형가능 모델에 기반을 둔 모델링 기법 등이 있다[1]. 하지만 이런 기법들은 정확도 또는 사실성이 떨어지거나 다양한 각도에 따른 성형 결과 예측이 어려움으로 실제 성형과 많은 차이가 있다. 또한 데이터 처리 시 많은 시간을 요구하는 등의 문제점이 제기되고 있다.
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