Modèles 3D de rajeunissement et de vieillissement facial : impact de facteurs extrinsèques

par Farnaz Majid zadeh heravi

Thèse de doctorat en Signal, Image, Automatique

Sous la direction de Amine Naït-Ali.


  • Résumé

    Le but de cette thèse est de déployer et développer des modèles mathématiques pour simuler numériquement les visages humains à tout âge choisi. L'état de l'art en matière de modélisation du vieillissement a négligé de prendre en compte le rôle de la maturation biologique de la petite enfance au début de l'âge adulte, où se produisent les déplacements anthropométriques. En outre, la représentation tridimensionnelle (3D) du visage est considérée dans cette thèse. La variation de profondeur et de pose fournit des informations supplémentaires pour représenter les visages avec précision. Contrairement à de nombreuses études centrées sur le vieillissement du visage en 2D et la prévision de l'aspect futur du visage, cette thèse propose des modèles mathématiques de vieillissement et de rajeunissement en utilisant des maillages 3D faciaux de visages humains en considérant la trajectoire naturelle du développement du vieillissement pendant l'enfance, l'âge adulte et la sénilité. Dans le but de la construction de modèles, les modèles de visage sont reconstruits en 3D pour des groupes d'âge de 3 à 75 ans, pour les deux sexes. Pour valider les résultats, trois métriques sont définies pour évaluer les visages, à partir des aspects de texture structurelle, de la qualité géométrique et de la distorsion de points de repère. Les métriques ont été appliquées à la base de données collectée "Face Time-Machine" (FaceTim V.2.0), qui contient des visages réels en 3D. Les résultats de la métrique d'évaluation de la performance sur le modèle de vieillissement, connu sous le nom de 3D B-FAM, montrent un taux de similarité de 75%, ce qui signifie que le modèle ne représente pas une disparité significative. Ayant considéré que le phénomène de vieillissement du visage dépend de diverses circonstances intrinsèques et extrinsèques, nous proposons un modèle de forme dynamique comme une fusion de modèles de vieillissement. Ce modèle prend en compte les variations de forme du visage dues au mode de vie et au régime alimentaire. Les résultats de rendu indiquent qu'ils sont perceptuellement satisfaisants. En outre, les résultats de l'évaluation montrent que les modèles proposés sont remarquablement précis pour prédire l'aspect correct du visage d'un individu de l'âge et de la forme visés. De plus, nous abordons l'asymétrie faciale chez les toxicomanes à la méthamphétamine en utilisant une base de données de visage de toxicomanes recueillies. L'asymétrie faciale est évaluée en utilisant l'indice de similarité structurelle pour l'aspect texturé; et les caractéristiques bilatérales pour la quantification morphologique. L'analyse statistique indique une augmentation significative de l'asymétrie faciale chez les toxicomanes à la méthamphétamine au cours du vieillissement. L'analyse statistique montre que chez les toxicomanes, la mesure de l'asymétrie sur les visages avant l'utilisation de drogues est de 2% sur la géométrie, et elle atteint plus de 5%. Cette augmentation est également visible dans l'aspect textural où l'indice de similarité est de 28% et monte à 39% pour les toxicomanes.

  • Titre traduit

    Three-Dimension Facial De-ageing and Ageing Modeling: Extrinsic Factors Impact


  • Résumé

    The aim of this thesis is to deploy and develop mathematical models to digitally simulate the human faces at any target age. The state-of-the-art in ageing modeling has not addressed the role of biological maturation from infancy to young adulthood where the anthropometrical displacements are occurring. In addition, the three dimensional (3D) face representation is considered in this thesis. The depth and pose variation provides additional information to represent faces accurately. Contrary to numerous studies that focused on 2D facial ageing and predicting the face appearance in the future, this thesis proposes the mathematical de-ageing and ageing models using 3D facial textured meshes of human faces considering the natural trajectory of ageing development during childhood, adulthood and senility. For the purpose of model construction, the face templates are reconstructed in 3D for the age groups from 3 to 75 years old for both genders. To validate the results, three metrics are defined to assess the faces from textural, geometrical and landmark distortion aspects. The metrics were applied on the collected database Face Time-Machine (FaceTim V.2.0) which contains the ground truth 3D faces. The results of the performance evaluation metric on the de-ageing model known as 3D B-FAM show the similarity rate of 75% which means the model does not represent significant disparity. Having considered that facial ageing phenomenon rely on various intrinsic and extrinsic circumstances, we propose a dynamic shape model as a fusion of de-ageing ageing models. This model takes into account the facial shape variations due to lifestyle and nutritious diet. The rendering results indicate that they are perceptually satisfying. Besides, the evaluation results show that the proposed models are remarkably accurate to predict the correct face appearance of an individual in the target age and shape. Furthermore, we address facial asymmetry for methamphetamine addicts using a collected drug-addicted face database. The facial asymmetry is assessed by employing the structural similarity index for textural aspect; and bilateral features for morphological quantification. Statistical analysis indicates a significant increment of facial asymmetry for methamphetamine addicts while ageing. The statistical analysis shows that for drug-addicts, the asymmetry measurement in faces before using drugs is 2% in geometry aspect and it reaches to more than 5%. This increment is seen in textural aspect where the similarity index is 28% and points to 39% for drug addicts.