[논문]헤어라인 교정 시술을 위한 웹기반 얼굴 3D 모델링

이상욱; 장윤희; 정은영

doi:10.5392/jkca.2011.11.11.091

헤어라인 교정 시술을 위한 웹기반 얼굴 3D 모델링
Web-based 3D Face Modeling System for Hairline Modification Surgery 원문보기

한국콘텐츠학회논문지 = The Journal of the Korea Contents Association, v.11 no.11, 2011년, pp.91 - 101

이상욱 (세븐레마 의과학연구소) , 장윤희 (세븐레마 의과학연구소) , 정은영 (세븐레마 의과학연구소)

초록
AI-Helper

이 연구는 헤어라인 교정을 위한 웹 베이스의 3D 얼굴 모델링 구축을 목적으로 하고 있다. 미(美)에 대한 현대사회의 얼굴에 대한 관심은 광범위한 개인의 모바일 스마트 ICT 기기의 시대와 함께 의료 정보 시스템의 필요성 역시 급격하게 증가하고 있다. 이 연구는 기존의 기술의 독점과 배포 가능한 3D 모델링 라이브러리 구축을 시도하려 한다. 우리는 실험 결과를 통하여 새로운 웹 베이스 표준 개발을 위한 문제점 및 요구사항을 찾을 수 있었다. 우리는 우리의 실험과 관련 기술에 관한 문헌 검토에 따른 새로운 시스템을 제안하고자 한다. 우리가 제안하고자 하는 시스템의 주된 특징은 의과학, 미용학과 정보 기술을 기반으로 한 탈모 치료에 대한 연구이다. 이 시스템은 2D 정면 이미지를 3D mesh-data와 함께 얼굴 모델링을 진행한다. 이 mesh-data는 SVG를 포합한 웹 표준 기술과 HTML5에 의해 기본적으로 지원되는 Canvas Tag와 호환이 된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This research aims to suggest web-based 3D face modeling system for hairline modification surgery. As public interests in beauty regarding face escalate with era of wide persoanl mobile smart iCT devices, need for medical information system is urgent and increasing demand. This research attempted to build 3D facing modeling library deploying conventional technology and proprietary software available. Implications from the our experiment found that problems and requirement for developing new web based standard. We suggest new system from our experiment and literature review regarding relevant technologies. Main features of our suggested systems is based on studies regarding hair loss treatment such as medical science, beauty studies and information technology. This system processes input images of 2D frontal and profile pictures of face into 3D face modeling with mesh-data. The mesh data is compatible with web standard technology including SVG and Canvas Tag supported natively by HTML5.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 관련 기술을 통합하여 데이터베이스 및 멀티미디어의 생성과정을 용이하게 하고, 데이터와 멀티미디어의 실시간 연동을 지원하는 시스템의 구축이 필요하다는 결론이 이르러 ,새로운 안을 제한하고자 한다.
한편 의료분야와 IT 기술의 융합 분야의 성과는 IT 기술의 발전에 비하여 아직은 다소 부진한 편이다. 본 연구는 얼굴 모델링과 탈모 치료 및 헤어라인디자인에 사용될 의료분야를 결합하여 표준웹 플랫폼을 기반으로 하는 데이터 연동형 3D 얼굴 모델링의 구축과 이를 웹상에서 출력에 대한 기술적 연구에 제안을 통하여 관련분야의 발전에 기여하고자 한다.
본 연구는 탈모치료 및 연구를 위한 얼굴 3D 모델링을 위하여 본 연구기관에 내원한 탈모환자의 얼굴의 측면, 정면, 후면, 등을 촬영한 이미지룰 MATLAB6.0을 이용하여 안면부 얼굴측정점의 수치를 추출하여 얼굴 모델링 아카이브 구축을 위한 웹기술에 관한 연구를 수행하였다. 입력된 이미지를 3D 가상그래픽 프로그램인 VR ObjectWork를 사용하여 QuickTime Vr형식의 그래픽 생성하였다.
그러나 구축 작업의 복잡성, 다양한 소프트웨어로 인한 다양한 파일포맷, 웹 호환성 미비 및 저작권 등의 문제점을 발견하였다. 이러한 연구결과를 바탕으로 본 임상자료와 실시간 연동하여 동적으로 시각화 표현되는 그래픽 기술과 표준 웹에서 지원되는 시스템을 제안하여 탈모치료 및 디자인 연구를 위한 3D 얼굴 시스템을 구축한 정보를 웹상에 표현하는 기술에 대한 연구이다.

