Quellen:
1. Description-based visualisation of ethnic facial types

# Einleitung
In diesem Abschnitt werden die visuellen Merkmale des periorbitalbereichts Beschrieben, die im Rahmen dieser Arbeit modelliert wurden. Als Grundlage für die Auswahl der Features gilt die Arbeit von Wisetchat (1). Während ihre Arbeit eine Menge von Parametern definiert mit denen das gesamte Gesicht kontrolliert werden kann, konzentrieren wir uns für diese Arbeit auf den Periorbitalbereich, also die Region um das Auge herum.

# Referenzbilder
![[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=112&rect=108,358,551,763&color=yellow|p.112]]
![[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=113&rect=108,244,553,671&color=yellow|p.113]]


# Augenmerkmale
Im Vergleich zur Gesichtsmitte und der Kieferregion gibt es besonders im Nasen-, Mund- und Augenbereich eine höhere Dichte an visuellen Merkmalen ([[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=108&selection=26,0,31,44&color=yellow|p.108]]). 

TODO: Dort ist ein Bild, dass für vier Ethnische Gruppen für jeweils Männliche, Weiblich und Beide Geschlechter Durchscnittsbilder zeigt. Wenn das für uns interessant ist, dann sollten wird das hier auch reinschreiben.

Die Tabelle zeigt die modellierten Merkmale im Augenbereich. Das Bild zeigt den Ort dieser Features. Hinweis, es ist auf ein Durchschnittsbild von EAS (Ostasiaten), da dort die Epikantusfalte vorhanden ist, welche bei Afrikanern nur bedingt und bei Europäern praktisch nicht vorhanden ist. Andere Features sind bei allen ethnischen Gruppen Vorhanden, variieren aber in ihrer Ausprägung. Daher ist die Differenzierung zwischen verschiedenen ethnischen Gruppen nicht anhand des Vorhanden- oder Abwesend-seins bestimmter Merkmale möglich ([[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=110&selection=35,72,40,41&color=yellow|p.110]]).
![[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=111&rect=110,205,550,711|Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types, p.111]]

TODO: Für all diese Features gucken, ob es Bilder auf Google gibt, die sie gut zeigen (insbesondere die Furchen (Sulcus)). Im Paper sind Bilder, auf denen man teilweise die Features sehen kann.

TODO: Wir brauchen wohl auch ein paar Features von den umliegenden Regionen

Es wird ein Basis Mesh verwendet, das eine generische Gesichtsform hat. Dabei ist wichtig hervorzuheben, dass dieses Modell keinen Ethnotypen oder Durchschnitt eines Ethnotypen darstellt. ([[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=124&selection=28,0,37,10&color=yellow|p.124]])

Es gibt verschiedene Arten von Merkmalen. Einige Merkmale sind einfach dimensional, wie z. B. die Breite der Lidspalte (PF_width). Andere Merkmale definieren die Position von bestimmten Eigenschaften, wie z.B. die Position des Endokantus (ENC). Des weiteren gibt es Merkmale, die weder die Position noch das Ausmaß, sondern die Form eines Merkmals beschreiben. Das sind Kurven, Falten, hohle Regionen, und Ausstülpungen oder Ausbuchtungen. Diese Merkmale variieren in ihrer Ausprägung. ([[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=126&selection=43,14,45,11&color=yellow|p.126]])

Einige Merkmale, wie z. B. die Epikantusfalte, haben nur ein Extremum. Minimal ist sie nicht vorhanden und maximal ist sie vollständig ausgeprägt. Wisetchat modellieren diese Merkmale in einem Wertebereich von 0 (nicht vorhanden) bis 1 (maximal ausgeprägt) ([[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=126&selection=57,81,59,29&color=yellow|p.126]]). Dem gegenüber stehen die dimensionalen, Positionalen und Form-Merkmale mit zwei Extrema. Diese Merkmale sind immer vorhanden und variieren nur in ihrer Ausprägung. Wisetchat modelliert dieses Merkmale in einem Bereich von -1 bis 1 ([[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=126&selection=70,16,70,32&color=yellow|p.126]]). Wichtig ist anzumerken, dass der Mittelpunkt, der bei 0 liegt, wahrscheinlich mit keinem statistischen Mittelwert entspricht.


# Modellierung:
Die Form der Augenregion wird durch ein subdivision Mesh Surface repräsentiert. ([[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=127&selection=11,0,11,63&color=yellow|p.127]])
Je simpler das basis Mesh ist, desto glatter ist die resultierende Oberfläche. Allerdings muss sichergestellt werden, dass im Basis Mesh genügen Detail (also Vertices) vorhanden ist, damit alle Merkmale (Furchen, Falten usw.) modelliert werden können.

Die Grundlegende Form des Gesichts wird durch die zugrundeliegende Knochenstruktur gegeben (Siehe das relevante Kapitel). Durch die darüber liegenden weichen Gewebe entsteht eine glatte Oberfläche ([[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=127&selection=64,48,64,88&color=yellow|p.127]]). 

