IFSTTAR Actions incitatives: Personnalisation d’un mannequin numérique 3D en prenant compte la déformation surfacique du corps humain (Skin Deformation)
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Personnalisation d’un mannequin numérique 3D en prenant compte la déformation surfacique du corps humain (Skin Deformation)

Structure de recherche : LBMC UMR_T9406

Référent Ifsttar : BEURIER George

Etat de l'art

La personnalisation des mannequins numériques, est un passage obligé pour les études du mouvement ou des postures. Ce problème devient complexe surtout avec des populations spécifiques (obésité, âge, …). Une partie de la personnalisation est l’estimation de l’enveloppe du sujet. Celle-ci permet de déterminer le contact ou la distance par rapport à l’environnement (détection de collision/marge). La déformation de l’enveloppe en fonction du mouvement est surtout étudiée dans le domaine de l’animation graphique pour avoir un rendu réaliste [Allen et al. 2002, Komatsu 1988, Yang et Zhang 2006, Wilhelms et Gelder 1997]. Parmi les méthodes utilisées, la plupart sont basées sur une déformation à partir du squelette, sur lequel l’effet du mouvement des muscles peut-être reproduit par points de contrôle sur l’enveloppe [Komatsu 1988], par calcul de la déformation des muscles [Wilhelms et Gelder 1997]. Pour la personnalisation [Park et Hodgins 2008] déforment un maillage à l’aide de points de contrôle, ce type de démarche nécessite la pose de nombreux marqueurs sur un sujet. [Yang et Zhang 2006] propose d’en réduire le nombre par PCA, 158 sur le corps. Il est à noter aussi que dans le cadre de l’animation les enveloppes utilisées sont très souvent athlétiques, et les gestes très sportifs ; ces méthodes nécessitent d’être validées pour des cas réalistes. Très souvent aussi le squelette utilisé est très simplifié.

D’autre part, les techniques de numérisation ont permis d’établir de grandes bases de données anthropométriques [Robinette 1999] avec le recueil de l’enveloppe 3D des sujets dans une posture de référence. Des outils ont été développés à partir de cette base pour la génération de sujets simulés ou la personnalisation de ces enveloppes pour l’adapter à un sujet existant (par PCA, ondelettes, …).

Allen, B., Curless, B., Popovi’c, Z. 2002. Articulated body deformation from range scan data. ACM Transactions on Graphics 21(3) : 612–619.

Komatsu, K. 1988 Human Skin Model Capable of Natural Shape Variation, The Visual Computer,  4(3): 265-271.

Park, S., Hodgins, J. 2008. Data–driven Modeling Skin and Muscle Deformation. ACM Trans. Graph. 27(3) Article 96.

Robinette, K., Daanen, H., Paquet, E. 1999 The Caesar Project: A 3-D Surface Anthropometry Survey. In: Second International Conference on 3-D Digital Imaging and Modeling (3DIM’99), pp 380–386, Ottawa, Canada.

Yang, X., Zhang J.J. 2006 Automatic muscle generation for character skin deformation. Comp. Anim. Virtual Worlds, 17 : 293–303.

Wilhelms, J., Gelder, A.V. 1997 Anatomically based modeling. In SIGGRAPH (1997) 173-180.

Enjeux et objectifs

Les travaux réalisés par He Liu et Zhou Chang durant leur stage au LBMC ont permis d’obtenir en partie la personnalisation d’un mannequin numérique à partir de données provenant d’un body scanner 3D (voir illustrations). Prédire la position de l’enveloppe est nécessaire pour pouvoir calculer les interactions du sujet avec son environnement. Or l’enveloppe bouge en fonction de la posture et de la gravité. A partir de base de données de surface de sujets scannés dans différentes postures, il s’agira à partir de points caractéristiques de déterminer l’enveloppe du sujet. Typiquement, il est assez facile de scanner un sujet debout, mais lorsque le sujet s’assoit la structure de l’abdomen change complètement et dans des situations ou, par exemple, le sujet conduit, il est difficile de pouvoir le scanner à cause de l’encombrement et que le sujet doit rester immobile durant l’acquisition (environ 3 s). De même, avec les techniques actuelles, des difficultés existent pour les articulations complexes (épaule, bassin, …) mais aussi lorsque les articulations sont proches des butées articulaires.

Avancées scientifiques attendues

Les avancées scientifiques attendues sont :

  • une base de données de maillage sur la déformation de surface en fonction de la posture avec le relevé de points caractéristiques.
  • La recherche de fonctions de déformation de maillage à partir de ces points caractéristiques.

Participants

Porteur(s) du projet : Georges Beurier (LBMC)

Durée :1 an à renouveler

Participants (noms, structures de recherche) : Xuguang Wang LBMC (LBMC)

Thèses éventuelles associées : Agathe Nérot (LBMC) (coll. LBM Arts Paris Tech)

Programmation

Programmation 2014

Résultats attendus en 2014 : 

  • Rapport de stage master Recherche 2
  • Rapport de synthèse décrivant le travail réalisé en 2014
  • Base de données de scan 3D dans différentes postures
  • Démonstrateur permettant la déformation de maillage surfacique