. (124) Thay (120) vào (124) ta có:
CHƯƠN G: ĐỐ 2I TƯ NG, NỘI DUNG VÀ Ợ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN C U Ứ
2.3 Phương pháp nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu tổng quan: Nghiên cứu các tài liệu, công trình liên quan đến nội dung nghiên cứu của luận án, phân tích đánh giá những vấn đề đã được nghiên cứu, những vấn đề còn tồn tại từ đó xác định hướng nghiên cứu phù hợp với điều kiện thực tiễn ở Việt Nam.
- Phương pháp mô phỏng s áp l c qu n m c bó sát lên cơ th ngư i: ố ự ầ ặ ể ờ
+ Xây dựng mô hình 3D phần đùi cơ thể ngư i kết hợ ừ ữờ p t d liệu quét 3D cơ thể người và nh ch p c t l p CT. ả ụ ắ ớ
+ Ứng dụng phương pháp PTHH đư c tích hợp trong phần mềm tính toán ợ ABAQUS để mô ph ng xác đ nh áp l c qu n m c bó sát lên cơ th ngư i. ỏ ị ự ầ ặ ể ờ
- Phương pháp thử nghiệm:
+ Xác định các đ c trưngặ cơ học c a m u v i s d ng may quầủ ẫ ả ử ụ n m c bó sát. ặ + Thu thập bộ ữ d liệu quét 3D và ảnh ch p cụ ắt lớp CT cơ thể ngư i. ờ
- Phương pháp thực nghiệm: Đo áp lực quần mặc bó sát lên cơ th người bằng ể thiết bị đo áp lực c a tác giủ ả và nhóm nghiên cứu ch t o. ế ạ
- Phương pháp tính toán kích thước thiết kế quần áo: Dựa trên công thức xác định độ giãn tương đố ủi c a v i d t kim đàn tính cao sử dụng trong may quần mặc bó sát; ả ệ Mối quan hệ tuyến tính giữa đ giãn ngang của vải và áp lực của vảộ i lên cơ th người ể để xây d ng công thự ức tính kích thư c thi t kế ốớ ế ng quần theo khoảng giá tr ịáp lực tiện nghi lên vùng đùi cơ thể người mặc.
- Phương pháp đánh giá chủ quan: Nghiên cứu ti n hành khảế o sát đánh giá c m ả nhận áp lực chủ quan c a 30 ngưủ ời m c t i các vặ ạ ị trí vòng bụng, vòng mông và vòng đùi sau khi mặc 5 m u quầẫ n gen theo thang đánh giá các mức c m nh n c a ngư i m c. ả ậ ủ ờ ặ
- Phương pháp xử lý và phân tích s li u th c nghiệm: ố ệ ự
+ Sử ụ d ng phần mềm Excel để thống kê phân tích các số liệu nhân trắc; l a chự ọn 30 đối tư ng có độ ệợ l ch chu n SD v chiều cao, cân nặng, vòng bụng, vòng mông, vòng ẩ ề đùi và chỉ ố s BMI phù h p yêu cầu củợ a nghiên c u. Thốứ ng kê k t qu đo và m c c m ế ả ứ ả nhận áp lực tối ưu c a quủ ần mặc bó sát lên cơ th ngư i. ể ờ
+ Sử ụ d ng phần m m SPSS 20 phân tích sề ố ệ li u thống kê, xây d ng biự ểu đ xác ồ định kho ng giá tr áp l c t i ưu lên t ng vùng cơ th ngư i m c. ả ị ự ố ừ ể ờ ặ
2.3.1 Phương pháp mô phỏng s ố áp lực của ống qu n ầ l ên phần đùi cơ thể người
m
Để ô phỏng xác đ nh áp lực quần mặị c bó sát lên cơ th ngườể i, trư c hết cần ớ xây d ng mô hình ự 3D mô phỏng phần đùi th người và ốể ng quần, xác đ nh đư c mô ị ợ hình hành vi cơ học cơ thể ngư i và v i sờ ả ử ụ d ng trong nghiên cứu. Quá trình mô phỏng được th c hi n theo các bước ự ệ như hình 2.2.