In der Animation von digitalen Charakteren werden häufig Blend Shapes (Shape-Keys) verwendet, um die feinen Details der Mimik zu modellieren. Digitale Animationswerkzeuge wie Blender liefern Werkzeuge, um solche Blend Shapes zu erstellen ([[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=131&selection=35,1,51,26&color=yellow|p.131]]). Bei Blend Shapes, oder Shape-Keys wie sie in Blender genannt werden, gibt es eine Basis-Form (Base Shape) und eine Reihe von Ziel Formen (Target Shapes). Diese Zielformen haben die selbe Topologie wie die Basisform, allerdings sind einzelne Vertices an andere Positionen verschoben worden. ([[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=132&selection=19,0,19,85&color=yellow|p.132]])

TODO: Bla bla das ist alles Grundlagen

Durch die Lineare Kombination von Blend Shapes kann in Regionen, in denen der Einfluss mehrerer Blend Shapes überlappt, unerwünschtes Verhalten auftreten, indem ein Vertex zu stark verschoben wird und ein verzerrtes Ergebnis entsteht. Um solche Fälle zu verhindern, werden häufig sogenannte korrektive Blend Shapes eingesetzt. Das sind zusätzliche Blend Shapes, die je nach Aktivierung zu korrigierenden Shapes automatisch mehr oder weniger stark aktiviert werden um die Artefakte zu verhindern. Animateure bekommen über diese korrektiven Blend Shapes für gewöhnlich keine Kontrolle, sondern werden versteckt und basierend auf den zu korrigierenden Blend Shapes gesteuert ([[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=133&selection=19,14,19,38&color=yellow|p.133]]).

Bei Merkmalen, die zwischen zwei Extrema steuern gibt es zwei Blend Shapes. Eines für das Exremum bei -1.0 und eine andere form für das Extremum bei 1.0. Da sie Gegenteile darstellen, dürfen sie nicht gleichzeitig aktiviert werden. Blender bietet dafür die Möglichkeit das Minimum und Maximum für den Regler festzulegen und an den beiden Extrema des Interpolationswerten verschiedene Blend Shapes zu definieren.
Bei Merkmalen, die von 0 bis 1 definiert sind (existiert nicht bis existiert) ist nur ein Blend Shape am Maximum nötig.
Blender ermöglicht auch, nach dem erstellen der Blendshapes den maximalen und minimalen Interpolationswert zu ändern, und somit Merkmale über den ursprünglich modellierten Bereich hinaus zu extrapolieren.

Wisetchat definiert quasi-orthogonalität für Merkmale. Angelehnt an senkrechte Vektoren, etc.
Merkmale ist orthogonal, wenn die Regionen des Gesichts, die sie modifizieren nicht überlappen. Wenn sie überlappen, dann können sie orthogonal sein, wenn ein Attribut z. B. die Breite und ein anderes die Höhe eines Merkmals verändert. Wenn sie überlappen und die gleichen Vertices in ähnlicher Weise modifizieren, dann sind sie nicht orthogonal (Beispiel: Stirn Vorstand und Krümmung).  In extremen Kombinationen können die Ergebnisse unplausibel sein, aber die meisten Kombinationen sind plausibel ([[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=137&selection=15,34,19,34&color=yellow|p.137]]). 

Wisetchat verwendet ein festes Paar Augen als festen Bezugsrahmen um den herum das Gesichtsmesh gebaut wurde. +X -> Links, +Y -> Hoch, +Z -> Vorwärts. Koordinatenursprung des Modells ist der Punkt in der Mitte zwischen dem vordersten Punkt auf der Hornhaut beider Augen. Beide augen sind IPD_x weit von einander entfernt. Das Modell des Gesichts wird nicht mehr bewegt. Nur die individuellen Vertices werden bewegt ([[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=137&selection=21,0,21,22&color=yellow|p.137]]).

Wisetchat verwendete Autodesk Maya in ihrer Arbeit. Dort muss für jedes Blend Shape eine Kopie vom Basis-Mesh erzeugt werden ([[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=132&selection=21,0,25,14&color=yellow|p.132]]). Nachträgliche Änderungen an der Topologie sind dort aufwändig, da diese in jede Kopie des Basis-Meshes übernommen werden müssen.
In dieser Arbeit wird das Shape-Key-Feature von Blender verwendet. Dieses hat den entscheidenden Vorteil, dass es nur ein Mesh gibt und die einzelnen Shape-Keys praktisch Eigenschaften dieses Objekts sind. Dadurch können Änderungen an der Topologie vorgenommen werden, nachdem bereits Shape-Keys erstellt wurden, und es nur ggf. etwas Nachbesserung an einzelnen tatsächlich betroffenen Shape-Keys nötig.

# Eye Attribute Basis Shapes ([[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=137&selection=60,0,60,38&color=yellow|p.137]])
17 Features:
10 Unsigned
![[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=138&rect=109,96,549,489&color=yellow|p.138]]
7 Signed
![[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=139&rect=110,86,548,451&color=yellow|p.139]]
![[Wisetchat - Description-Based Visualisation of Ethnic Facial Types.pdf#page=140&rect=105,223,549,773&color=yellow|p.140]]

TODO: Im Idealfall werden wir auch ein paar Features von Nase und Stirn modellieren müssen?

Insbesondere das obere Augenlid ist schwierig zu modellieren, da es einerseits die dünnen Falten des Tarsus (https://flexikon.doccheck.com/de/Tarsus_(Auge), Lidgerüst) (durch ECF und STF) auf sehr dünner Haut liegen, während umliegende Furchen, Falten und Konvexitäten (SPS, STC, SPC, PNS, PTF) die Eigenschaften des zugrundeliegenden Fettgewebes darstellen müssen.