We address the problem of inferring the anatomic skeleton of a person, in an arbitrary pose, from the 3D surface of the body; i.e. we predict the inside (bones) from the outside (skin). This has many applications in medicine and biomechanics. Existing state-of-the-art biomechanical skeletons are detailed but do not easily generalize to new subjects. Additionally, computer vision and graphics methods that predict skeletons are typically heuristic, not learned from data, do not leverage the full 3D body surface, and are not validated against ground truth. To our knowledge, our system, called OSSO (Obtaining Skeletal Shape from Outside), is the first to learn the mapping from the 3D body surface to the internal skeleton from real data. We do so using 1000 male and 1000 female dual-energy X-ray absorptiometry (DXA) scans. To these, we fit a parametric 3D body shape model (STAR) to capture the body surface and a novel part-based 3D skeleton model to capture the bones. This provides inside/outside training pairs. We model the statistical variation of full skeletons using PCA in a pose-normalized space. We then train a regressor from body shape parameters to skeleton shape parameters and refine the skeleton to satisfy constraints on physical plausibility. Given an arbitrary 3D body shape and pose, OSSO predicts a realistic skeleton inside. In contrast to previous work, we evaluate the accuracy of the skeleton shape quantitatively on held-out DXA scans, outperforming the state-of-the-art. We also show 3D skeleton prediction from varied and challenging 3D bodies. The code to infer a skeleton from a body shape is available for research at https://osso.is.tue.mpg.de/, and the dataset of paired outer surface (skin) and skeleton (bone) meshes is available as a Biobank Returned Dataset. This research has been conducted using the UK Biobank Resource.


翻译:我们处理从身体的3D表面任意地推断一个人的解剖骨架的问题;即我们从外部(皮肤)预测内部(骨骼)的形状(骨骼),这在医学和生物机能方面有许多应用。现有的最先进的生物机能骨架很详细,但不容易对新的主题进行概括。此外,预测骨架的计算机视觉和图形方法通常是超常的,没有从数据中学习,没有利用完全的 3D 体表面,也没有对地面的对比进行验证。据我们了解,我们的系统,叫做 Osho(骨骼)的形状(骨骼)从外部(骨骼)的形状(骨骼)到外部(骨骼)的形状(骨骼)是第一个从3D的形状(骨骼)的形状(骨骼)来学习。我们用1 000 男性和1 000 女性的双能量X光吸收仪(DXA) 进行扫描。对于这些,我们用一个对3D体的直径(直径)的模型(Star)来测量身体表面和一个新的3D骨骼模型来测量。我们用直径(骨骼)的模型来进行一个内部/直径研究。我们用一个内部的底(骨质(骨质)的底(骨骼)的体) 也用一个内部的底(骨质)的模型来显示的模型来显示的模型来显示)的变。

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