Xây dựng mô hình hình h c 3D ph n ọ ầ đùi và ống qu n ầ
Xác định các thông s mô hình ố (Mô hình thuộc tính cơ thể người và vải)
44
Hình 2.2. Quá trình mô phỏng s ố xác định áp l c qu n mự ầ ặc bó sát lên phần đùi cơ th ngườể i.
2.3.1.1 Xây d ng bự ộ ữ ệ d li u quét 3D và nh chả ụp c t l p CT ph n chi dư i cơ ắ ớ ầ ớ thể.
• Cơ sở ự l a ch n s lư ng đ i tư ng tham gia thử nghiệm ọ ố ợ ố ợ
Để đả m bảo tính đại di n và đ tin c y củệ ộ ậ a các m u sử ụẫ d ng trong nghiên cứu về nhân trắc học ngành may [63], quá trình lựa chọn mẫu được ti n hành qua các bước sau: ế Bước 1: Nghiên cứu đã tiến hành kh o sát nhân trả ắc theo phương pháp truy n ề thống để ự l a chọn 3 n ra 50 ữ sinh của Trư ng Đ i h c Kinh tờ ạ ọ ế ỹ K thu t Cậ ông nghiệp có kích thước cơ b n phù h p v i c 158B(86-90) theo tiêu chu n TCVN 5782-ả ợ ớ ỡ ẩ 2009 [60].
Bước 2: Dựa vào công thức xác định cỡ ẫu (2 ), ti m .1 ến hành lựa chọn nhóm đối tượng ph c v nghiên c u cho luận án trong 350 nữụ ụ ứ sinh trên theo các yêu c u cụ ểở ầ th sau: 2 2 2 * t s n e = (2.1) trong đó: t là độ sai số chuẩn; s là độ ệch chuẩn; e là sai số ủa tập hợp l c
Luận án chọn số lượng t i thiểố u theo công thức xác định c mẫỡ u mà v n đảẫ m b o ả tính đại diện và tin c y k t quảđộ ậ ế nghiên c u [64 . Vứ ] ới mức xác suất thường đư c sử ợ
45
dụng trong nghiên c u nhân trứ ắc lấy p = 95%; đ sai số ộ chuẩn t = 2,58; sai số ủ c a tập hợp e = 0,5; độ ệch chuẩn vòng mông s = 0,65 nghiên c l , ứ ựa chọn ố lượng là12 đối u l s tượng.
• Thiế ị ử ụt b s d ng trong nghiên cứu 4] [6
- Máy quét toàn thân NX 16 3D Body Scanner c- ủa hãng [TC]² tại phòng máy đo 3D của Vi n Dệt May. ệ
- Máy chụp ắt lớp vi tính CT hãng SIEMENS tại bc ệnh viện Đại h c Y Hà Nọ ội. • Quá trình Xây dựng b d ộ ữ liệu quét 3D và nh ch p cả ụ ắt lớp CT phần chi dưới cơ
thể.
Bước 1: Tập huấn cho nhóm đối tư ng tham gia nghiên cợ ứu các yêu cầu kỹ thu t ậ khi đo như tư thế đứng trong máy quét 3D cơ th ngư i, tư th n m trong máy ch p cể ờ ế ằ ụ ắt lớp CT, yêu cầu v trang ph c trong quá trình đo [64 ề ụ ].
Bước 2: Thu thập bộ ữ liệu số d hóa cơ th ngư i t ể ờ ừmáy quét toàn thân 3D S dử ụng máy quét toàn thân 3D body Scaner NX 16 của hãng [TC]2 để thu thập b d ộ ữ liệu số hóa hình dạng, cấu trúc và kích thư c cơ th người. Dựa trên dữ liệu quét ớ ể 3D thu được nghiên c u ti n hành phân tích chi tiếứ ế t tư th khi đứng trong máy quét của ế từng đ i tư ng nhưố ợ :
- Khoảng cách giữa 2 mắt cá chân - Góc mở giữa 2 má trong của đùi - Chiều cao eo
- Chiều dài chân
Các thông số kích thư c đướ ợc phân tích và minh họa như trong hình 2.3 làm cơ s ở cho tư thế khi nằm trong máy chụp ắt lớp CT. c
Hình 2.3. D ữ liệu quét 3D cơ thể người.