제안 방법

DSLR 장비를 사용하여 탈모환자를 2D 이미지를 촬영 후 MATLAB으로 얼굴 안면부 및 측면부의 측정점을 계측하여 추출하였다. 얼굴 측정에 사용된 이미지는 DSLR 카메라를 이용하여 전면부, 양측면, 후두면, 및 정수리부분을 촬영하였다.
인터넷 웹 기술은 PC시장을 독점적으로 지배하고 있는 마이크로소프트사가 웹 표준 기술의 완벽하게 지원하지 않음에 따른 기술적 발전의 지연이 있었다. 마이크로소프트사의 웹브라우저 Internet Explorer는 SVG 등과 같은 W3C의 표준안인 벡터 그래픽을 포맷을 지원을 하지 않았고, VML과 같은 폐쇄적 기술을 제시하였다. 그러나 이러한 추세는 최근 스마트폰과 모바일 기기의 보급의 증가와 이 분야의 마이크로스프사의 부진으로 다양한 플랫폼이 경쟁하게 되었다.
본 시스템에서 구축하는 얼굴 모형은 웨표준 기술을 준수하여 호환성을 확보한다. 특히 차기 HTML5는 SVG의 지원과 [Canvas] 태그를 기본적으로 지원한다.
본 연구는 VR ObjectWork을 사용하여 얼굴 정면부, 측면부, 후두부, 및 정수리부분을 이미지를 입력하여 사진의 스티칭 및 MPEG4압축을 실행하여, 3D VR을 생성하였다.
본 연구에서는 탈모치료 및 헤어라인 디자인 연구를 위하여 수술 환자의 2D 이미지를 입력 후 MATLAB 프로그램을 촬영하여 안면부측정점을 계측한 수치화 작업과 애플사의 퀵타임 VR와 eFrontier사의 Poser 7을 이용하여 3D 얼굴 모델링 제작 및 안면부 모핑 동영상을 제작하여 라이브러리를 구축하였다. 구축된 라이브러리는 환자의 두상과 모발의 형태를 입체적 시각정보를 구축함으로서 만족스러운 효과를 제공하였다.
본 연구에서는 헤어라인 교정에 필요한 미용적 요소들을 보다 친숙한 인터페이스로 제공하고, 헤어라인 교정시술 후 경과 등을 쉽게 파악할 수 있는 3D 얼굴 모델링을 구현하였고 새로운 시스템안을 제안하였다. 구축된 시스템은 탈모환자들과 헤어라인 교정을 필요로 하는 환자들을 대상으로 하는 시술에 대한 경과 및 성과를 시각적으로 파악할 수 있도록 하여, 환자의 만족도를 제고하는데 기여하였다.
본 연구의 제안 모델은 의료 및 미용 정보와 연동을 염두에 두고 있어서, 데이터베이스와 연동되어 다양한 웹 기술에 활용가능하고, HTML5를 지원함에 매우 우수한 호환성을 특징으로 한다. 촬영된 사진의 실계측 및 수치해석, 2D 이미지 3D 변환 등은 두 모델과는 차별되는 장점이다.
입력된 이미지를 3D 가상그래픽 프로그램인 VR ObjectWork를 사용하여 QuickTime Vr형식의 그래픽 생성하였다. 생성된 3D 그래픽과 엑셀 데이터를 DB 테이블화하여 3D 얼굴 모델링 라이브러리를 구축하였다.
아름다움에 대한 기준과 얼굴에 대한 인상은 보는 사람에 따라 서로 다르지만 공유하는 인상 판단의 기준이 있다[10][11]. 여러 가지의 객관적 방법을 제시하고 있지만 고대 그리스 사람들로부터 미의 비율이 1: 1.618 비율로써 나타내어 사용하였으며 이를 이목구비 황금비율의 공간적인 관계에 의한 얼굴미학을 정의한다[12][13].
본 시스템은 다양한 상업용 프로그램과 복잡한 작업과정, 다양한 플랫폼, 호환성 부족 등의 문제점을 발견하였다. 이를 극복하기 위하여 표준웹을 기반으로 한 3D 얼굴 모델링 라이브러리 구축안을 제안하였다. 제안안은 차기 웹 표준인 HTML5의 강화된 멀티미디어 지원기능과, 표준적 기술을 활용하여 다양한 기기를 통한 접근성 확대와 실시간 데이터 연동을 특징을 가지고 있다.
얼굴의 정면과 측면의 2D 이미지를 3D로 변환하는 기술 지원이 시스템에 필요하다. 입력된 얼굴 이미지를 인식 및 측정하여 얼굴 윤곽선을 인식 후, 기 연구된 변환 기술을 사용하여 3D 얼굴 모형을 생성한다[25-27].
0을 이용하여 안면부 얼굴측정점의 수치를 추출하여 얼굴 모델링 아카이브 구축을 위한 웹기술에 관한 연구를 수행하였다. 입력된 이미지를 3D 가상그래픽 프로그램인 VR ObjectWork를 사용하여 QuickTime Vr형식의 그래픽 생성하였다. 생성된 3D 그래픽과 엑셀 데이터를 DB 테이블화하여 3D 얼굴 모델링 라이브러리를 구축하였다.
정면의 발제점을 기준으로 발제선점, 발제상우점, 발제중우점, 발제하우점, 귀밑머리점 등에 대하여 서로의 수평간격, 높이 및 대각선거리 등을 측정하였다.
이를 극복하기 위하여 표준웹을 기반으로 한 3D 얼굴 모델링 라이브러리 구축안을 제안하였다. 제안안은 차기 웹 표준인 HTML5의 강화된 멀티미디어 지원기능과, 표준적 기술을 활용하여 다양한 기기를 통한 접근성 확대와 실시간 데이터 연동을 특징을 가지고 있다. 따라서 다양한 분야의 연구 및 임상결과와 연동하여 높은 부가가치와 기여도가 예상된다.
첫째, 3D 얼굴 모형 구축을 위하여 안면부의 정면과 측면의 2D이미지를 입력 후, 얼굴 특징점을 적용하여 얼굴의 계측과 모형의 매개 변수화 모형을 구축한다.
얼굴 측정에 사용된 이미지는 DSLR 카메라를 이용하여 전면부, 양측면, 후두면, 및 정수리부분을 촬영하였다. 촬영된 이미지 중 전면부와 측면부 사진은 MATLAB을 사용하여 안면부 측정점을 계측하였다. 얼굴의 측정점은 정은영(2006), 어숙희(2006) 등의 안면부측정점 43개로 정의를 활용하여 사용하였다[18][19].

