人脸是人类个体差异性判别的最主要部分,其独特性使得人脸建模技术成为计算机图形学领域中一个持久的研究热点。基于颅面软组织厚度进行三维颅面复原是人脸建模技术的重要分支,主要应用于考古学和辅助法医学等研究中对人类遗骨的面貌复原和身份判定。传统的方法大都建立在躺卧姿态的数据基础上,复原算法所获得结果大都带有躺卧姿态的特征,因此如何快速准确地矫正躺卧姿态的颅面数为直立姿态是三维颅面复原研究中亟待解决的重要问题。　　本文以人类学关于颅骨和面貌的相关理论为基础,以计算机可视化技术和并行计算为工具,研究了在获取到躺卧姿态下颅骨颅面三维模型的条件下,直立姿态颅面三维模型数据的获取和处理、软组织厚度的快速测、颅面姿态矫正及其在颅面复原中的重要应用。主要研究内容包括:　　1)数据的采集与预处理。通过CT机和三维扫描仪获取躺卧和直立两种姿态的颅面数据,然后基于改进的移动最小二乘(Moving Least Square,MLS)方法对数据进行去噪和光顺。在获得光顺数据后,分别利用迭代最近点(Iterative Closest Point,ICP)和薄板样条函数(thinplate spline,TPS)进行数据配准,最后利用拉链(Zipper)方法对配准好的人脸数据进行拼接,从而为颅面姿态矫正提供数据基础。　　2)软组织厚度的快速测量。在深入研究颅面生理学结构的基础上,参考MPEG-4中关于人脸定义参数(Face Definition Parameters,FDP),定义了标定颅骨的52特征点。在此基础上,提出利用GPU分别进行稀疏点和稠密点的软组织厚度计算,并进行了两种姿态软组织厚度的差异性分析,算法准确高效,获得了较好的结果。　　3)颅面姿态矫正及其应用。首先通过前面的数据获取,以及软组织的厚度测量,结合模型的人类学信息,建立了一个参考模型数据库,然后采用对照匹配法获得了满意的矫正结果,最后介绍了颅面姿态矫正在基于软组织厚度颅面复原算法中的应用。　　4)颅面姿态矫正系统(FaceLab)。在研究理论知识的同时,我们利用VS2008 C++和CUDA等开发工具开发了一个颅面姿态矫正和复原的系统,系统实现了模型的读取、三维显示、数据的光顺和配准,特征点标定、软组织厚度快速计算和姿态矫正等功能,可视化高,交互操作方便。