6. KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN
3.3.1 Kết quả xác định mốc đo cơ thể người từ dữ liệu đám mây điểm
Sau khi có được ảnh 3D từ hệ thống quét, qua quá trình xử lý nhiễu, ghép ảnh và tạo được dữ liệu đám mây hoàn chỉnh. Bước tiếp theo là một trong những nội dung quan trọng của luận án xác định được các mốc đo và kích thước đo. Kết quả xác định mốc đo từ dữ liệu đám mây điểm cụ thể qua các bước như sau:
Bước : Đám mây điểm biểu diễn bề mặt cơ thể người dạng mesh ở cả dạng 1
điểm và dạng lưới bề mặt. Kết quả thu được như hình 3.58 với bên trái là định dạng .obj, bên phải là định dạng .xyz.
117
Hình 3. 58Dữ liệu đám mây điểm 3D của hai định dạng
Bước 2: Tách khung cơ thể và phân đoạn cơ thể người, từ dữ liệu đám mây điểm biểu diễn cơ thể người được tách ra thành từng bộ phận như tay, chân, thân, và đầu. Để thực hiện quá trình này, trước tiên khung cơ thể sẽ được tách ra từ dữ liệu đám mây điểm bằng cách áp dụng thuật toán độ cong trung bình khung cơ thể và kết quả thu được như hình 3.59 (a) và 3.59 (b). Biểu diễn kết quả phân đoạn ảnh của dữ liệu đám mây điểm ở hình 3.59 (c).
(a) (b) (c)
Hình 3. 59 Phân đoạn ảnh dữ liệu đám mây điểm của cơ thể người. (a) Dữ liệu đám mây điểm. (b) Kết quả tách khung cơ thể.
(c) Kết quả phân đoạn ảnh Bước 3: Xác định hình hộp bao có hướng
118
Bước 4:Phân tích tỉ lệ của cơ thể tại các vị trí mốc so với toàn bộ cơ thể và phân tích đặc điểm mốc và dựa vào tọa độ điểm xác định mốc. Căn cứ vào đặc điểm của từng mốc có thể nhóm những kích thước có cùng đặc điểm với nhau và dùng một số
thuật toán xác định, đồng thời quy định tọa độ x,y,z theo đúng trình tự của từng điểm mốc ở bảng 2.7 chương 2. Dựa trên hình hộp bao có hướng, cơ thể người được
biểu diễn bằng đám mây điểm trên hình 3.61, các điểm mốc được xác định theo đặc
trưng của cơ thể người theo các tọa độ x,y,z lớn nhất, bé nhất…. dựa vào biên dạng
đường cong cơ thể
Hình 3. 61Sự phân bố điểm của biên dạng đường cong cơ thể Kết quả xác định từng nhóm mốc, điểm mốc như sau:
• Nhóm 1 bao gồm 14 mốc: Điểm đỉnh đầu, ụ sau đầu, điểm giữa trán, hõm ức cổ, điểm đầu ngực, điểm dưới ngực, điểm rốn, điểm mông, điểm hông, điểm nếp
lằn mông, điểm đầu gối, điểm bắp chân, gót chân, khuỷu tay.
Điểm đỉnh đầu: Do đỉnh đầu là điểm cao nh t cấ ủa cơ thể khi ở tư thế đứ ng chuẩn nên điểm mốc đỉnh đầu là điểm có tọa độy1 = ymaxtrong đám mây điểm. Nếu có nhiều điểm có ymax thì ta s ẽ chọn điểm có tọa độ x1 và z1 n m g n 0 nhằ ầ ất. Nghĩa
là phải có giá trị nhỏ nhất, từ đó xác định được ọa độ điểt m mốc đỉnh
đầu s là ẽ (x1, y1, z1), hình 3.62.
