Reconstrução facial forense de uma pessoa viva com software livre (teste cego)

For who speaks English, please see this link: http://arc-team-open-research.blogspot.com.br/2013/07/forensic-facial-reconstruction-of.html

Estudar solitariamente costuma ser uma boa saída quando não encontramos apoio ou não temos compreensão de algo novo, inquietante a nossa frente, mas ainda não atrativo para a grande público. Todavia, quando se trata de evoluir e adequar o conhecimento científico para o benefício do ser humano como um todo, nada melhor do que estar rodeado de pessoas com igual objetivo, motivadas a se dedicar em prol de um mundo melhor e mais acessível a quem se interessar por aquela área de conhecimento.

No começo de 2012 iniciei efetivamente meus estudos no campo da reconstrução facial forense. Agora, um ano e meio depois, já lá se vão quarenta reconstruções, a maioria de humanos modernos, alguns hominídeos e até um tigre dentes-de-sabre.

Durante esse tempo, nas palestras que ministrei, nos e-mails que recebi ou mesmo nos cursos oferecidos, as pessoas me questionavam acerca da precisão do método… se eu já havia testado ele em crânios de pessoas conhecidas (vivas ou não).

Eu já havia feito algo nesse sentido, mas por motivos de sigilo técnico ou respeito à privacidade de voluntários,  não havia publicado até então. Em face disso, me limitava a mostrar os trabalhos de grandes artistas como o russo Gerasimov, a inglesa Caroline WIlkinsons e a americana Karen T. Taylor.

Felizmente, há alguns dias atrás, um parceiro de pesquisa, o Dr. Paulo Miamoto me enviou um crânio digitalizado a meu pedido, para que eu testasse uma técnica recém desenvolvida para “vestir” a pele nos músculos virtuais. Esse crânio, enviado sem muitas observações, porém com autorização de reconstrução por parte de seu “dono”, seria a primeira oportunidade que eu teria para mostrar um caso de reconstrução facial de uma pessoa viva, expondo o grau de precisão que os trabalhos alcançam.

Desenvolvimento do Trabalho

 Há alguns dias, comecei a testar uma série de modificadores do Blender,  buscando uma opção que me permitisse “vestir” a pele em uma reconstrução. O objetivo era tornar o processo mais rápido, e portanto, mais acessível a quem desejar replicá-lo, seja essa pessoa dotada de dons artísticos ou não.

Consegui achar uma solução com um modificador chamado Shrinkwrap (e uma série de adaptações) como pode ser visto no vídeo acima. O crânio do vídeo é oriundo de outra reconstrução em andamento. Pode parecer algo quase imperceptível a um leigo em reconstrução, mas é uma “benção” para aqueles que estão colocando a mão na massa há pouco tempo.

Voltando ao crânio previamente pelo Dr. Paulo Miamoto, isto me ofereceu a possibilidade de reconstruir uma pessoa viva e conhecida dele. Ele me pediu uma ajuda com a configuração do crânio em questão, pois ele teria que “montar” a estrutura, pois a tomografia era do tipo Cone Beam.

Grosso modo, uma tomografia Cone Beam captura geralmente apenas uma parte de um crânio devido ao tomógrafo ter um campo de visão menor. É muita usada no meio odontológico e geralmente o equipamento é mais barato que um tomógrafo médico.

Um fato interessante nessa história, é que todo o processo fora feito com software livre. Inicialmente, o Dr. Miamoto abriu as tomografias no InVesalius e filtrou apenas a parte que representava os ossos. Para fazer esse processo ele utilizou um tutorial que eu havia escrito, explanando o funcionamento básico do InVesalius: http://www.hardware.com.br/tutoriais/reconstrucao-3d-tomografias/pagina3.html

Em seguida, ele importou as três partes no Meshlab e alinhou-as no espaço 3D de modo que a parte face do crânio ficasse estruturada. Todos os passos desse processo foram feitos graças aos tutoriais disponível no canal do Mister P no Youtube: https://www.youtube.com/user/MrPMeshLabTutorials

Depois do crânio montado, ele o exportou como um arquivo .ply e enviou-o com os seguintes dados do indivíduo para orientação da reconstrução:

– Gênero: masculino;

– Ancestralidade: miscigenação entre xantodermas (descendentes de japoneses) e leucodermas (brancos);

– Idade: entre 20-30 anos.

 

Ao receber o crânio, tive de simplificar a malha, pois a tomografia reconstruída havia gerado algumas áreas com bastante ruído, inerentes à técnica de captura de imagem em tomógrafos Cone Beam. Em seguida, reconstruí a área do crânio que faltava com um outro crânio presente em meu banco de dados, como preconizado por autores da área. Dessa forma, o trabalho seria feito mais tranquilamente, com mais referências espaciais.

