Inverse Anatomical Modeling and Simulation of Virtual Humans

Abstract

Název práce: Inverzní Anatomické Modelování a Simulace Virtuálních Postav Autor: RNDr. Petr Kadleček Katedra: Katedra softwaru a výuky informatiky Vedoucí disertační práce: Mgr. Ladislav Kavan, Ph.D., Katedra softwaru a výuky informatiky Abstrakt: V této disertační práci se zaměřujeme na mechanický aspekt mode- lování lidského těla a tváře. Využíváme existující fyzikální model pružnosti a používáme jej jako stavební kámen k vytvoření animovatelné virtuální postavy. Modelujeme různé typy tvrdých a měkkých tkání, aby náš model dokázal stahovat svaly, interagovat s prostředím nebo se realisticky deformovat pod vlivem vnějších sil. V první části práce představujeme metodu k vytvoření personalizovaných anatomických modelů lidského těla připravených pro fyzikálně založenou ani- maci pouze za použití sady 3D povrchových skenů. Začneme vytvořením šablony anatomického modelu průměrné postavy, která podléhá deformacím způsobeným: 1) subjektovými variacemi: tvary a velikosti kostí, svalů a tukové tkáně 2) pózou kostry. Dále využijeme sadu 3D skenů postavy v různých pózách. Naším hlavním příspěvkem je formulování a řešení rozsáhlého optimalizačního problému, kde op- timalizujeme jak parametry...

Title: Inverse Anatomical Modeling and Simulation of Virtual Humans Author: RNDr. Petr Kadleček Department: Department of Software and Computer Science Education Supervisor: Mgr. Ladislav Kavan, Ph.D., Department of Software and Computer Science Education Abstract: In this dissertation, we focus on a mechanical aspect of a human body and face modeling. We leverage existing physics-based models of elasticity and use them as building blocks to create an animatable virtual human. We model different types of hard and soft tissues to enable our model to contract muscles, interact with an environment or realistically deform when subjected to external forces. In the first part of the work, we present a method to create personalized anatom- ical models of human body ready for physics-based animation, using only a set of 3D surface scans. We start by building a template anatomical model of an average male which supports deformations due to both 1) subject-specific vari- ations: shapes and sizes of bones, muscles, and adipose tissues and 2) skeletal poses. Next, we capture a set of 3D scans of an actor in various poses. Our key contribution is formulating and solving a large-scale optimization problem where we compute both subject-specific and pose-dependent parameters such that our resulting anatomical model...