6. KẾT CẤU CỦA LUẬN ÁN
2.3.2 Thiết lập điều kiện quét 3D cơ thể người
Sau khi thiết lập hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người, để thực hiện phép đo chính xác, điều quan trọng là đảm bảo chất lượng của các hình ảnh quét. Hệ thống đo 3D cơ thể người là một thiết bị quang cơ điện tử, chịu nhiều ảnh hưởng của điều kiện ánh sáng và biên dạng bề mặt quét... Bởi vậy việc nghiên cứu một số yếu tố ảnh hưởng tới quá trình quét là hết sức cần thiết để thiết lập điều kiện quét. 2.3.2.1 Một số yếu tố ảnh hưởng đến quá trình quét
Trong phương pháp đo biên dạng 3D sử dụng ánh sáng cấu trúc có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến độ chính xác của kết quả đo. Kết quả xác định theo mô hình toán
của thiết bị thường dựa trên các mô hình có điều kiện biên được giới hạn nên chưa
thể hiện được giá trị thực tế của chi tiết cần quét. Trong quá trình đo các chi tiết Ảnh quét 3D Xử lý nhiễu Dữ liệu đám mây (.ply) Ghép ảnh 3D Xây dựng lưới cho bề mặt đám mây điểm (.obj…)
54
thường đặt trong điều kiện có ánh sáng của các nguồn sáng khác nhau tới thiết bị như các dạng đèn chiếu sáng, điều kiện sáng thay đổi, bề mặt đối tượng quét (trang phục), tư thế quét, phông nền buồng quét... Còn về mô hình hệ thống đo, với hệ
thống đo độ chính xác yêu cầu ≤1mm Độ chính xác phụ thuộc vào độ chính xác .
dịch chuyển của đầu đo và độ chính xác của góc quay bàn quay cũng được nghiên cứu. Khi tiến hành hiệu chuẩn xác định các thông số của mô hình hệ thống sử dụng mặt phẳng in ô vuông bàn cờ chịu ảnh hưởng độ chính xác của mẫu bàn cờ được in và quá trình hiệu chuẩn bao gồm cả việc tối ưu hóa thuật toán xác định các giá trị [49, 78 ]
Vậy điều quan trọng là phải xác định điều kiện của môi trường, điều kiện trang
phục, tư thế của đối tượng quét đảm bảo độ chính xác của phép đo. Các kết quả đo bị ảnh hưởng do một số yếu tố chính sau:
a) Môi trường: Trong phạm vi nghiên cứu của luận án xác định 3 yếu tố của
môi trường bao gồm ghiên cứu về ảnh hưởng cường độ chiếu sáng của ánh sáng n
môi trường xung quanh Nghiên cứu về ảnh hưởng của màu sắc phông nền: Một số ;
công trình nghiên cứu đã đưa ra màu sắc phông nền sử dụng là màu tối hoặc màu xanh [67, 69]. Tuy nhiên để xác định rõ màu sắc phông nền nào là tốt nhất cho hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người luận án sẽ đi thực nghiệm hai màu phông nền xanh và đen để lựa chọn phù hợp; Nghiên cứu về khoảng cách tối ưu cụm đầu đo đến đối tượng đo.
Phương pháp thực nghiệm để xác định điều kiện quét về môi trường: • Chuẩn bị đối tượng quét, môi trường quét, thiết bị quét:
Đối tượng quét: Nữ sinh viên có tình trạng sức khỏe tốt, không dị tật và
manocanh nữ trưởng thành.
Môi trường quét: Trong phòng làm việc, cường độ ánh sáng môi trường biến thiên từ 300 lux – 400 lux, nhiệt độ: 25˚C±5, độ ẩm: 65% ± 5.
Hệ thống đo: Hệ thống đo 3D kích thước cơ thể người đã thiết lập bao gồm: 1 máy chiếu, 1 camera, 1 bàn quay, dịch chuyển đầu đo và bộ điều khiển động cơ. Kiểm tra và vệ sinh hệ thống đo trước khi quét. Sử dụng thiết bị đo cường độ sáng
lux kế để xác định chính xác điều kiện ánh sáng môi trường thực tế.
Hiệu chỉnh hệ thống đo:
Bước 1: Điều chỉnh khoảng cách thiết bị đến tâm bàn quay, khoảng cách camera và máy chiếu, điều chỉnh ánh sáng, góc chụp độ nét của camera.
