GPU-based Ray Casting for Similarity Measurement of 3D Faces

Bc. Pavol Kyčina

Bachelor's thesis

Abstract:

Rozpoznávanie 3D ľudských tvárí je veľmi atraktívna téma v oblasti bezpečnosti a súdnych vied. Pre výpočet podobnosti dvoch ľudských tvárí existuje mnoho prístupov a meranie euklidovskej vzdialenosti po predchádzajúcom zarovnaní tvárí je jeden z nich. Vrhanie normál vrcholov (špeciálny prípad vrhania ľúčov) je jedna z metód pre výpočet tejto vzdialenosti. Meranie založené na počítaní na procesore je však pomalé. Cieľom tejto práce je implementovať meranie vzdialenosti medzi dvomi tvárami vrhaním ľúčov, ktoré sa počíta na grafickej karte. Prvá čast tejto práce porovnáva priestorové akceleračné štruktúry a bežne používané programovacie modely pre GPU, z ktorých je vybraný OpenGL compute shaders. Druhá časť popisuje nové implementácie pre paralelnú stavbu rovnomernej mriežky, paralelné vrhanie ľúčov a nové rozhranie pre GL shader language a správu bufferov. Tieto nové implementácie sú už pridané a dostupné v projekte FIDENTIS Analyst. Nové meranie vzdialenosti počítané na GPU je skoro 50-krát rýchlejšie ako pôvodné meranie, ak použijeme grafickú kartu GTX 1060 (Mobile).

Abstract:

3D human face recognition is a very attractive topic in security or forensic sciences. There are many approaches for calculating the similarity of two human faces and measuring the Euclidian distance after face alignment is one of them. Vertex normal shooting (a special case of ray casting) is one of the methods for measuring this distance. However, CPU-based distance measurement is slow. The goal of this thesis is to implement ray casting distance measurement of two faces, which runs on GPU. The first part of this thesis compares spatial acceleration structures and commonly used GPU programming models, from which OpenGL compute shaders are chosen. The second part describes new implementations for parallel uniform grid construction, parallel ray casting algorithm and API for GL shader language program and buffer management. These new implementations are already integrated and available in FIDENTIS Analyst. The new GPU-based ray casting distance measurement is nearly 50 times faster than the original CPU-based using GTX 1060 (Mobile) GPU.

Keywords

FIDENTIS, ray casting, uniform grid, GPU, OpenGL, 3D face similarity, acceleration structure

Language used: English

Date on which the thesis was submitted / produced: 23. 5. 2024

Thesis defence

• Date of defence: 26. 6. 2024
• Supervisor: doc. RNDr. Radek Ošlejšek, Ph.D.
• Reader: prof. Ing. Jiří Sochor, CSc.

Masaryk University

Faculty of Informatics

Bachelor programme / field:
Informatics / Informatics