Morphometric analysis of 3D soft-tissue for sexual dimorphism in human face / Análisis morfométrico de tejidos blandos 3D de dimorfismo sexual en rostro humano

ABSTRACT

Sexual dimorphism in Homo-sapiens is a phenomenon of a direct product of evolution by natural selection where evolutionary forces acted separately on the sexes which brought about the differences in appearance between male and female such as in shape and size. Advances in morphometrics have skyrocketed the rate of research on sex differences in human and other species. However, the current challenges facing 3D in the acquisition of facial data such as lack of homology, insufficient landmarks to characterize the facial shape and complex computational process for facial point digitization require further study in the domain of sex dimorphism. This study investigates sexual dimorphism in the human face with the application of Automatic Homologous Multi-points Warping (AHMW) for 3D facial landmark by building a template mesh as a reference object which is thereby applied to each of the target mesh on Stirling/ESRC dataset containing 101 subjects (male = 47, female = 54). The semi-landmarks are subjected to sliding along tangents to the curves and surfaces until the bending energy between a template and a target form is minimal. Principal Component Analysis (PCA) is used for feature selection and the features are classified using Linear Discriminant Analysis (LDA) with an accuracy of 99.01 % which demonstrates that the method is robust.

RESUMEN

El dimorfismo sexual en el Homo-sapiens es un fenómeno directo de la evolución por selección natural, donde las fuerzas evolutivas actuaron por separado en los sexos, lo que provocó las diferencias en la apariencia entre hombres y mujeres, tal como la forma y tamaño. Los avances en el área de la morfometría, han generado un aumento significativo de las investigaciones en las diferencias de sexo en humanos y otras especies. Sin embargo, los desafíos actuales que enfrenta el 3D en el análisis de datos faciales, como la falta de homología, puntos de referencia insuficientes para caracterizar la forma facial y la complejidad del proceso computacional para la digitalización de puntos faciales, requiere un estudio adicional en el área del dimorfismo sexual. Este estudio investiga el dimorfismo sexual en el rostro humano con la aplicación de la deformación automática de múltiples puntos homólogos para el hito facial 3D, mediante la elaboración de una malla de plantilla como objeto de referencia, y se aplica en cada una de las mallas objetivas en el conjunto de datos Stirling / ESRC que contiene 101 sujetos (hombre = 47, mujer = 54). Los semi-puntos de referencia se deslizan a lo largo de las tangentes a las curvas y superficies hasta que la energía de flexión entre una plantilla y una forma objetivo es mínima. El análisis de componentes principales (PCA) se utiliza para la selección de características y las características se clasifican mediante el análisis discriminante lineal (ADL) con una precisión del 99,01 %, lo que demuestra la validez del método.