A head model with anatomical structure for facial modelling and animation

Abstract

In this dissertation, I describe a virtual head model with anatomical structure. The model is animated in a physical-based manner by use of muscle contractions that in turn cause skin deformations; the simulation is efficient enough to achieve real-time frame rates on current PC hardware. Construction of head models is eased in my approach by deriving new models from a prototype, employing a deformation method that reshapes the complete virtual head structure. Without additional modeling tasks, this results in an immediately animatable model. The general deformation method allows for several applications such as adaptation to individual scan data for creation of animated head models of real persons. The basis for the deformation method is a set of facial feature points, which leads to other interesting uses when this set is chosen according to an anthropometric standard set of facial landmarks: I present algorithms for simulation of human head growth and reconstruction of a face from a skull.

In dieser Dissertation beschreibe ich ein nach der menschlichen Anatomie strukturiertes virtuelles Kopfmodell. Dieses Modell wird physikbasiert durch Muskelkontraktionen bewegt, die wiederum Hautdeformationen hervorrufen; die Simulation ist effizient genug, um Echtzeitanimation auf aktueller PC-Hardware zu ermöglichen. Die Konstruktion eines Kopfmodells wird in meinem Ansatz durch Ableitung von einem Prototypen erleichtert, wozu eine Deformationstechnik verwendet wird, die die gesamte Struktur des virtuellen Kopfes transformiert. Ein vollständig animierbares Modell entsteht so ohne weitere Modellierungsschritte. Die allgemeine Deformationsmethode gestattet eine Vielzahl von Anwendungen, wie beispielsweise die Anpassung an individuelle Scandaten für die Erzeugung von animierten Kopfmodellen realer Personen. Die Deformationstechnik basiert auf einer Menge von Markierungspunkten im Gesicht, was zu weiteren interessanten Einsatzgebieten führt, wenn diese mit Standard- Meßpunkten aus der Anthropometrie identifiziert werden: Ich stelle Algorithmen zur Simulation des menschlichen Kopfwachstums sowie der Rekonstruktion eines Gesichtes aus Schädeldaten vor.