Bước 3: Thu thập bộ ữ liệu ảnh chụp c d ắ ớt l p từ máy chụp cắ ớt l p CT
S dử ụng máy chụp cắt lớp vi tính đ ểthu thập bộ ữ d liệu ảnh chụp cắ ớt l p CT v i ớ hai định d ng File JPG và DICOM phần thân dướ ủạ i c a cơ thể n ữ thanh niên t ừ ngang eo trở xu ng. Quá trình được th c hiố ự ện như sau:
46
- Điều chỉnh khoảng cách giữa 2 mắt cá chân, góc mở giữa 2 má trong của đùi theo số liệu thu thập được từ máy quét toàn thân 3D. Hình 2.4 mô tả ả nh ch p c t l p ụ ắ ớ phần thân dưới của cơ th c a đ i tư ng trong nghiên cứể ủ ố ợ u v i 221 lát c t song song, ớ ắ chiều dày l p cớ ắt 5 mm. Số lượng các ảnh này phụ thuộc vào chi u cao eo, chiề ều dày lớp cắt, đ rõ theo từng vị trí chụp.ộ
Hình 2.4. nh ch p cẢ ụ ắt lớp CT.
2.3.1.2 Phương pháp xây dựng mô hình 3D mô ph ng hình dỏ ạng, cấu trúc kích thước ph n đùi ầ cơ thể ngư i. ờ
• Xây dựng mô hình 3D ph n đùi cơ thể ừ ữầ t d liệu chụp c t l p CT ắ ớ
Thông thường có hai cách để xây dựng lại mô hình 3D mô ph ng hình dỏ ạng, cấu trúc kích thư c cơ thớ ể người. Cách th nhất mô hình 3D cơ thể ngườứ i đư c xây d ng lại ợ ự t d ừ ữ liêu máy quét toàn thân 3D cơ thể người [ ] và cách th13 ứ hai là từ ữ liệu ảnh d chụp cắt lớp CT [14,15]. Mỗi mô hình mô phỏng có ưu nhược điểm khác nhau, mô hình 3D cơ thể ngư i xây d ng t d li u quét 3D toàn thân mô t hình d ng, cờ ự ừ ữ ệ ả ạ ấu trúc bề mặt, có tư thế phù h p cho nghiên cợ ứu nhân tr c và thi t k sản phẩm may mặc; mô hình ắ ế ế 3D cơ thể ngư i xây d ng từ ữờ ự d liệ ảu nh chụp c t lớp CT cho ta biế ấắ t c u trúc bên trong cơ thể như xương, hệ cơ, gân và mô m m... ề
Với mục đích phát tri n mô hình cơ sinh h c phù hợp với ứng dụng nghiên cứu ể ọ trong lĩnh vực dệt may y sinh. Nghiên cứu tiến hành xây d ng mô hình c u trúc t hự ấ kế ợp d ữ liệu quét 3D cơ thể người và nh chụả p c t l p CT, ắ ớ mô hình xây dựng đáp ng đưứ ợc các tính chất cơ bản như tính đồng nhất và tính thực d ng trong nghiên c u mô phụ ứ ỏng số. Quá trình được thực hiện v i sự trợ giúp cớ ủa phần mềm thiết kế 3D Solidwords, đây là phần mềm đư c ứng dụng rộng rãi trong lĩnh v c cơ khí, chợ ự ế ạ t o máy và mô phỏng tính toán, hiện đ ng đư c dùng phổ biến ở Việt Nam. Hình 2.5 mô tả sơ đồ khối quá ạ ợ trình xây dựng mô hình cấu trúc 3D cơ th ngư i t các ể ờ ừ ảnh ch p cụ ắt lớp CT.