Com o crânio devidamente limpo e posicionado no plano de Frankfurt, foram colocados os medidores de profundidade, traçadas as projeções do nariz e o perfil da face. Como indivíduos asiáticos e nativos americanos (ameríndios) compartilham traços físicos antropológicos que tornam seus crânios indistinguíveis entre si, uma tabela para índios nativos do sudoeste da América do Sul (Rhine, 1983) foi utilizada como referência.

Para dinamizar o processo, o conjunto englobando os músculos, cartilagens e glândulas fora importado de outro arquivo. Evidentemente que algumas alterações na forma precisariam ser feitas para que se adequassem ao crânio em estudo.

Aos poucos, um a um, os músculos são deformados e se adaptam ao crânio.

Ao final todos os elementos são posicionados e ao contrário do que muitas pessoas pensam, mesmo com todos os músculos na face é difícil se ter uma ideia de como ficará o trabalho finalizado.

Para a configuração da pele, o trabalho segue a mesma linha usada nos músculos. Uma espécie de template geral é importado de outro arquivo.

E adaptado até que se adeqúe ao shape (forma) delineada pelo perfil, pelos músculos e pelos marcadores de profundidade.

Podemos acompanhar a transformação progressiva de forma que a malha sofreu.

Ao colocar a pele e “vesti-la” aos músculos, eu desconfiei se tratar do crânio do próprio Dr. Miamoto. A forma do queixo e a vista levemente pela lateral denunciaram algumas características que são evidentes em fotografias (não conheço o Dr. Miamoto pessoalmente). Ao interroga-lo finalmente, pois nesse campo não podemos ter incerteza… ele me disse sim, se tratar de seu crânio.

Nem preciso dizer que eu fiquei extremamente satisfeito com o resultado.

Agora seria o momento de testar a qualidade da reconstrução em relação ao “dono” do crânio.

Um teste fora feito com uma fotografia, onde a malha foi posta sobre ela, no mesmo ponto de vista. Veja que os lábios quase se alinharam com o modelo 3D.

O Dr. Paulo então fez no mesmo processo para filtrar a pele da tomografia e me enviou outro arquivo .ply. Em seguida, a mesma foi alinhada com a reconstrução, revelando uma compatibilidade bastante grande.

Por último um escaneamento a óptico da face (feito separadamente da tomografia) foi alinhado ao rosto em 3D. Perceba que novamente a linha dos lábios ficou bastante compatível, bem como a largura do nariz.

Os dados da Malha 3D vs. Escaneamento a Óptico foram enviados ao CloudCompare e um gráfico 3D de compatibilidade foi gerado. Parte significativa da Malha 3D ficou apenas alguns poucos milímetros de distância da malha escaneada. A parte em azul que compreende a lateral dos lábios tradicionalmente difere em relação ao escaneamento do indivíduo vivo, pois o levantamento da profundidade usado como referência para os marcadores fora feito em cadáveres que já haviam sofrido uma leve alteração em sua forma (desidratação e ação da gravidade no registro).

Esse foi um exemplo de como uma reconstrução facial feita com software livre pode apresentar um alto grau de compatibilidade com o indivíduo vivo, desde que se cumpra todo o protocolo já estudado e testado pelas técnicas usuais. O uso de novas tecnologias e de ferramentas específicas do Blender 3D contribuem para um grau de compatibilidade maior das linhas de expressão da face, tornando o processo mais rápido e fácil para aquelas pessoas que desejam fazer uma reconstrução mas muitas vezes não tem uma formação voltada a arte.

Os achados deste estudo estão sendo estruturados em forma de artigo científico. Espero poder publicar num periódico peer-review da área forense, para que os aspectos técnicos da utilização exclusiva de software aberto para reconstrução facial forense possam ser adequadamente expostos e divulgados entre os interessados pela área.

Agradecimentos

Ao Dr. Paulo Miamoto pela parceria constante em diversas frentes de pesquisa envolvendo e computação gráfica de código aberto aplicada a ciência forense.

Equipe de Clínica Biotomo de Jundiaí-SP: Dr. Roberto Matai e Dr. Caio Bardi Matai, pela tomografia do crânio reconstruído.

Equipe do Laboratoř Morfologie a Forenzní Antropologie, da Faculdade de Ciências da Universidade Masaryk em Brno, República Tcheca: Profa. Dra. Petra Urbanová, Me. Mikoláš Jurda, Ma. Zuzana Kotulanová e Bel. Tomáš Kopecký, pelo acesso à coleção de material osteológico do departamento de Antropologia, auxílio em pesquisas de técnica fotográfica para fotogrametria e escaneamento óptico da face.

Equipe do Laboratório de Antropologia e Odontologia Forense da Faculdade de Odontologia da Universidade de São Paulo (OFLAB-FOUSP): Prof. Dr. Rodolfo Francisco Haltenhoff Melani e Me. Thiago Leite Beaini pelo apoio aos trabalhos desenvolvidos no Brasil.

À Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES): pela concessão de bolsa de estudos pelo Programa de Estágio de Doutorado Sanduíche no Exterior (PDSE).