Điểm ụ sau đầu: Chi u trong không gian m t chi uế ộ ề . Điểm mốc ụ sau đầu sẽ
được xác định thông qua việc xét mặt phẳng chiếu điểm 0yz, từ các điểm thỏa mãn
điều kiện trên chọn ra điểm có z2 = zminsau đó đưa ra tọa độ x2, y2 tương ứng, xác
119 Hình 3. 62 Mô phỏng kết quả tìm điểm
mốc đỉnh đầu Hình 3. 63 Mô phỏng kết quả tìm điểm mốc ụ sau đầu
Điểm gi a trán: ữ Do tính chất điểm mốc giữa trán là điểm giao giữa đường
nối điểm ụ trán và ụ sau đầu với mặt phẳng dọc của cơ thể nên tọa độ y3của điểm
mốc giữa trán sẽ bằng tọa độ y2 của điểm mốc ụ sau đầu và x3 = 0 (do nằm ở mặt
phẳng dọc của cơ thể), tìm được z3 thông qua x3 và y3 xác định được tọa độ điểm
mốc giữa trán sẽ là (x3, y3, z3), hình 3.64.
Đi m để ầu ng cự : Kết qu ả xác định điểm mốc đỉnh ngực được th hi n trên hình ể ệ 3.65 các bước như sau:
Bước 1: Chi u tế ọa độ ểđi m lên tr c ụ y tìm ymax; Bước 2: Chi u t p hế ậ ợp điểm có tọa độy≥ ymax
Bước 3: Tìm được z8 = zmaxcùng tọa độx8, y8 tương ứng, xác định tọa đ điểộ m mốc đỉnh ngực.
Hình 3. 64 Kết quả tìm điểm mốc
giữa trán Hình 3. 65Kết quả tìm điểm mốc
đỉnh ngực Điểm mông:
Bước 1: Chi u tế ọa độ ểđi m lên tr c ụ y
Bước 2: Tìm được z8 = zmaxcùng tọa độx8, y8 tương ứng, xác định tọa đ điểộ m mốc đỉnh ngực thể ệ hi n trên hình 3.66.
Điểm hông:
Bước 1: Chi u tế ọa độ ểđi m lên tr c ụ y tìm ymax; Bước 2: Chi u t p hế ậ ợp điểm có tọa độy≤ ymax
120
Bước 3: tìm được x16 = xmaxcùng tọa độx16, y16tương ứng, xác định tọa đ điểộ m mốc đỉnh ngực được thể ệ hi n trên hình 3.67.
Hình 3. 66Mô phỏng kết quả
mốc đỉnh mông Hình 3. 67Mô phỏng kết quả
điểm mốc hông Điểm hõm ức cổ: Hõm ức cổ có điểm lõm vào nhất từ ổ c Bước 1: Chi u tế ọa độ ểđi m lên tr c y ụ
Bước 2: Chi u t p hế ậ ợp điểm có tọa độy≥ ymax
Bước 2: Tìm được z6 tìm được thông qua giá tr ịtuyệ ốt đ i z là Min, cùng tọa độ x6, y6tương ứng, xác định tọa đ điểộ m mốc đỉnh ngực được thể ệ hi n trên hình 3.68.
Đi m dưể ới ng cự :
Điểm mốc dưới ngực là một trong số các điểm đặc biệt phải xác định qua phương pháp quét và chiếu.
Bước 1: Quét từ mặt phẳng của điểm đỉnh ngực, từ mặt phẳng đó ta quét
xuống theo hướng giảm dần , với mỗi mặt phẳng được quét, đưa ra y zmaxcủa mặt
phẳng đó.
Bước 2: So sánh 2 tọa độ zmaxgần nhau sau mỗi lần quét, nếu zmaxsau nhỏ hơn
thì tiếp tục quét. Ngược lại nếu zmaxsau lớn hơn thì ta sẽ lấy zmaxtrước là tọa độ z9 của điểm mốc dưới ngực.
Bước 3: Kết thúc quá trình tìm bằng việc đưa ra tọa độ x9 và y9 tương ứng.
