光学扫描采集三维头部模型的精度及其对头相关传输函数的影响

作     者：王婷婷 王业维 余光正 林智源 何璞 李哲林 

作者机构：华南理工大学设计学院 华南理工大学物理与光电学院 

出 版 物：《声学技术》 (Technical Acoustics)

年 卷 期：2025年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 

基　　金：国家自然科学基金项目12074129 国家重点研发计划2022 YFF0607000 中央高校基本科研业务费2022ZYGXZR104 

主　　题：光学扫描成像 三维头部模型 头相关传输函数 

摘      要：个性化三维（Three-dimensional,3D）头部模型在头相关传输函数（Head-Related Transfer Function,HRTF）和虚拟听觉重放（Virtual Auditory Display,VAD）中有着重要应用。光学扫描是获取3D头部模型的常用方法，但不同光学扫描方式的误差及其对HRTF的影响尚不明确。本文以自主设计的3D头部模型为参照模型MO（基准），并将3D打印制作的模型作为扫描对象。选取三款代表性光学扫描设备（手持式红色激光扫描仪HandySCAN 300、手持式白光发光二极管扫描仪Reeyee Pro 2X、红外激光iPhone12手机）扫描得到对应的模型MH,MR和MI。为评价新采集模型曲面精度，对比了模型间图形偏差的色阶图和偏差距离均方根值（Root Mean Square,RMS），进一步分析模型精度对HRTF数据的影响，对比了模型间的HRTF谱误差。结果表明，图形偏差主要集中在耳廓局部细节，HRTF谱误差主要出现在高频。相较而言，模型MH与MO最为接近，曲面误差基本在±0.40 mm以内，超过3.0 dB的HRTF谱误差仅出现在8kHz以上的频段，而这种误差只在少数空间方向中观察到。模型MR和MI相比于MO的曲面误差分别达到约-0.90mm–1.90 mm和-1.20mm–3.20 mm,8kHz以上HRTF谱误差在大多数方向均超过3.0 dB。相关研究为3D头部扫描方式选用提供了参考依据。