47
Hình 2.5. Sơ đồ khối quá trình xây dựng mô hình cấu trúc 3D cơ thể người. • Xây dựng mô hình 3D chi dưới cơ th t d li u quét 3D cơ th ngư i ể ừ ữ ệ ể ờ
Hình 2.6. Lưu đồ quá trình x ử lý mẫu quét [13].
D u ữ liệ nhậ đượ ừ máy quét là ận c t t p h p ợ điể trong không gian chiề đượm 3 u c chuyển đ i thành mô hình lư i. Vổ ớ ị trí lư i củớ a hai đ i tư ng quét đư c điố ợ ợ ều chỉnh để đảm b o giảả m thi u t i ể ố đa sai s v ố ị trí giữ hai lưới. Mô hình b ma ề ặt lưới đượ ạc t o thành t ừ đám mây điểm ban đầ có các khu ự nhiễu, khuyế do ị trí quét ị khuấ đượ u v c t v b t c
48
chỉnh s a ử và tạo i xđố ứng đ ạo mô hình lưể t ới hoàn thiện hơn phục v thi t k qu n áo. ụ ế ế ầ Quá trình xây dựng lại mô hình 3D chi dư i cơ th n thanh niên thực hiệớ ể ữ n qua lưu đ ồ thuật toán sau như trong hình 2.6.
• Xây dựng mô hình hình học 3D k t h p ế ợ
Kết quả nghiên cứu cho thấ các mô hình 3D ứng dụng trong thiết kế ản phẩm y s ngành may và khảo sát nhân trắc học thông thư ng ở trạờ ng thái đứng, ví dụ như tư th ế đứng trong máy quét 3D của hãng [TC]2, mô hình ma- -nơ canh ảo s d ng trong thiế ếử ụ t k và thử ử s a sản phẩm may của các phần mềm chuyên ngành may như Opitex, Lectra 3D, Accumark V-Stitcher [25 26]. Để , nâng cao tính ứng dụng trong nghiên cứu và phát triển các sản phẩm may mặc của mô hình cấu trúc 3D được xây dựng t b d ừ ộ ữ liệu chụp cắt lớp CT trong tư thế nằm ngang (tư thế c nố đị h khi chụp cắt lớp CT), nghiên cứu đề xuất xây dựng mô hình kế ợt h p theo sơ đ hình 2.7. ồ
Hình 2.7. Sơ đồ khối quá trình xây d ng mô hình 3D kự ết hợp. 2.3.1.3 Mô phỏng s ố quá trình mặc ống quần vào phần đùi cơ th . ể
a. Các giả thi t c a quá trình mô ph ng ế ủ ỏ
Mô hình cơ th ngưể ời s dử ụng trong nghiên cứu bao gồm ba thành phần chính là xương, mô m m và da. Xương đưề ợc coi là v t li u tuyệ ố ứậ ệ t đ i c ng và không chịu biến dạng trong quá trình mặc, da và mô mềm đư c giợ ả thiết là vật liệu đàn hồi tuy n tính, ế đồng nh t và ng hư ng. ấ đẳ ớ
b. Mô hình ứng xử cơ h c cơ th ngư i và vả ử ụọ ể ờ i s d ng trong nghiên cứu
- Mô hình ứng xử cơ học cơ th ngưể ời được xác đ nh d a trên các k t qu nghiên ị ự ế ả cứu đã đư c công bốợ trong các công trình nghiên c u trư c đây. Các thông s cơ học ứ ớ ố đặc trưng như mô đun đàn h i (Young's modulus), hồ ệ ố s poát xông (- Poisson), khối lư ng riêng đượ ợc trình bày trong b ng 2.1. ả
Dữ liệu quét 3D cơ thể người định dạng file (obj, wrl) Xây dựng mô hình 3D bề
mặt cơ thể người
Chuyển file dữ liệu mô hình 3D sang file định dạng IGS