Quy trình phương pháp tương tự như hình 3.69 nhưng ta thay xmax bằng zmax. Xác
định đượ tọa độ điểm mốc dưới ngực sẽ là c (x9, y9, z9).
Hình 3. 68Mô phỏng kết quả điểm mốc hõm ức cổ
Hình 3. 69Mô phỏng kết quả điểm mốc dưới ngực Điểm nế ằp l n mông:
121
Bước 1: Quét tìm điểm mốc nếp lằn mông bắt đầu từ điểm mốc đỉnh mông rồi
chọn điểm ngay trước khi zminbắt đầu tăng là tọa độ z18của mốc.
Bước 2: Xác định được tọa độ x18 và y18 tương ứng và tọa độ điểm mốc nếp
lằn mông là (x18, y18, z18), hình 3.70. Điểm bắp chân:
Bước 1: Quét t m t ph ng ch a mừ ặ ẳ ứ ốc đầu g i tr xu ng và l y ố ở ố ấ zmin.
Bước 2: Xác định được tọa độ điểm mốc bắp chân là (x21, y21, z21), hình 3.71.
Hình 3. 70Mô phỏng kết quả
điểm mốc nếp lằn mông Hình 3. 71Mô phỏng kết quả điểm mốc bắp chân
Điểm gót chân: Hình 3.72 cho thấy điểm m c gót chân có tố ọa độ y thấp nhất hay y22 = 0. Có đặc điểm nhô xa nh t v phía sau c a gót chân nên ch c n xét trong ấ ề ủ ỉ ầ m t ph ng ặ ẳ y22 = 0 và tìm điểm có giá tr ị z22 = zmin, đưa ra x22 tương ứng. tọa độ điểm m c gót chân là ố (x22, y22, z22).
Điểm r nố : Điểm rốn làm tương tự như điểm mốc hõm ức cổ, vị trí ở giữa của
cơ thể nên sẽ có x12 = 0. Đầu tiên quét để xác định mặt phẳng y12 từ đường ngang eo
trở xuống. Sau đó lấy điểm lõm nhất tương đương với zmindương là mặt phẳng chứa
điểm mốc rốn rồi đưa ra y12 tương ứng. Tọa độ điểm mốc rốn sẽ là (x12, y12, z12), hình 3.73.
Hình 3. 72Mô phỏng kết quả
điểm mốc gót chân Hình 3. 73Mô phỏng kết quả điểm mốc rốn
Điểm khu u tay: Điểỷ m m c khu u tay n m kho ng gi a cố ỷ ằ ở ả ữ ủa đoạn th ng n i ẳ ố điểm m c mố ỏm cùng vai đến v i tâm c a c tay. ớ ủ ổ
122
Bước 2: Chi u t p hế ậ ợp điểm có tọa độy≥ ymax
Bước 3: Xác định được xmin tương ứng với x23, từ x23 và y23đã tìm được đưa ra z23tương ứng, tọa độ điểm mốc khuỷu tay sẽ là (x23, y23, z23), hình 3.74.
Điểm đáy chậu: Dễ thấy điểm mốc đáy chậu sẽ có cùng giá trị y17 = y18 với điểm mốc nếp lằn mông. Do điểm ở giữa nên x17 = 0, với x17 và y17đã biết đưa ra được z17 tương ứng. Tọa độ điểm mốc đáy chậu sẽ là (x17, y17, z17), hình 3.75.
Hình 3. 74 Mô phỏng kết quả
điểm mốc khuỷu tay Hình 3. 75Kết quả mô phỏng điểm mốc đáy chậu
- Nhóm 2 gồm 5 mốc: Điểm mắt cá tay, điểm cổ chân, điểm bắp tay, điểm đốt sống cổ 7, điểm đầu gối.
Điểm cổ chân và m t cá tay: Được xác địắ nh bằng phương pháp tính chu vi mặt cắt nhỏ nh t, hình 3.76. Ta s quét vùng tay và chân sao r i so sánh chu vi c a các ấ ẽ ở ồ ủ mặt cắ ểt đ tìm ra m t có chu vi nh nh ặ ỏ ất.
