前言
新一年的第二天，我的手机微博突然要求重新登录（现在看来一股浓浓的套路的味道。。。）由于大学时的手机号早已弃用，我不得不更换微博注册手机号来验证。这时候突然跳出需要我的芝麻信用来担保，跳转支付宝APP后最终通过摄像头添加我的人脸数据来完成整个的验证过程（技术提供商是著名的旷视科技）。
继手机，邮箱，身份证和指纹后，我又向大佬们上缴了我的人脸ID，目的只是单纯的为了证明我是我自己（现在就只剩下虹膜ID和底裤的颜色他们不知道了吧）。
带着浓浓的不爽情绪，在这里我尝试利用3D打印破解下人脸识别中的“高富帅”——号称识别安全度超越普通人脸识别20倍以上的苹果face ID。
先来看看face ID的技术文档
在Apple Inc.的US 20170132456 Enhanced face detection using depth information 有提到他们使用的Face detection.
A method for face detection, comprising:
capturing a depth map, comprising an array of three-dimensional coordinates, and a two-dimensional image of a scene;
selecting one or more locations in the image to test for presence of human faces;
at each selected location, defining a respective face detection window having a size that is scaled according to an expected face size, in pixels of the image, at a depth of the selected location that is indicated by the depth map; and
processing a part of the image that is contained within each face detection window to determine whether the face detection window contains a human face.
再结合iPhone X的“刘海儿”结构图：
这货不就是微缩版的Kinect嘛！
iPhone X的Face ID采用了类似Kinect的结构光方案：数据采集由该机正面上方的景深感知摄像机（即“刘海儿”，TrueDepth Camera System）完成，其红外线发射器可以发射3万个侦测点，利用神经引擎（Neural Engine）将反射回来的数据与储存在A11芯片隔区内的数据进行对比，实现用户面部的3D读取与处理。（这里从侧面说明了A11芯片的强大处理性能，Kinect一般都需要至少2G的独立显卡加持才能正常运行）
说白了，Face ID的人脸识别会通过摄像头得到人脸的2D彩色图像，同时还会利用红外线发射器收集到人脸的3D模型数据，正是这一点的差距造就了Face ID的领先优势（通过图片和视频的破解方式都无法凑效）
策略
既然Face ID是采用结构光得到的3D数据来识别人脸，那我们就用同样采用结构光技术的Kinect三维扫描仪预先扫描出对象的3D人脸数据，再通过三维建模软件将人脸数据建模成面具三维模型，同时导出色彩贴图并2D打印，最后用3D打印技术将人脸面具模型打印出来，将色彩贴图贴上去，用制作出的3D人脸“骗过”Face ID。
过程如下：
三维扫描–>三维建模–>3D打印–>贴图
三维扫描
在这里先介绍下Kinect：
新技术的立项，很多时候是着眼于未来，但最初的出发点往往并没有我们想象中那么复杂。 2009 年微软选择推出 Kinect 的初衷其实很简单：通过 Kinect 体感操控设备提升 Xbox 的市场竞争力。
虽然现在Kinect已经停产，但是其t留下的技术财富是巨大的：
- 微软的 HoloLens AR 眼镜
- Windows Hello 面部识别系统
- leap motion 手势识别设备
- 50%的民用级手持式三维扫描仪的底层技术都来自于Kinect
- Face ID（在这里黑下苹果）
2013 年苹果公司以大约 3.6 亿美元的价格，收购了 PrimeSense 公司。而PrimeSense 正是此前为 Kinect 提供技术支持的主力公司。（又是苹果和微软的恩怨情仇。。。）
来看下我们这次要用到的三维扫描设备：
扫描对象：好友甲，开发大牛，粉丝无数。。。
连接笔记本（配置要求2G以上的独立显卡），对准头部旋转一周扫描，扫描过程大概10秒（如果只扫描脸部大约只需1-2秒）
输出为.asc（点云）格式，其中包含上百万组点数据，每个点数据包含其空间坐标信息与色彩信息。
三维建模
将得到的.asc点云数据导入Geomagic 建模软件，对点云数据进行封装、去除噪音、填充等修复处理（这里为三维扫描常规后处理，处理过程因情况而异，不难，就是耗时，我就不详述了，懒），处理后结果为：
在显示中取消顶点颜色显示，将选择模式调整为选择贯通，在侧视图中选中整张脸：
右击反转选区，按Delete删除非脸部部分，得到一张人脸面片：
在显示中打开顶点颜色显示，点击工具–>纹理贴图–>生成纹理贴图，点击应用。
纹理贴图–>管理纹理贴图将贴图保存出来，并打印，用作最后的模型贴图。
如果你打算采用3DP彩色3D打印技术，这一步就不需要了，直接打印彩色三维模型即可
下面我们只需要将人脸面片拉出一个厚度即可完成人脸面具。
在多边形工具栏中选择抽壳工具，抽壳壁厚设置3mm（这里注意抽壳的箭头方向，如果反了就是 -3mm），点击应用.
将模型另存为.stl格式文件准备3D打印。
3D打印
3D打印可以采用多种技术方式：3DP（石膏粉末打印）、SLA（光明树脂打印）、FDM（塑料材料打印）均可。
3DP技术最方便，直接打印彩色三维模型，但是成本较高，这个模型打印要上千元。
SLA白色（推荐），模型表面精度好，成本大概200-300元。
FDM同样建议白色材料打印，其成本最低，十几块钱即可搞定，但是模型表面粗糙，后面贴图较麻烦，而且打印需要添加支撑，去除较麻烦。
贴图
这里要先介绍下图片人脸识别的原理：
一般来说图片人脸识别的算法都是基于特征点识别来完成的，如下图：
那么贴图就不需要将整张脸贴出来了，只需要将包含特征点的部分贴出即可。
贴图步骤如下：
- 将导出来的贴图文件打印出来
- 将眼眶、鼻子和嘴唇部分剪下
- 用喷壶将纸片背后喷湿，待纸张软化
- 将软化后的贴纸，用胶水贴在打印出来的模型上（这里注意要保持特征点严格的对齐）
最终效果大致如下：
最重要的验证
ok，至此所有的准备工作的都已完成，就差一个iPhone X来进行最后的验证了！！！
口干舌燥地说了这么大半天，有兴趣的老爷可以扫描文章最后的支付宝链接，赞助小弟一台iPhone X呗！！！
其实，一家叫做Bkav的安全公司已经通过类似的方式攻破了苹果的Face ID，并且发布了验证视频：
视频链接：http://www.bilibili.com/video/av16375904/
讲到这，你还觉得人脸识别安全吗？
