分享:高逼真度的3D打印人像技术,冲击刷脸识别-Stratasys3D打印机

随着刷脸支付、刷脸门禁、机器人等技术的发展,高逼真度的3D打印人像给社会带来了新的应用机会,也提出了新的挑战。

接下来,Stratasys3D打印机就从技术角度上,跟大家分享一下,高精度3D打印的头像是如何做到做到完美“复制”人脸。

首先人像的制作需要追溯到古代,从出土的文物就可以找到各种人像的踪影,说明人类文明从来没有放弃过对于人物雕塑的探索,根据历史时间线出现过陶俑,石雕像,瓷像,青铜像,铜像,泥塑人像,芭比娃娃,1:6兵人玩具,情趣女朋友以及价格昂贵的定制蜡像等等。

本文主要讲可以通过人脸识别系统的高精度3D打印人像。

目前面部识别的三种主流方案:
3D结构光(Structured Light)ToF 3D方案(Time Of Flight,时差测距技术)双目立体成像方案(Stereo System)
当然,在实际应用场景中,可能还会加上活体检查、眼球虹膜识别等。
不难看出,目前主流的面部识别方案从技术角度讲,都是需要通过三维立体结构的捕捉来进行验证的,所以人像数据的准确性,就非常重要的验证基础。

对于很多网友提出的动态验证,例如眨眼,摇头,张嘴之类,随着机器人技术的迅猛发展,也是可以做到的。所以人脸识别方式,从理论和实践上是可以被破解的,而且不是通过软件破解方式的,而是一个真实人脸的物理外挂,没有可追溯性。

那么什么样的3D打印头像,是可以做到“欺骗”过面部识别系统的呢?最最基础的就是高精度的3D扫描数据。

人像数据的生成,目前主要的三种方式有:
人工建模——根据建模师的眼睛来进行纯手工的数字化雕刻。常用软件为:Zbursh照片智能合成——根据大量多角度高清照片,软件智能分析合成出3D数据模型,常用软件有手机端app:123D Catch、华为3D魔术师等。PC端有photoscan等。(PC端软件常用场景为航拍3D地貌地形建模以及定制的单反多机阵列式瞬时扫描系统)3D扫描仪——使用白光、蓝光、激光、体感传感器等方式扫描人像——也是扫描高精度细节的最优选择。设备例如阿泰克的EVA、先临三维的Einscan-pro系列、迅恒科技的Fisher等。当然,阵列单反系统(采用数十个单反相机围成一圈,同时拍照采集各个角度的数据)由于高度集成化也可以划归到这一类别。

制造高逼真度人像的技术流程①为了做到1:1人像还原目的,需要采用高精度的采集方式,通常这类模型都采用超高精度的光学采集设备,也就是白光、蓝光等高精度3D扫描仪来采集数据,并且对于设备的采集容错率有很高要求,因为人的呼吸,毛发,肌肉的微动都会对数据精度甚至采集的成功与否产生决定性影响 ,所以在实际使用中,能够采集人像的3D扫描仪并不是使用最高精度。
采集后的面部原始数据基本都是点云文件,需要使用逆向工程软件进行修复,拼接融合等工作。而头发是最难处理的,因为毛发大部分中国人都是黑色,而且发丝细小,光的反射不稳定,头发很多扫描仪是无法采集到的,需要人工后期雕刻修复;但是,如果是覆盖皮肤和毛发种植的方式来还原人像,则不需要修理毛发数据。经过处理后的数据生成标准的实体模型数据文件,例如带贴图的obj文件或者stl文件或者3MF文件等。

②然后采用高精度大尺寸3D打印机进行打印,一般为光敏树脂工业级打印机打印1:1人头数据(并且是光头哦),因为想要达到最真实的仿真人物效果,需要后期的植发。

③打印完成后,需要对头像模型进行硅胶翻模,变成最真实的柔软皮肤效果。
④进行上妆上色,植发,眼球制作及植入等纯传统工艺手工制作。对于后期处理人员的技术水平要求非常高(大连的娃娃产业很发达,因而这方面的产业链技术也相对领先)。最后才能看到这样一个与真人高度相似的头像。