Hình 3. 76Mô phỏng kết quả điểm cổ chân, mắt cá tay Điểm bắp tay:
Bước 1: Xét các m t ph ng vuông góc v i tr c y ặ ẳ ớ ụ Bước 2: Quét vùng tay có tở ọa độ y≥ ymax
Bước 3: Xác định được chu vi vùng quét lớn nhất tương ứng xác định được tọa độ điểm mốc khuỷu tay sẽ là (x26, y26, z26), hình 3.77.
Đi m để ầu g i: ố
Bước 1: Chi u tế ọa độ ph n chân lên tr c y ầ ụ Bước 2: Xác định điểm y21 của bắp chân
Bước 3: T ừ điểm y21đó xác định giá tr ị z giảm dần đến lúc tăng thì dừng lại đó chính là Z20 của đầu g r i tìm tối ồ ọa độx20, y20 tương ứng.
123 Hình 3. 77 Mô ph ng kỏ ết quả
điểm b p tay ắ Hình 3. 78Mô phỏng kết quả điểm mốc đầu gối
Điểm đốt sống cổ 7: Điểm mốc này liên quan với 2 điểm mốc góc cổ vai và điểm mốc hõm ức cổ để tạo thành kích thước vòng cổ. Do đó xác định 2 điểm góc cổ vai và điểm hõm ức, từ 3 điểm sẽ tạo thành một mặt phẳng, quét mặt phẳng đó tìm z4 = zminrồi đưa ra x4 cùng với y4tương ứng, hình 3.79.
Hình 3. 79Mô phỏng kêt quả điểm đốt sống cổ 7 • Nhóm 3 gồm 2 m c:ố Điểm eo, điểm bụng.
Điểm eo: Chỉ xét d ng eo d ng ch Xạ ạ ữ
Bước 1: T ừ điểm m c chân ngố ực xác định đường ngang chân ng c ự Bước 2: Xác định m c hông ố
Bước 3: Giữa điểm mốc hông và điểm ngoài c a chân ng c l y mủ ự ấ ột điể ở ữm gi a Bước 4: Góc α của đường chân ngực và đường gi a ng c v i eo <90ữ ự ớ 0 là em ch ữ X
Bước 5: Chi u phế ần thân cơ thể ừ t có giá tr y t nh m c ngị ừ đỉ ố ực đến hông. Do đặc điểm của vòng eo là nơi hẹp nhất trên phần thân người nên đưa ra một vòng lặp để chạy hết các giá trị của y nhằm mục đích quét các mặt phẳng từ trên xuống dưới.
Với mỗi được quét sẽ đưa ra y xmaxtương ứng. So sánh xmaxtrước và sau, nếu xuất
hiện giá trị lớn hơn thì tiếp tục vòng lặp và nếu ra nhỏ hơn thì dừng vòng lặp lấy x
xmaxtrước sẽ thuộc vòng eo. Đưa ra các giá trị y, z tương ứng ta sẽ được điểm mốc
eo. Xét mặt phẳng y tương ứng với mốc eo phía bên đưa ra các giá trị zmax và zmin có
được tương ứng điểm eo phía trước và điểm eo phía sau, hình 3.80
Điểm bụng: Vị trí điểm bụng thấp hơn điểm rốn 2cm = 20mm nên điểm bụng có các tọa độ là x14 = x12 = 0, y14 = y12 20. – Trên mặt phẳng song song với mặt
124
phẳng Oxz chứa y12 tìm được tọa độ z12 = zmax. Kết quả tìm điểm bụng được mô tả trong hình 3.81.