Bước 2: Hiệu chuẩn đầu đo.
• Thiết kế thực nghiệm: Yếu tố về môi trường gồm màu sắc phông nền, ánh sáng môi trường, khoảng cách cụm đầu đo đến đối tượng đo.
1. Phông nền cho hệ thống quét:Qua công trình nghiên cứu [67, 68, 69 70, ] cho thấy hai loại phông nền được sử dụng nhiều nhất cho buồng quét là nền màu xanh và nền màu đen. Vậy luận án sử dụng 2 loại màu xanh và màu đen làm thực nghiệm xác định màu sắc phông nền cho hệ thống đo. Kết quả thu được dữ liệu đám mây điểm sẽ được đánh giá thông qua các chỉ tiêu đánh giá ở mục 2.3.1.2.
2. Khoảng cách cụm đầu đo đến đối tượng quét và cường độ ánh sáng môi trường: Nghiên cứu thực nghiệm ảnh hưởng đồng thời của hai yếu tố. Thực hiện
thay đổi khoảng cách từ cụm đầu đo đến mẫu đo. Cường độ ánh sáng môi trường L
55
Sử dụng phương pháp quy hoạch thực nghiệm trực giao hai yếu tố để thiết kế thí nghiệm, xử lý và xây dựng phương trình hồi quy thực nghiệm nhằm nghiên cứu ảnh hưởng đồng thời của hai yếu tố điều kiện môi trường đo tới chất lượng của hình ảnh quét. Cụ thể: X1là yếu tố về khoảng cách quét; X2là yếu tố cường độ ánh sáng;
Hàm Ylà giá trị mức xám của ảnh quét.
Số mẫu thực hiện thí nghiệm: Sử dụng quy hoạch trực giao cấp 2 cho 2 yếu tố
ảnh hưởng. Số thí nghiệm: N = 2 k + n0 +2 k = 2 2 + 2 + 2 2 = 10 thí nghiệm.
Mỗi phương án thí nghiệm đo mẫu 3 lần. Tổng số mẫu thí nghiệm 10 3 = 30mẫu.
Trong đó, 2k là số thí nghiệm xung quanh tâm, tính với mức α = ± 1.41. Khoảng
biến thiên của các yếu tố nghiên cứu và ma trận thí nghiệm được trình bày trong
bảng 2.1 và bảng 2.2.
Sử dụng phương pháp tối ưu hóa một mục tiêu được thực hiện trên cơ sở phương pháp hàm mong đợi (thuộc nhóm phương pháp giải tích) đã được các tác
giả Harrington (1965), Gatza-Millan (1972) và Derringer v Suich (1980) nghiên à
cứu [8].
Phương án thực nghiệm ảnh hưởng đồng thời hai yếu tố về cường độ ánh sáng của môi trường và khoảng cách từ cụm đầu đo tới đối tượng quét, với cường độ ánh sáng theo các công trình nghiên cứu ở chương 1 cho thấy: Cường độ ánh sáng của môi trường được lấy thực nghiệm từ 280 – 420 lux và khoảng cách cụm đầu đo tính được biến thiên từ 750 mm đến 1050 mm.
Bảng 2. 1 Khoảng biến thiên (biến thực và biến mã hoá) của các yếu tố nghiên cứu
STT Yếu tố Xj Giá trị mã hóa
-1,41 -1 0 +1 +1,41 1 X1 (mm) 750 800 900 1000 1050 2 X2(Lux) 280 300 350 400 420
Trong đó: X1 – Yếu tố về khoảng cách quét (mm)
X2 – Yếu tố về cường độ sáng (Lux) L – Giá trị khoảng cách
I – Giá trị cường độ sáng
Bảng 2. 2 Bảng ma trận thí nghiệm 2 yếu tố
STT Biến mã hóax Biến thực STT Biến mã hóa Biến thực
1 x2 X1 X2 x1 x2 X1 X2
1 -1 -1 800 300 6 +1,41 0 1050 350
3 -1 +1 800 400 8 0 +1,41 900 420
4 +1 +1 1050 400 9 0 0 900 350
5 -1,41 0 750 350 10 0 0 900 350
b) Ảnh hưởng mẫu quét:Xác định sự ảnh hưởng của các yếu tố: Hình dáng, kết cấu, màu sắc của trang phục quét tới chất lượng đám mây điểm ảnh thu được; Xác định sự ảnh hưởng của yếu tố tư thế quét, lựa chọn tư thế quét tối ưu cho thiết bị nghiên cứu. Ở nội dung này luận án nghiên cứu 4 yếu tố liên quan đến đối tượng
56
đo: Hình dáng trang phục, kết cấu trang phục, màu sắc trang phục, tư thế quét của đối tượng đo.