대상 데이터

본 연구는 수행할 실험 결과를 바탕으로 기존 실험에 얼굴라이브러리 구축 과정에서 발생한 기술적 문제와 요구사항을 검토 및 분석을 통하여 표준웹기반플랫폼에서 구현되는 얼굴 라이브러리 구축용 웹 애플리케이션 시스템의 설계를 연구대상으로 한다. 본 연구의 주요한 기능은 다음과 같다.
DSLR 장비를 사용하여 탈모환자를 2D 이미지를 촬영 후 MATLAB으로 얼굴 안면부 및 측면부의 측정점을 계측하여 추출하였다. 얼굴 측정에 사용된 이미지는 DSLR 카메라를 이용하여 전면부, 양측면, 후두면, 및 정수리부분을 촬영하였다. 촬영된 이미지 중 전면부와 측면부 사진은 MATLAB을 사용하여 안면부 측정점을 계측하였다.
촬영된 이미지 중 전면부와 측면부 사진은 MATLAB을 사용하여 안면부 측정점을 계측하였다. 얼굴의 측정점은 정은영(2006), 어숙희(2006) 등의 안면부측정점 43개로 정의를 활용하여 사용하였다[18][19].
민용식, 김상길(2005) 등 의 연구에는 4가지 감정의 범주 즉, 중성, 두려움, 싫증 및 놀람을 포함한 음성과감성이 결합되어진 얼굴의 표정을 좀 더 정확하고 자연스러운 3차원 모델로 만들 수 있는 FAES(a Facial Animation with Emotion and Speech) 시스템을 구축을 제안하였다[20]. 이 연구는 MPEG 4의 얼굴 측정점을 활용하여 얼굴특징점을 추출하고 난후에 감성을 처리한 얼굴 애니메이션에서는 SVM(Support vector machine)을 사용하여 4개의 감정을 수반한 얼굴 표정을 데이터베이스로 구축한 자료를 활용하였다.