Hình 3. 80Mô phỏng kết quả
tìm điểm eo Hình 3. 81Mô phỏng kết quả
tìm điểm bụng
• Nhóm 4 g m 5 m c: ồ ố Điểm nếp nách trước, điểm nếp nách sau, điểm góc
c ổ vai, điểm mỏm cùng vai, điểm mép ngoài mào ch u.ậ
Điểm nếp nách trước, điểm nếp nách sau, góc cổ vai, mỏm cùng vai:
Bước 1: Các điểm có tọa độ trên đám mây điểm là (x, y, z). Chuyển tọa độ về
mặt phẳng xOybằng cách chiếu các điểm lên mặt phẳng thu được tọa độ (x,y).
Bước 2: Quét ở hộp bao thân người từ trên xuống để lấy các điểm có tọa độ xsau đó sử dụng Vector chuyển hướng để xác định mốc mỏm cùng vai.
Từ 2 điểm A2(xA2, yA2), B2(xB2, yB2)được vector A2 B2 (xB2-xA2, yB2-yA2). Từ 2 điểm B2(xB2, yB2), C2(xC2, yC2) được vector B2 C2 (xC2-xB2, yC2-yB2). Tích vô hướng của 2 vector là: pi2 = (xB2-xA2)×(xC2-xB2) + (yC2-yB2)×(yB2-yA2)
Nếu từ pi2 khác dấu pi2+1 đồng nghĩa với việc Vector B2C2 đã chuyển hướng so
với Vector A2B2 từ đó tìm được điểm mốc ở đây chính là điểm mỏm cùng vai B2.
Tương tự tìm được điểm góc cổ vai B1, điểm B3 là nếp nách. Kết quả thu được trên
hình 3.83 đến hình 3.85.
Hình 3. 82Xác định mốc mỏm cùng vai và góc cổ vai, nếp nách trước, điểm đầu gối
125 Hình 3. 83 Mô phỏng kết
quả mốc nếp nách trước và sau
Hình 3. 84 Mô phỏng kết
quả điểm mỏm cùng vai Hình 3. 85 Mô phỏng kêt quả điểm góc cổ vai Điểm mép ngoài mào chậu: Kết quả khảo sát 350 số lượng nữ sinh viên với 6
kích thước chiều cao (phụ lục : Cao cơ thể, chiều dài chân ngoài, cao 2) vai, cao eo,
cao mông, cao đầu gối để xét tương quan giữa các kích thước thu được kết quả (phụ lục 2)như sau:
+ Chiều dài chân ngoài với chiều cao cơ thể: Rxy = 0.85
+ Chiều dài chân ngoài với chiều cao eo: Rxy = 0.76
+ Chiều dài chân ngoài với chiều cao đầu gối: Rxy = 0.6
Kích thước chiều dài chân ngoài hầu như có mối liên hệ chặt chẽ với kích thước chiều dọc (các kích thước cùng mặt phẳng), hệ số tương quan đều lớn hơn 0.7 riêng với đầu gối có tương quan là thấp nhất. Độ biến thiên Cv chênh lệch nhau
không nhiều,SK<0.5 độ bất đối xứng thể hiện ở mức trung bình, vậy chiều dài chân
ngoài có mối tương quan chặt chẽ với chiều cao cơ thể và điểm mào chậu có thể được tính toán qua tỷ lệ giữa chiều dài chân ngoài với chiều cao cơ thể:
Kết quả xác định điểm mào chậu thông qua điểm đỉnh đầu như sau:
Bước 1: Chiếu dữ liệu đám mây điểm cơ thể hoàn chỉnh lên mặt phẳng oxy
Bước 2: Xác định tọa độ y19=0.55 Y1
Trên mặt phẳng song song với mặt phẳng Oxzchứa y19tìm được tọa độ x19 =
xmax. Kết quả tìm điểm mép ngoài mào chậu được mô tả trong hình 3.86.
126
Hình 3.87 mô tả ế k qu t ảtrích xuất 26 m c t d ố ừ ữliệu đám mây điểm 3D:
Hình 3. 87Mô phỏng của các mốc đo trên mô hình