1. Ảnh hưởng của hình dáng, kết cấu trang phục: Để đảm bảo trích xuất được các mốc đo và kích thước chính xác, các đối tượng quét 3D cơ thể người đều được yêu cầu mặc các trang phục bó sát để lộ rõ biên dạng, nhưng không quá nịt chặt để tránh làm mất đi hình dáng thực của cơ thể. Hầu như các công trình nghiên cứu về
trang phục quét 3D cơ thể người [68, 69, 70 71, ] và tiêu chuẩn đều đưa ra phương
án sử dụng trang phục bó sát. Vì vậy luận án cũng sử dụng hình dáng trang phục là dáng bó sát, chất liệu trang phục được chọn là vải dệt kim co dãn tốt, trơn, một màu đồng nhất.
Một trong những ứng dụng quan trọng của máy quét 3D cơ thể người trong ngành may là trích xuất được các kích thước cơ thể người để phục vụ cho thiết kế
quần áo và khảo sát nhân chủng học. Trang phục có thể gây cản trở cho việc xác
định các mốc và kích thước, vì vậy nên hạn chế tối đa quần áo che phủ ở những vị
trí này. Từ đó đưa ra kết cấu trang phục như sau, hình 2.15:
- Áo sát nách nửa người: Dáng bó sát, 1 lớp, không cổ, không tay. Kết cấu
2 mảnh thân trước và thân sau may chắp tại cầu vai và sườn, cổ tròn, cổ và nách
viền bằng sợi viền nhỏ.
- Quần sooc: Dáng ôm sát cơ thể, 1 lớp, cạp chun, dài trên đầu gối.
- Mũ: Một chiếc mũ trùm lên đầu. Chiếc mũ này có kết cấu được quy định
trong tiêu chuẩn ISO 20685-2005.
Hình 2. 15 Trang phục đề xuất cho đối tượng quét (nguồn: [45])
2. Màu sắc trang phục: Màu sắc trang phục ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng ảnh thu được khi chiếu ánh sáng cấu trúc lên bề mặt đối tượng đo cụ thể như sau:
+ Ánh sáng bị hấp thụ hoàn toàn, camera thu được ảnh đối tượng có màu đen. + Ánh sáng phản xạ hoàn toàn, camera thu được ảnh đối tượng có màu trắng. + Một phần ánh sáng bị hấp thụ, phần còn lại được phản xạ, camera thu được ảnh với màu của bước sóng được phản xạ.
Do vậy, chất lượng đám mây điểm ảnh thu được sẽ khác nhau phụ thuộc vào khả năng phản xạ của ánh sáng do ảnh hưởng của màu sắc bề mặt đối tượng quét và khả năng thu ảnh của camera đối với các bề mặt đó.
57
Phương án tiến hành thực nghiệm quét 3D cơ thể người sử dụng trang phục với các màu sắc khác nhau:
Kiểm tra sự ảnh hưởng của một số gam màu thuộc quang phổ ánh sáng trắng: Khảo sát màu đỏ, là một màu hữu sắc, cũng là một màu thuộc quang phổ ánh sáng trắng (màu quang phổ là tập hợp các màu đơn sắc liên tiếp nhau thành một dải theo thứ tự đỏ, vàng, cam, lục, lam, chàm, tím). Mục đích lựa chọn các gam màu này để so sánh mức độ ảnh hưởng của các màu thuộc vùng quang phổ với các màu vô sắc, từ đó lựa chọn màu sắc trang phục tối ưu nhất cho hệ thống đo nghiên cứu luận án.