人像相似度效果

由于是扫描的人物面部数据,所以只要扫描精度和打印精度足够,外加后续的翻模等工艺的精度控制,这样的人像可以保证在结构光扫描情况下还原人物的关键检测点,骗过扫脸支付系统、扫脸门禁系统、扫脸打卡系统等。

当然,整个的人像打印基础的流程虽然是这样,但实际操作的门槛和技术难度是非常大的,需要注意的各种工艺细节也非常非常的多,需要大量的试验和经验的积累才能够达到这样的技术水平。

下面,Stratasys3D打印机就展示一下高精度3D打印名人像:

3D打印人像的生意,为什么做不起来
Stratasys3D打印机2013年就开始为用户提供3D打印技术资讯,3D打印人像也差不多是哪个时候开始进入人们的视野,一开始关注度非常高,国内也涌现了几十家3D打印人像店,但是现在,我们发现3D打印人像行业已经几乎见不到了踪影。

Stratasys3D打印机认为,主要原因是在3D打印刚刚进入市场时,3D打印人像被广大从业者认为是一个发展潜力极大且门槛低的业务领域,当从业者提着大笔现金进入的时候,发现3D打印人像根本不是简简单单有一台打印机、一台扫描仪就能够解决的了。

人像3D打印的市场悖论几点因素:
小比例人像有一个巨人在前面垄断着市场:HOTTOY的1:6兵人。价格在1600左右。石膏全彩人像,精度不够、色彩还原度相对较差、易碎、不易运输,同时传统观念上国人有去世的人才要做人像概念。1:1人像只有名人才会做且价格高昂(数万元甚至数十万上百万一个),对标的有杜莎夫人蜡像以及一些其他蜡像制作企业。目前来说,部分蜡像馆已经采用3D扫描及3D打印辅助的方式,来解决之前的石膏翻真人的工艺。

在市场上,前期火爆阶段的市场乱象,廉价低质产品让消费者心灰意冷。直接将市场玩死了。

这里特别补充一点,手办、GK雕塑、兵人、战棋、乐高等传统玩具巨头,早已使用3D打印及扫描技术运用于他们的新产品开发甚至是成为生产工艺流程中的一部分,只不过他们提升工艺水平降低生产研发成本并不会过度的去宣传。

所以小编经常有一句话挂在嘴边:3D打印机只是一个工具,重要的是使用工具的人。我们不能因为人像行业目前没有做到理想的状态,而否认这项技术不好。

3D打印市场应用在哪里?
Stratasys3D打印机经常会接到很多熊友的咨询,买个3D打印机是不是就能开店挣钱了。可能这个比方并不恰当,但是我觉得比较贴切,我将一把手术刀给一个厨子去做手术,那么后果是什么?

所以也希望读到这篇文章的熊友,在想要从事3D打印行业的时候先问一下自己,自己当前的领域时候有3D打印技术可以带来升级的内容或者替代某一些环节的地方。而并不是放弃之前自己所在的成熟领域而去重新开拓应用。因为就目前我们看到,比较做得不错的3D打印公司,都是在自己传统的行业基础上,利用3D打印技术来提升自己的产业价值。

小编说了这么多,有些是技术分享,后面有些是经验体会。对于3D打印人像破解刷脸支付系统、刷脸门禁系统等事件,大家不必过度紧张。因为如果要想用这种方法去盗刷,至少需要:别人有你的高精度头部数据;花大价钱(数万元不等)去制作了一个人头;恰好你之前验证开通过刷脸功能。

对于3D打印行业来说,我们也希望出现越来越多优秀的技术方案、优秀的企业、优秀的应用、优秀的人才,让中国3D打印技术走在世界前列。

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