성능/효과

1) MATLAB을 사용한 측정 도구는 저작권의 제한과 상업용 소프트웨어의 폐쇄성에 의하여 프로그램의 수정 및 보완이 매우 어렵다.
2) 애플에서 개발한 Quicktime VR은 Quicktime을 개인용 PC에서 설치하여 용이하게 사용이 가능하다. 애플은 Quicktime VR을 위한 저작도구를 충분한 제공하지 않고 있다.
3) Poser 7 모델링은 상업용 3D 프로그램 3D Max, Lightwave등을 지원하고 VRML을 지원하여 웹상에서 표준적으로 호환하여 사용하기에 제한적이다. 또한 얼굴 이미지 인식에 사용된 측정점의 개수가 적어 정확한 얼굴 모형이 어렵다.
4) 구축된 자료와 데이터베이스와 연계하여 구축은 하였으나, 멀티미디와 자료 구축된 데이터의 동적으로 연계되지 않아, 새로운 자료의 수정 및 보완시 매우 번거러운 작업을 수행해야 한다.
본 연구에서는 탈모치료 및 헤어라인 디자인 연구를 위하여 수술 환자의 2D 이미지를 입력 후 MATLAB 프로그램을 촬영하여 안면부측정점을 계측한 수치화 작업과 애플사의 퀵타임 VR와 eFrontier사의 Poser 7을 이용하여 3D 얼굴 모델링 제작 및 안면부 모핑 동영상을 제작하여 라이브러리를 구축하였다. 구축된 라이브러리는 환자의 두상과 모발의 형태를 입체적 시각정보를 구축함으로서 만족스러운 효과를 제공하였다. 그러나 구축 작업의 복잡성, 다양한 소프트웨어로 인한 다양한 파일포맷, 웹 호환성 미비 및 저작권 등의 문제점을 발견하였다.
둘째, 입력된 얼굴 모형의 매개변수는 XML형식으로 저장되며, 기타 데이터와 연동되어, 다양한 데이터 연동 웹 애플리케이션의 개발이 가능하도록 한다. 이를 위하여 XML기반 얼굴 모델링 언어 Face Modeling Language를 개발하고 이를 위한 개발 툴킷을 제공한다.
셋째, 본 시스템은 표준 HTML5를 지원하여 2D 및 3D 그래픽을 표준 웹 기술를 이용하여 지원하여, 별도의 소프트웨어를 이용하지 않고 표준 웹 브라우저상에서 이용 가능하다.
이상과 같이 얼굴 측정점의 계측자료, Quicktime Vr 및 Poser 모델링파일, 및 모핑애니메이션을 활용하여 3D 얼굴 모델링을 구축하여 탈모치료에 활용하여 성과를 이루었으나, 적지 않은 문제점을 발견했다. 구축된 자료는 다양한 상업용 소프트웨어 저작 도구의 독자적 포맷 형식으로 인한 파일관리의 어려움, 소프트웨어의 완성도 부족, 표준 웹 기술과의 연동의 어려움을 발견하였다.

후속연구

이러한 특성을 고려하여 개인의 얼굴형에 대한 만족스러운 디자인을 위한 시각적 자료를 제공함으로써 수술 전·후 변화정보를 환자에게 충분히 제공하여 수술 후의 만족도를 높일 수 있을 것이다.
이러한 헤어라인 이 갖는 특징 및 이미지를 고려하여 교정 시술 전·후의 프로그램을 통한 의사소통의 과정을 거친다면 헤어라인 교정 시술의 완성도 및 환자의 만족감이 상승되어 질 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	헤어라인 성형 까지 성형의 시장이 급격히 성장한 이유는?	특히 얼굴 안면 성형에서 두발의 헤어라인 성형 까지 성형의 시장은 급격히 성장해 가고 있다. 병적 요인으로만 치료를 받던 탈모환자들이 아름다운 이마를 위한 헤어라인 교정을 원하고 있으며, 탈모 환자가 아닌 경우에도 자신이 선호하는 이마모양을 위해 헤어라인 교정 수술을 하고 있다. 이런 현상을 반영하듯 국내 탈모 인구는 약 천만 명에 이르며 시장의 규모도 매년 20~30%의 고 성장을 거듭하고 있다.
	탈모의 유형은?	탈모의 유형은 헤어라인이 점점 위로 올라가는 타입과 20대 이후 이마가 조금씩 넓어지면서 영어 알파벳 M과 O형과 비슷하게 진행된다하여 해밀턴(Hamilton) 분류법에 의해 분류된 M자형, O자형이 있다[6]. 미국의 노루우드 박사는 남성의 탈모 유형을 1단계부터 7단계로 나누었는데, 대개 3단계부터 남성형 탈모로 진단한다.
	탈모의 원인은?	모발 생성에 필요한 영양공급 및 신진대사가 원활하게 이루어지지 않아 모발이 정상적으로 성장하지 못하여 모발이 없는 현상이다. 탈모의 주원인인 남성과 여성에 따라 구별된다. 남성은 유전과 호르몬의 작용이 주원인이고, 여성탈모의 원인은 다양하다. 최근에는 주원인인 유전, 질병 및 호르몬뿐만 아니라 스트레스, 환경적 요인에 따라 탈모가 나타나고 있는 추세이다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

내보내기 구분	파일저장 인쇄 메일전송
구성항목	기본정보 상세정보 관리번호, 논문명, 저널/프로시딩명, 저자 , 발행년, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, 발행기관 관리번호, 논문명, 대등논문명, 저자 , 저널/프로시딩명, 발행기관, 발행년, 발행언어, 권, 호, 시작페이지, 끝페이지, ISBN, ISSN, 주제분야, 키워드, 초록(한글), 초록(영문), 저자(소속기관)
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