Hình 2. 16 Các gam màu sắc được lựa chọn nghiên cứu
Phương án thực nghiệm màu sắc trang phục: Có 6 màu được chọn bao gồm Đen, trắng, xám sáng, xám, xám đậm (màu vô sắc), đỏ (màu hữu sắc) để khảo sát sự khác nhau giữa chất lượng điểm ảnh của các màu sáng tối (trắng, xám sáng, xám, xám đậm, đen) và gam màu đại diện trong dải quang phổ ánh sáng trắng (đỏ) thể
hiện trên hình 2.16. Quét trên cùng một đối tượng mặc trang phục các màu sẽ được
thực hiện với các thông số hệ thống đo 3D cố định về môi trường ánh sáng, cùng tư thế quét và hướng quét.
Thực hiện 2 thực nghiệm với các màu sắc trang phục trên manocanh ở vị trí mặt trước ngực và mặt sau lưng. Và một thực nghiệm với người thật ở mặt phía trước ngực.
Bảng 2. 3 Số lần thực nghiệm quét màu sắc trang phục
STT Màu sắc
Số lần quét (lần)
Tổng
Manocanh Người thật
Trước ngực Sau lưng Trước ngực
1 Đỏ 1 1 1 3 2 Trắng 1 1 1 3 4 Xám 1 1 1 3 5 Xám tối 1 1 1 3 6 Đen 1 1 1 3 Tổng 18 3. Xác định tư thế quét:
Yêu cầu: Khi quét tư thế mẫu quét làm sao để thu được hết những chỗ khuất hoặc có chiều sâu như nách, đáy chậu, cổ, gáy... Theo theo tiêu chuẩn ISO 20685 [49] thì tư thế người đứng thẳng, 2 tay 2 chân dang sang bên dường như không thể
58
thiếu trong các nghiên cứu quét 3D cơ thể người, nhưng luận án xác định tư thế quét
có sự khác biệt nhỏ về phần khuỷu tay, bàn tay, độ rộng dang tay và dang chân (hình 2.17). Tư thế đứng này chủ yếu để xác định rõ điểm hõm nách, điểm eo, điểm mông, điểm đáy chậu, mắt cá chân. Vì vậy việc thử nghiệm tập trung vào các vùng khuất trên cơ thể là góc dang tay và dang chân.
Hình 2. 17 Các dạng tư thế thuộc tư thế đứng C
Tiến hành thí nghiệm kiểm tra so sánh chất lượng đám mây điểm ảnh ở vị trí vùng nách, vùng đũng quần và các kích thước quan cơ bản ở khu vực này so với phương pháp đo tiếp xúc. Nghiên cứu thiết lập tư thế mẫu đo gồm các thực nghiệm về tư thế dang tay và tư thế dang chân của mẫu đo. Trong thí nghiệm này, các thông số về màu sắc kết cấu trang phục, thông số quét của thiết bị và môi trường xung quanh sẽ được giữ cố định, chỉ có các thông số về góc dang tay, góc dang chân là thay đổi.
Hình 2. 18 Vị trí góc dang tay và khoảng cách bàn chân của đối tượng quét
Kế thừa kết quả từ các công trình [31, 49], luận án nghiên cứu và thực nghiệm
góc dang tay và dang chân theo phương án: Thực nghiệm với 4 góc dang tay đồng thời quét với 4 giá trị độ dang của bàn chân theo bảng 2.4 và hình 2.18
Tiêu chí đánh giá: Ảnh quét thu được yêu cầu hiển thị rõ rét các đường biên dạng cơ thể tại các vị trí hõm nách, vùng đũng, bên trong đùi và khả năng hiển thị các điểm mốc nhân trắc như điểm mỏm vai, điểm hõm nách, điểm hông, điểm đũng.
59
Bảng 2. 4 Bảng các giá trị góc dang tay và khoảng cách bàn chân STT Góc dang tay (độ)
Khoảng cách bàn chân
Số lần quét (lần) Khoảng cách 2 mũi
chân trái và phải a (mm)
Khoảng cách 2 gót chân trái và phải b
(mm) 1 20 200 100 1 2 40 300 200 1 3 60 400 300 1 4 80 500 400 1 Tổng 4
Một vấn đề gặp phải đó là hình dạng khung cơ thể chậu của con người khác nhau. Có đối tượng có phần khung cơ thể chậu rất rộng, nên rất dễ để xác định được điểm đũng cũng như các điểm phía trong chân khi chỉ đứng bình thường. Ngược lại, lại có những đối tượng có phần khung cơ thể chậu nhỏ. Vì vậy lựa chọn 2 đối tượng quét đại diện cho 2 dáng người này để có những kết quả khách quan hơn.