Xây dựng mô hình 3d mô phỏng hình dạng cấu trúc và kích thước cơ thể trẻ em nam lứa tuổi tiểu học địa bàn thành phố hà nội
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (2.67 MB, 96 trang )
NGUYỄN QUỐC TOẢN
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGUYỄN QUỐC TOẢN
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU DỆT MAY
XÂY DỰNG MƠ HÌNH 3D MƠ PHỎNG HÌNH DẠNG
CẤU TRÚC VÀ KÍCH THƯỚC CƠ THỂ TRẺ EM
NAM LỨA TUỔI TIỂU HỌC ĐỊA BÀN
THÀNH PHỐ HÀ NỘI
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
Chun ngành: CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU DỆT MAY
KHĨA: 2009 - 2011
Hà Nội – 2011
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------
NGUYỄN QUỐC TOẢN
XÂY DỰNG MƠ HÌNH 3D MƠ PHỎNG HÌNH DẠNG
CẤU TRÚC VÀ KÍCH THƯỚC CƠ THỂ TRẺ EM
NAM LỨA TUỔI TIỂU HỌC ĐỊA BÀN
THÀNH PHỐ HÀ NỘI
Chuyên ngành: CƠNG NGHỆ VẬT LIỆU DỆT MAY
TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU DỆT MAY
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. PHAN THANH THẢO
Hà Nội – 2011
Luận văn cao học
LỜI CAM ĐOAN
Tôi cam đoan rằng, luận văn thạc sỹ khoa học "Xây dựng mơ hình 3D
mơ phỏng hình dạng, cấu trúc và kích thước cơ thể trẻ em nam lứa tuổi tiểu
học địa bàn thành phố Hà Nội”, là cơng trình nghiên cứu của riêng tơi, do TS
Phan Thanh Thảo hướng dẫn.
Những số liệu sử dụng được chỉ rõ nguồn trích dẫn trong danh mục tài liệu
tham khảo. Kết quả nghiên cứu này chưa được công bố trong bất kỳ cơng trình
nghiên cứu nào từ trước đến nay.
Hà Nội, ngày 25 tháng 09 năm 2011
Nguyễn Quốc Toản
Nguyễn Quốc Toản
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới Tiến sĩ Phan Thanh Thảo. người
đã dìu dắt tơi trên con đường khoa học, người đã tận tâm hướng dẫn, khích lệ và
dành nhiều thời gian giúp tơi hồn thành luận án thạc sỹ khoa học này.
Tơi xin cảm ơn tồn thể các Thầy giáo, Cô giáo khoa Công nghệ Dệt may và
Thời trang Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã dạy dỗ, truyền đạt cho tôi những
kiến thức khoa học để tôi có thể hồn thành khóa học và hồn thành tốt luận văn này.
Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Tiểu học Mai Động cùng
nhóm cộng sự và tồn thể các em học sinh của Trường đã không quản ngại giúp tôi
thực hiện công việc đo đạc, thu thập số liệu một các thuật lợi và chính xác.
Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn gia đình, các đồng nghiệp, bạn bè đã động
viên, giúp đỡ tôi trong thời gian qua.
Xin chân thành cảm ơn và chúc các Thầy cô, các bạn bè đồng nghiệp luôn
hạnh phúc, thành đạt!
Hà nội, Ngày 30 tháng 09 năm 2011
Nguyễn Quốc Toản
Nguyễn Quốc Toản
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN
T
8
2
MỤC LỤC
T
8
2
28T
28T
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
T
8
2
DANH MỤC SƠ ĐỒ VÀ BẢNG BIỂU
T
8
2
DANH MỤC HÌNH ẢNH ĐỒ THỊ
T
8
2
T
8
2
T
8
2
T
8
2
MỞ ĐẦU ................................................................................................................ 1
T
8
2
28T
1.1. KỸ THUẬT MƠ PHỎNG 3D .................................................................... 3
T
8
2
T
8
2
1.1.1. Cơng nghệ tái tạo .......................................................................................... 3
T
8
2
28T
28T
28T
1.1.2. Hệ thống quét 3 chiều sử dụng trong công nghệ tái tạo ............................... 8
T
8
2
28T
28T
T
8
2
1.1.3. Phần mềm xử lý dữ liệu quét 3D ................................................................ 19
T
8
2
T
8
2
1.2. CÁC PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG HÌNH TRẢI BỀ MẶT CƠ THỂ
T
8
2
NGƯỜI ............................................................................................................ 24
28T
1.2.1. Khái niệm hình trải bề mặt cơ thể người. ................................................... 24
T
8
2
T
8
2
1.2.2. Nguyên tắc chung khi triển khai hình trải bề mặt cơ thể người. ................ 24
T
8
2
T
8
2
1.2.3. Nhóm phương pháp khơng tiếp xúc........................................................... 31
T
8
2
T
8
2
1.3. KẾT LUẬN ............................................................................................... 32
T
8
2
28T
1.3.1. Kết luận phần tổng quan ............................................................................. 32
T
8
2
T
8
2
1.3.2. Nhiệm vụ của đề tài .................................................................................... 34
T
8
2
T
8
2
2.1. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU ..................................................................... 35
T
8
2
T
8
2
2.2. Đối tượng và phương pháp nghiên cứu ................................................... 35
T
8
2
T
8
2
2.2.1. Ứng dụng công nghệ quét 3D xây dựng bộ dữ liệu 3D tái tạo hình dạng,
T
8
2
cấu trúc và kích thước cơ thể trẻ em lứa tuổi tiểu học địa bàn thành phố Hà Nội 35
T
8
2
2.2.1.1. Xác định cỡ số chuẩn và bộ thơng số kích thước cơ thể của trẻ em Việt
T
8
2
Nam 6-11 tuổi ....................................................................................................... 35
28T
2.2.2. Xây dựng mơ hình 3D mơ phỏng hình dạng, cấu trúc và kích thước cơ thể
T
8
2
trẻ em lứa tuổi tiểu học địa bàn thành phố Hà Nội trên cơ sở dữ liệu quét 3D bằng
máy quét toàn thân 3D Body Scanner của hãng [TC]² ......................................... 45
T
8
2
2.2.3. Ứng dụng mô hình ma-nơ-canh ảo: ............................................................ 57
T
8
2
Nguyễn Quốc Toản
T
8
2
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
CHƯƠNG III: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ BÀN LUẬN ............................. 70
T
8
2
T
8
2
3.1. Bộ dữ liệu 3D tái tạo hình dạng, cấu trúc và kích thước cơ thể trẻ em lứa
T
8
2
tuổi tiểu học địa bàn thành phố Hà Nội.......................................................... 70
T
8
2
3.1.1. Xác định cỡ số chuