Kỹ thuật hiển thị mô hình 3d và ứng dụng vào hiển thị một số hệ xương người lào

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG KỸ THUẬT HIỂN THỊ MÔ HÌNH 3D VÀ ỨNG DỤNG VÀO HIỂN THỊ MỘT SỐ HỆ XƯƠNG NGƯỜI LÀO LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH SINH VIÊN THỰC HIỆN: PHOUMPASEUD SIVONGSAY GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN: PGS.TS NGUYỄN VĂN HUÂN THÁI NGUYÊN 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Để hoàn thành chương trình cao học viết luận văn, tơi nhận hướng dẫn, giúp đỡ góp ý nhiệt tình q thầy trường Đại học Cơng nghệ Thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên Trong trình học tập rèn luyện trường Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông – Đai học Thái Nguyên, đến em kết thúc khóa học năm hồn thành luận văn tốt nghiệp Để có kết em xin chân thành cảm ơn: Ban Giám hiệutrường Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông thầy, cô giáo trường giảng dạy, quan tâm điều kiện thuận lợi để chúng em học tập rèn luyện suốt thời gian theo học trường PGS TS Nguyễn Văn Huân tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em suốt trình thực luận văn tốt nghiệp Thầy cho em hướng mới, cách tiếp cận với cơng nghệ 3D cịn mẻ CDN Lào, phát triển tương lai gần ứng dụng vô quan trọng lợi ích thiết thực mà đem lại cho Thái Nguyên, ngày tháng năm HỌC VIÊN THỰC HIỆN Phoumpaseud SIVONGSAY Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU 10 CHƯƠNG 1: 13 KHÁI QT VỀ MƠ HÌNH HÓA 3D XƯƠNG TRONG THỰC TẠI ẢO 13 1.1 Khái quát đồ họa máy tính thực ảo 13 1.1.1 Khái quát đồ họa máy tính 13 1.1.2 Khái quát thực ảo 16 1.1.3 Một số ứng dụng thực ảo 20 1.2 Khái quát giải phẫu, xây dựng giảng điện tử giải phẫu 21 1.2.1 Giải phẫu học giảng dạy giải phẫu 21 1.2.2 Ứng dụng thực ảo vào giải phẫu y học 23 1.3 Mơ hình hóa 3D xương thực ảo 27 1.3.1 Xương 27 1.3.2 Cấu trúc đặc trưng xương 27 1.3.3 Phân loại xương 28 1.3.4 Mơ hình hóa xương thực ảo 29 1.3.4.1 Các phần mềm thường sử dụng cho tạo mơ hình 3D 29 1.3.4.2 Dựng mơ hình từ ảnh thông thường 30 1.3.4.3 Dựng mô hình từ liệu máy quét 3D 30 1.3.5 Cơng cụ xây dựng mơ hình hóa 3D 32 Chương 2: 33 KỸ THUẬT HIỂN THỊ MƠ HÌNH 3D HỆ XƯƠNG NGƯỜI TRONG Y TẾ 33 2.1 Kỹ thuật Render Volume 33 2.1.1 Quy trình (Rendering Process) 34 2.1.2 Các phương pháp tạo bố cục ảnh (image composition) 35 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 2.2 Kỹ thuật biểu diễn bề mặt 38 2.3 Kỹ thuật Render Volume tương tác 44 2.3.1 Thăm dò tương tác miền kép 44 2.3.2 Dữ liệu thăm dò vật dụng 45 2.3.3 Phân loại vật dụng 45 2.3.4 Bảng chọn màu sắc 46 2.4 Kỹ thuật Race Tracking 46 2.4.1 Tính tốn đường ánh sáng 46 2.4.1.1 Tia sáng Tam giác 46 2.4.1.2 Tia sáng Tứ giác 47 2.4.1.3 Tia sáng mặt bậc hai 48 2.4.1.4 Tia sáng Mặt ẩn 49 2.4.1.5 Tia sáng Mặt NURBS 49 2.4.1.6 Tia sáng Mặt 50 2.4.1.7 Tia sáng Khối hộp 50 2.4.2 Xử lý đổ bóng với Ray tracing 51 2.4.3 Một số vấn đề khác Ray tracing 51 2.4.4 Ray tracing Monte Carlo 53 2.5 Kỹ thuật thị mono, stereo kết nối tivi 3D 58 2.5.1 Thiết bị phần cứng phục vụ cho hiển thị stereo 58 2.5.2 Nguyên lý hiển thị Stereo 59 2.5.3 Hiển thị hình ảnh thơng qua phép chiếu 61 2.5.3.1 Phép chiếu phối cảnh 61 2.5.3.2 Hiển Stereo góc nhìn phép chiếu 62 Chương 3: 64 CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 64 3.1 Phân tích u cầu tốn 64 3.2 Phân tích thiết kế, phát triển mơ-đun đọc hiển thị mơ hình xương 3D 65 3.2.1 Phân tích thiết kế mơ-đun đọc mơ hình 3D xương 65 3.2.2 Phân tích thiết kế phát triển mơ-đun hiển thị hình ảnh 3D xương 69 3.2.2.1 Yêu cầu mô-đun 69 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3.2.2.2.Mơ hình hệ thống 69 3.2.2.3 Phân tích thiết kế hệ thống 70 3.3 Phân tích thiết kế mơ - đun thao tác hình ảnh 3D 75 3.3.1 Đối tượng sử dụng 75 3.3.2 Giải pháp 76 3.3.3 Phân tích người sử dụng phân tích nhiệm vụ 76 3.3.4 Phác họa thiết kế 78 3.4 Phân tích, lựa chọn công cụ 81 3.4.1 Mô tả yêu cầu 81 3.4.2 Phân tích 82 3.4.3.Thiết kế 83 3.5 Cài đặt phát triển ứng dụng hệ thống hỗ trợ giải phẫu 3D xương 83 3.5.1 Mục đích yêu cầu 83 3.5.2 Cài đặt hệ thống 84 3.5.3 Các chức hệ thống 84 3.5.4 Mơ hình hóa xương người 85 3.5.5 Hiển thị mơ hình xương người 3D 87 3.5.6 Phân tích đánh giá kết 88 KẾT LUẬN 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 TỪ VIẾT TẮT ACM CAMTech CAD/CAM CNTT 3D GKS PHIGS VR SW HW HMD CAMTech MC CNTT DC ELP GFLP HMI INI Net NLP NPVR NURBS MC MIP MinIP MRI MS MT RT SR VR DIỄN GIẢI Applied Computational Geometry Centre for Advanced Media Technology (Computer-aided Design / Computer-aided Manufacturing) Công nghệ thông tin 3-Dimension (3 chiều) (Graphics Kernel System (Programmer’s Hierarchical Graphics System Virtual Reality Soft ware (phần mềm) Hard Ware (phần cứng) Head-Mounted Display (Centre for Advanced Media Technology) Marching Cube Công nghệ thông tin Dividing Cubes Edge Label Placement Graphical Feature Label Placement Human-Machine Interaction the International Network of Institutions Node Label Placement Non-Photorealistic Volume Rendering Non Uniform Rational B-Spline MarchingCubes Maximum Intensity Projection Minimum Intensity Projection Magnetic Resonance Imaging Marching Square Marching Tetrahedrons Ray Tracing Surface Rendering Virtual Reality Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Hệ thống đồ họa 14 Hình 1.2 Một hệ thống VR Viện Fraunhofer (CHLB Đức) 17 Hình 1.3 Ba đặc tính VR 18 Hình 1.4 Các thành phần VR 18 Hình 1.5 Phẫu thuật ảo – Phương pháp đào tạo phẫu thuật dùng công nghệ Thực ảo 24 Hình 1.6 Mơ hình xương 18 Hình 1.7 Dựng mơ hình 3D máy qt 18 Hình 1.8 Kết dựng mơ hình từ liệu máy qt 3D 30 Hình 2.1 Hình ảnh 3D biểu diễn theo kỹ thuật VR 34 Hình 2.2 Minh họa kỹ thuật object –order 34 Hình 2.3 Minh họa kỹ thuật image –order 35 Hình 2.4 Mơ hình Blinn / Kajiya 35 Hình 2.5 Minh họa kỹ thuật đơn giản hóa tính tốn cường độ ánh sang 36 Hình 2.6 Sơ đồ tổng quan rendering MIP 37 Hình ảnh 2.7 Hình ảnh 3D biểu diễn theo phươg pháp SR 38 Hình ảnh 2.8 Minh họa thuật toán Marching square 39 Hình ảnh 2.9 trường hợp Marching Square 39 Hình ảnh 2.10 Minh họa tạo bề mặt từ đường viền 40 Hình ảnh 2.11 Xây dựng bề mặt theo giá trị đỉnh 41 Hình ảnh 2.12 Các trườg hợp mặt qua khối lập phương thuật toán Marching Cubes 41 Hình ảnh 2.13 Một trường hợp lỗi Marching Cubes 42 Hình 2.14 Chia khối lập phương thành khối tứ diện 42 Hình 2.15 Hai trường hợp mặt phẳng qua khối tứ diện thuật toán Marching 42 Hình 2.16 Minh họa thuật toán Dividing Cubes để vẽ đương mặt phẳng 43 Hình 2.17 Minh họa thuật tốn Dividing Cubes không gian ba chiều 43 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 2.18 Thăm dị tương tác miền kép 44 Hình 2.19 Tứ giác abcd cặp tọa độ song tuyến (u, v) 47 Hình 2.20 Tứ giác abcd tính xấp xỉ hai tam giác 48 Hình 2.21 (a) Khối hộp thơng thường; (b) Khối hộp trục liên kết 50 Hình 2.22.(a) Các tia đổ bóng; (b) Hai ấm trà xử lý đổ bóng RT 51 Hình 2.23 Biểu diễn hình học hướng phản xạ tia sáng 52 Hình 2.24.(a) Hai ấm trà cờ-rôm hiệu ứng phản xạ; (b) Cận cảnh hiệu ứng phản xạ hai ấm trà 52 Hình 2.25 Biểu diễn hình học hướng khúc xạ tia sáng 53 Hình 2.26 Hai ấm trà thủy tinh với hiệu ứng phản xạ khúc xạ 53 Hình 2.27 Cây phản xạ khúc xạ tia sáng với Ray tracing phân tán 54 Hình 2.28.(a) Các tia đổ bóng; (b) Hai ấm trà đổ bóng mềm với nguồn sáng hẹp 55 Hình 2.29.(a) Các tia đổ bóng; (b) Hai ấm trà đổ bóng với nguồn sáng rộng 55 Hình 2.30.(a) Hai ấm trà với hiệu ứng phản xạ bề mặt bóng; (b) Cận cảnh hiệu ứng phản xạ bề mặt bóng 56 Hình 2.31 Hai ấm trà ca-rô với hiệu ứng phản xạ khuếch tán 56 Hình 2.32 (a) Đường tia sáng gây độ mờ hữu hạn; (b) Hai ấm trà với hiệu ứng độ sâu trường ảnh 57 Hình2.33 Hai ấm trà với hiệu ứng làm mờ chuyển động 57 Hình 2.34 Kính AnaglyphGlass hai hình ảnh đỏ, xanh ghế 59 Hình 2.35 Ngun lý hoạt động kính ShutterGlass 59 Hình2.36 Quá trình thu nhận ảnh người 60 Hình 2.37 Quan sát đối tượng mắt (mắt phải) 60 Hình 2.38 Dùng hai camera để tạo hai hình ảnh đối tượng 61 Hình 2.39 Phép chiếu phối cảnh tâm chiếu 61 Hình 2.40 Phép chiếu hai tâm chiếu 62 Hình 2.41 Hiển thị stereo với người hai mắt 63 Hình 2.42 Hiển thị stereo trường hợp phép chiếu kết hợp với phép xoay 64 Hình 3.1 Biểu đồ Use Case Mơ-đun đọc mơ hình xương 3D 66 Hình 3.2 Biểu đồ Use Case Mơ-đun thị hình ảnh mơ hình xương 3D 71 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 3.3 Thư mục chứa file phần mềm 84 Hình 3.4 Mơ hình xương vùng đầu mặt 85 Hình 3.5: Mơ hình xương sườn xương ức 86 Hình 3.6 Mơ hình xương cột sống 86 Hình 3.7 Mơ hình hệ xương trục thể người 87 Hình 3.8 Đọc thị mơ hình 3D hệ xương 87 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Hiện nay, toán hệ xương người tốn ln chiếm nghiên cứu nhiều nhà khoa học y học nói chung giải phẫu học nói riêng giới quan tâm nghiên cứu Vì hệ xương đóng vai trị quan trọng thể người Tuy nhiên, bệnh tật liên quan tới xương khớp xảy lớn, vấn đề xảy khác sống ngày tai nạn giao thơng, tai nạn lao động, nghề nghiệp hầu hết viện xảy liên quan nhiều tới xương khớp Vì vậy, để hỗ trợ tốt cho vấn đề ngành y học có lĩnh vực hẹp nghiên cứu sâu liên quan giải phẫu học, xương,… Mặc dù, quốc gia giới tích cực quan tâm tới lĩnh vực này, có nhiều bác sĩ đào tạo để có phương pháp, kỹ chuẩn đoán bệnh xương tốt, phương pháp Nhưng nay, số lượng bác sĩ đào tạo quốc gia chưa đáp ứng yêu cầu thực tế, đặc biệt chất lượng trình độ khám chữa bệnh nhiều bác sĩ chưa đáp ứng quốc gia chậm phát triển, chẳng hạn Lào,… Bời vì, quốc gia họ cịn thiếu trang biết bị, hệ thống thực hành thí nghiệm hỗ trợ đào tạo tập huấn cho bác sĩ Các trường đại học, cao đẳng chưa đủ lực tài để đầu tư trang thiết bị, phần mềm thực hành thí nghiệm Điều khẳng định việc thiếu thốn Trường Đại học Y tế Sức Khỏe thủ đô Viêng Chăn, Lào thiếu thốn chưa có xác người, phận hay hệ xương người thật để thực hành, thí nghiệm cho học tập, giảng dạy nghiên cứu, chưa có giảng điện tử ảo để hỗ trợ giảng dạy liên quan tới giải phẫu hay phẫu thuật Vì vậy, nói vấn đề thực tế đặt cần tìm giải pháp hữu hiệu để khắc phục khó khăn Trong năm gần đây, nhờ có phát triển cơng nghệ đồ họa máy tính làm thay đổi hồn tồn việc tương tác người máy Đã có loạt ứng dụng đồ họa máy tính đời, đáp ứng nhiều nhu cầu xã hội lĩnh vực y tế Xuất phát từ tình hình thực tế vậy, ngành Y Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn  Phần mềm cho phép chạy môi trường hệ điều hành, có giao diện đẹp hình thức, trực quan, dễ sử dụng 3.3.3.2 Phân tích người sử dụng Hệ thống cung cấp cho nhóm người sử dụng là: Giảng viêngiảng dạy mơn giải phẫu học trường y tế Y học, Sinh viên chun ngành Y Ngồi Bác sĩ ngoại phẫu thuật, người dân bình thường muốn tìm hiểu cấu trúc thể người Giảng viên: Giảng viên sử dụng hệ thống áp dụng việc giảng dạy: Yêu cầu Giảng viên: - Có trình độ chun mơn giải phẫu (u cầu trình độ đại học trở lên) để hiểu chức chuyên môn thực tế chức chuyên môn cung cấp chương trình, phản hồi cho nhóm phát triển, đảm bảo chức chun mơn chương trình thực xác - u cầu trình độ tin học Giảng viên: cần phải thực chức chun mơn, Giảng viên cần phải có khả sử dụng máy vi tính mức Tin học Văn phịng - Theo u cầu cơng việc, danh pháp quan phận thể cần có phiên âm tiếng Anh, nên yêu cầu khả ngoại ngữ Giảng viên Sinh Viên: - Đây chương trình nhằm cung cấp cho học viên kiên thức giải phẫu học, hình ảnh trực quan thể người Do đó, với Sinh viên cần yêu cầu họ kiến thức tin học bản, để sử dụng thao tác với chương trình Người dùng khác: - Cũng tương tự Sinh viên, nhóm người dùng khác cần yêu cầu họ kiến thức tin học bản, để sử dụng thao tác với chương trình Mơi trường cài đặt phần mềm: - Môi trường cài đặt phần mềm: hệ thống phần mềm cài đặt hệ điều hành 3.3.3.3 Phân tích nhiệm vụ Nhiệm vụ phần mềm cung cấp cho người sử dụng công cụ, giúp họ học tập nghiên cứu cấu trúc mốc giải phẫu thể người thơng qua máy tính Phần mềm đảm bảo số nhiệm vụ sau: Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn - Phần mềm Trình diễn Cơ thể ảo có chức phù hợp với chức nghiệp vụ thực tế - Phần mềm có giao diện tiếng Việt, phù hợp với nhóm người dùng phân tích phần sau - Phần mềm có giới hạn chức nhóm sử dụng - Phần mềm chạy mơi trường hệ điều hành Windows, có giao diện đẹp hình thức, trực quan, dễ sử dụng Sau phân tích, nhận biết đặc điểm người sử dụng Nhóm đưa mơ hình phân rã chức HTA hệ thống sau: o Mục tiêu: Chọn để xem chỉnh sửa thông tin o Phân tích nhiệm vụ (mơ tả phân rã chức văn theo mơ hình HTA) - Chọn hệ quan: Hệ xương, hệ hơ hấp, hệ tuần hồn, hệ tiêu hóa - Ấn nút “Bắt đầu” để xem chỉnh sửa: Kế hoạch 0: Có thể thực hành động Cơ thể ảo Kế hoạch 1: Thực 1.1 Sau thực hành động 1.1 1.2 1.1 Ấn nút bắt đầu Lựa chọn hệ quan để xem 1.2 Xem thông tin Kết thúc 1.3 Chỉnh sửa 3.3.4 Phác họa thiết kế 3.3.4.1 Giới thiệu Với mục đích cung cấp cho người sử dụng giao diện thân thiện dễ sử dụng Do thiết kế giao diện phải đảm bảo số tính chất sau: Giao diện phải hướng người dùng Màu sắc phải hợp lý Đơn giản, dễ sử dụng Gần gũi với thực tế người sử dụng v.v Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3.3.4.2 Thiết kế tổng quan Dựa phân tích người sử dụng khảo sát yêu cầu giao diện chức phần mềm, nhóm thực thiết kế hệ thống có giao diện gồm phần chính:  Giao diện lựa chọn hệ quan o Danh sách hệ quan o Các nút lệnh (bắt đầu, kết thúc)  Giao diện trình diễn hệ quan xem chi tiết thông tin o Phần xem tương tác với mơ hình 3D o Phần lựa chọn mơ hình từ giao diện o Phần xem thông tin mô tả chi tiết quan, phận 3.3.4.3 Thiết kế kịch mẫu Kịch mẫu mô tả qua việc mô tả tác nhân, Use case biểu đồ trạng thái sau: Các tác nhân hệ thống: STT Tên actor User (Người sử dụng) Ghi Người dùng tương tác với mơ hình đối tượng chương trình Biểu đồ ca sử dụng hệ thống: Chọn đọc mơ hình vào hệ thống Người sử dụng Hiển thị mơ hình 3D hệ thống Tương tác với mơ hình 3D Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Đặc tả ca sử dụng hệ thống: Tên ca sử dụng: Tương tác với mơ hình 3D hệ thống Mục đích: Cho phép người sử dụng tương tác với đối tượng như: xoay, di chuyển, phóng to, thu nhỏ, chọn đối tượng,… Tóm lược: Người sử dụng lựa chọn tác vụ như: xoay, di chuyển, phóng to, thu nhỏ, chọn đối tượng,…sau lựa chọn đối tượng thơng tin đối tượng hiển thị lên hình Điều kiện đầu vào: thực chương trình khởi động Điều kiện kết thúc: sau quan sát, so khớp kết luận Biều đồ kịch chính: Hệ thống Người sử dụng C1 Tương tác với mơ hình C2 Kết tương tác thơng tin mơ hình Mơ tả kịch con: C1: Người sử dụng lựa chọn tác vụ như: xoay, di chuyển, phóng to, thu nhỏ, chọn đối tượng C2: Kịch hệ thống trả kết tương tác thông tin đối tượng Biểu đồ chuyển trạng thái: Biểu đồ chuyển trạng thái mơ tả vịng đời đối tượng, từ sinh đến bị phá hủy Biểu đồ chuyển trạng thái cung cấp cách thức mơ hình hóa trạng thái khác đối tượng Trong biểu đồ lớp cung cấp tranh tĩnh lớp quan hệ chúng biểu đồ chuyển trạng thái sử dụng để mơ hình hóa hành vi động hệ thống Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Biểu đồ hoạt động UC03: 3.4 Phân tích, lựa chọn cơng cụ 3.4.1 Mơ tả yêu cầu  Mục đích Phân tích, thiết kế hệ thống nhằm xây dựng mô-đul  Phạm vi Hệ thống mô Atlas giả phẫu xương người 3D  Thuật ngữ chuyên ngành Thuật ngữ Quản trị hệ thống Client Nhận yêu cầu UC Thông tin STT Chú giải Người quản trị hệ thống, có nhiệm vụ quản lý trì hoạt động hệ thống Người dùng máy trạm gửi yêu cầu đến máy chủ Người dùng từ Client nhận kết trả từ Server Trong tài liệu này, ca sử dụng nhắc đến tên tiếng Anh Use case hay viết tắt UC Thông tin giải phẫu  Đặc tả bổ sung Mục đưa đặc tả bổ sung không trình bày mơ hình ca sử dụng để cung cấp yêu cầu đầy đủ hệ thống Yêu cầu chức năng: Cung cấp chức cho mơ hình 3D Tính tin cậy:Thơng tin phải hiển thị lưu trữ đầy đủ, xác Tính dễ dùng: Thao tác đơn giản, thiết kế hớp lý, thân thiện Hiệu năng: Cung cấp công cụ thông tin hỗ trợ cho việc dạy học giải phẫu Khả hỗ trợ: Hệ thống tích hợp sẵn tài liệu hướng dẫn sử dụng, phim hướng dẫn sử dụng để người dùng tra cứu gặp khó khăn Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Bảo mật: Hệ thống cần đảm bảo việc phân quyền bảo mật chặt chẽ, đảm bảo người dùng xem liệu thực chức theo vai trị họ Dữ liệu ln backup Server đảm bảo khơng bị có cố Các ràng buộc thiết kế: Khơng có 3.4.2 Phân tích  Phân tích kiến trúc Trừu tượng hóa đối tượng - Client: Là người dùng hệ thống có tài khoảng hệ thống - Server: Là dịch vụ mà Server cung cấp cho Client Mơ hình kiến trúc Sử dụng mơ hình dịch vụ Client – Server - Client: Đưa yêu cầu vầ nhận kết trả từ Server Server: Nhận yêu cầu xử lý yêu cầu trả kết cho Client  Phân tích UC (Biểu đồ tuần tự)  Đăng nhập:  Phân tích UC (Biểu đồ lớp phân tích)  Đăng nhập: Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3.4.3.Thiết kế  Xác định phần tử thiết kế Chuyển đổi tương ứng từ lớp phân tích sang phần tử thiết kế: Lớp phân tích Phần tử thiết kế Client_Login Client Server_Login Server Calculate_posision() Client Labling() Optimize_Lable()  Mơ hình triển khai  Thiết kế UC Khơng có  Thiết kế hệ thống Khơng có 3.5 Cài đặt phát triển ứng dụng hệ thống hỗ trợ giải phẫu 3D xương 3.5.1 Mục đích yêu cầu Mục đích: Xây dựng chương trình mơ xương thể người, phục vụ cho trường học Y việc giảng dạy nghiên cứu Lào Yêu cầu: Mô-đun phần mềm “HỆ THỐNG ATLAS GIẢI PHẪU 3D BỘ XƯƠNG NGƯỜI” cung cấp cho người sử dụng công cụ mô thể ảo 3D,cho phép quan sát, tương tác tra cứu quan, phận thể người máy tính Các u cầu hệ thống: +Đọc mơ hình quan, phận 3D theo cấu trúc VRML (Virtual reality modeling language) +Cho phép hiển thị mơ hình hệ quan theo hai chế độ MONO STEREO theo phận, quan cách riêng rẽ +Cho phép thực thao tác mơ hình như: xoay, phóng to, thu nhỏ, dịch chuyển, ẩn, hiện, lựa chọn đối tượng Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thơng tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3.5.2 Cài đặt hệ thống Phát triển chương trình thực nghiệm “Hệ thống ATLAS giải phẫu 3D xương người”trên tảng Visual C++ 2013 với trợ giúp thư viện mã nguồn mở OpenSceneGraph Đầu vào hệ thống tệp mơ hình 3D lưu trữ, mô tả theo cấu trúc VRML *Yêu cầu phần cứng hệ thống: + Chíp tính toán(CPU) 2.40 GHz + Bộ nhớ trong(RAM) 512 MB + Bộ nhớ ngồi(HDD) 1GB *u cầu file phần mềm Có đầy đủ file: + AutoLabel-Solution.zip + Visual C++ Redistributable Package *Khởi động chương trình  Giải nén file AutoLabel-Solution.zip, chạy file MyAutoLabel.exenhư hình sau: Hình 3.3 Thư mục chứa file phần mềm  Giao diện chương trình hiển thị mơ tả hình 5.6 3.5.3 Các chức hệ thống  Đọc mơ hình 3D hệ xương thể người Chương trình cho phép người sử dụng đọc mơ hình 3D hệ xương thể người vào chương trình, cho phép xoay, di chuyển mơ hình 3D xương vị trí góc độ khác để quan sát nghiên cứu Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn  Lựa chọn, hiển thị thơng tin thành phần mơ hình 3D Chương trình hỗ trợ việc việc lựa chọn hiển thị thơng tin đối tượng mơ hình 3D xương thể 3.5.4 Mơ hình hóa xương người Những thông tin thu nhận xương từ nhiều ngồn khác nhau, nhóm thực đề tài tiến hành chọn lọc, phân loại trình bày phần trên, nhóm thực đề tài lựa chọn sử dụng phương pháp dựng mơ hình từ ảnh thơng thường để dựng mơ hình 3D cho xương người Dưới số kết dựng mơ hình Một số hình ảnh mơ hình Atlas giải phẫu 3D xương người dựng Hình 3.4 Mơ hình xương vùng đầu mặt Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn / 3.5: Mơ hình xương sườn xương ức Hình 3.6 Mơ hình xương cột sống Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Hình 3.7 Mơ hình hệ xương trục thể người 3.5.5 Hiển thị mơ hình xương người 3D  Chương trình cho phép người sử dụng đọc mơ hình 3D hệ xương thể người vào chương trình, cho phép xoay, di chuyển mơ hình 3D hệ xương vị trí góc độ khác để quan sát nghiên cứu Hình 3.8 Đọc thị mơ hình 3D hệ xương Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3.5.6 Phân tích đánh giá kết Kết thực nghiệm cho thấy hệ thống xây dựng cung cấp atlas giải phẫu 3D xương thể dạng điện tử, cho phép tương tác với người dùng Hệ thống hiển thị xương người với 206 xương, gồm: - Xương đầu mặt: 22 xương gồm: xương đơn (xương trán; sàng; bướm; chẩm; mía hàm dưới); xương đơi x ( xương đỉnh; thái dương; lệ; mũi; xoăn mũi dưới; gị má; hàm trên; cái) - Xương móng: - Xương sống: 26  24 đốt sống rời nhau: gồm đốt sống cổ, 12 đốt ngực đốt thắt lưng  Xương gồm đốt sống dính  Xương cụt - đốt sống cằn cỗi cuối dính tạo thành - Xương ức: - Xương sườn: 24 - Xương chi trên: 64 xương gồm 32 xương x (đòn; vai; cánh tay; quay; trụ; thuyền; nguyệt; tháp; đậu; thang; thê; cả; móc; ngón tay; 14 xương đốt ngón tay) - Xương chi dưới: 62 xương gồm 31 xương x ( chậu; đùi; chè; chày; mác; sên; ghe; chêm I, II, III; hộp; gót; đốt bàn chân; 14 đốt ngón chân) - Các xương tai: Hệ thống đáp ứng yêu cầu làcông cụ để chuyên gia, thầy cô giáo giảng dạy môn giải phẫu sinh giảng, phục vụ trình giảng dạy học tập Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn KẾT LUẬN Y học lĩnh vực vô quan trọng người Vì vậy, để chăm sóc sức khỏe, phòng chống chữa trị bênh cho người tốt địi hỏi cần phải có bác sỹ, nhà khoa học ngành y giỏi, với tay nghề kinh nghiệm tốt Để làm có điều địi hỏi trường đại học/viện ngành y phải có phương pháp giảng dạy hay, đại có phương tiện, nguồn học liệu tốt nhằm nâng cao chất lượng đào tạo như: giảng điện tử, hệ thống mô phận thể người, kèm theo thông tin với chức năng, vị trí,… Trong việc xây dựng giảng điện tử Atlas cho chi tiết vấn đề phức tạp thường làm thủ công, tốn thời gian Đề tài tập trung nghiên cứu, xây dựng hệ thống Atlas giải phẫu ảo xương người phục vụ cho giảng dạy nghiên cứu Kết đạt cụ thể sau: Nghiên cứu tổng quan tình hình trạng việc xây dựng giảng điện tử giải phẫu trường học chuyên ngành y Nghiên cứu số kỹ thuật hiển thị xương ảo 3D 3.Phân tích thiết kế hệ thống atlas giải phẫu 3D hệ xương người Lào Xây dựng thực nghiệm hệ thống atlas giải phẫu 3D xương người Lào Kết thực nghiệm cho thấy hệ thống xây dựng cung cấp atlas giải phẫu 3D xươngđược thể dạng điện tử Ngoài ra, hệ thống phần mềm Atlas giải phẫu hỗ trợ xây dựng giảng điện tử cho Atlas giải phẫu người nhằm đổi phương pháp giảng dạy nâng cao chất lượng đào tạo Vì việc xây dựng hệ thống Atlas thực ảo xương người giúp cho sinh viên, giảng viên bác sỹ có mơ hình xương người trực quan Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Huy Sơn (2006),“Virtual Reality Technologie - Công nghệ Thực ảo ”,http://tusach.thuvienkhoahoc.com [2] Châu Ngọc, Minh Hoàng (2006), Đồ họa máy tính, NXB Đà Nẵng, 2006 [3] Nguyễn Quang Quyền, Phạm Đăng Diệu (1997), Atlas-Giải phẫu người,NXB Y học, 1997 [4] Trịnh Xuân Đàn, Đỗ Năng Toàn (2012), "Nghiên cứu phát triển hệ thống thực ảo mô liệu xương trục người Việt Nam trưởng thành áp dụng cho việc giảng dạy tra cứu", Tạp chí KH&CN-Đại học Thái Nguyên, 89 (01)/2, tr 117-121 [5] Trịnh Xuân Đàn (2008), Bài giảng Giải phẫu học tập 1, tập 2, Nhà xuất Y học, Hà Nội [6] Trịnh Xuân Đàn (2010), Bài giảng Giải phẫu học đại cương, Nhà xuất Y học, Hà Nội [7] Z Brooks Jr (1999), What's Real About Virtual Reality, IEEE Computer Graphics And Applications,19(6), 16, 1999 [8] Z Burdea, G and P Coffet (2003), Virtual Reality Technology, Second Edition Wiley-IEEE Press, 2003 [9] Game Character Development in Maya Ch03 – Game Characte Development with Maya Antony Ward, Copyright @ 2005 by Antony Ward; http://www.peachpit.com [10] Nguyễn Văn Trường, trung tâm Công nghệ Mô - HVKTQS “Hệ thống thời gian thực ứng dụng kỹ thuật mô ”, Recognizing 3D object for automatic tool path generation a verification [11] Công ty cổ phần phát triển công nghệ hệ thống mô W2G, “ Mô không gian phổ cổ Hà Nội” [12] Quang Huy, Tín Dũng; Đồ họa máy tính 3DS Max vẽ phối cảnh chiều; NXB Thống Kê, tr.37-96 (2004) Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn Tiếng Anh [13] Getting Started With Maya; http://www.Alias.com [14] https://atlasti.com/product/v8-windows/ [15] Lao Tropical and Public health Institute https://www.nioph.gov.la/lo/ [16] Ministry of Health (Lao) http://moh.gov.la/index.php/lo-la/ [17] University of Health Science (Lao) http://www.uhs.edu.la/ Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ... Chăn, Lào quốc gia Lào, em lựa chọn đề xuất đề tài nghiên cứu số kỹ thuật? ? ?Kỹ thuật hiển thị mơ hình 3D ứng dụng vào hiển thị số hệ xương người Lào? ?? dựa lý thuyết xử lý ảnh, thuật toán giải ứng dụng. .. 84 Hình 3.4 Mơ hình xương vùng đầu mặt 85 Hình 3.5: Mơ hình xương sườn xương ức 86 Hình 3.6 Mơ hình xương cột sống 86 Hình 3.7 Mơ hình hệ xương trục thể người ... tượng hệ xương người Lào công nghệ 3D + Các thuật toán giải ứng dụng + Nghiên cứu ứng dụng xử lý ảnh 3D cho đối tượng hệ xương Lào +Nghiên cứu thuật toán xử lý đồ họa 3D, lựa chọn thuật toán phù hợp