Anatomy based animation of facial expressions

Abstract

Bu araştırma anatomik bilgiye dayalı yeni bir fizik bazlı yüz ifadesi animasyon sistemi sunar.Önerilen sistem bir yüz modeli ve yeni bir yüz ifadesi yaratma algoritmasından oluşur.Önerilen sistem bir Kütle-Yay-Amortisör(KYA) sistemidir. Sistem tek katmanlı yüz modeli HIGEM ve bir grup anatomik olarak doğru yerlere yerleştirilmiş yüz kaslarından oluşmaktadır. İnsan derisinin viskoelastik karakteristikleri doğrusal olmayan yaylar ile yakınsanmıştır. Kas grubu yüz ifadelerini tetikler.HIGEM yüz ızgarasını destekleyen bir kafatası içermez. Bu yüzden kas kuvvetleri altında yıkılabilir. Bunu önlemek için yeni bir algoritma önerilmiştir. Bu algoritma geri ve ileri iz düşümleri kullanarak kas kuvvetlerini yeniden tanımlar. KYA sistemlerinin bir diğer problemi büyük kuvvetler altında bireysel parçaların yıkılmasıdır. Buna hitaben Kenar Geri Tepme yaklaşımı kullanılmıştır.Yarı-örtülü Bayağı Diferansiyel Denklem (BDD) ile yüz dinamikleri modellenmiştir. Yüz kasları tarafından etkilenen yüz alanları daha önceki çalışmalarda ön hesaplama ile bulunup işaretlenmiştir. Kasların aktivasyon seviyesi ya da yüzün topolojisi değiştiğinde bu ön hesaplamalar yeniden yapılmalıdır. Bu yüzden, yeni bir çalışma zamanında çalışan jenerik yığın bazlı yaklaşım önerilmiştir.Önerilen sistem sekiz yüz ifadesi ile test edilmiştir; mutlu, üzgün, sinirli, korkmuş, şaşırmış, iğrenmiş, iğrenmiş sinirli ve mutlu şaşırmış. Yüz ifadeleri için geçen süreler kasılan kasların etki alanlarına, sayısına ve her bir zaman adımı için ayarlanmış süreye göre değişir.

This study presents a new physics based facial expression animation system based on anatomic data. Proposed system consists a face model and a new facial expression animation generation algorithm.The proposed system is a Mass-Spring-Damper (MSD) system. It consists single layer face model HIGEM and a set of facial muscles which are placed anatomically correct places. Non-linear viscoelastic characteristics of the human skin isapproximated with non-linear springs. The set of muscles triggers facial expressions.HIGEM does not include a skull to support the facial mesh, so it tends to collapse under muscle forces. A new algorithm proposed to prevent this. This algorithm uses back and forward projections for re-defining the muscle forces. Anotherproblem of MSD systems is individual element collapse under large forces. This is addressed with Edge Repulsion (ER) approach.Dynamics of the face is modelled with a quasi-implicit Ordinary Differential Equation (ODE). The regions of the face affected by the facial muscles were computed and marked offline in previous works to speed up the animations. It requiresoffline re-calculation whenever the activation level of the muscles or facial mesh topology changes. Thus, a new generic stack based approach which works at runtime is proposed.The proposed system is tested with eight facial expressions; happy, sad, angry, feared, surprised, disgusted, disgusted anger and happy surprise. Elapsed times for the facial expressions vary with number of contracting muscles, their region of inuence, and the time value for each timestep.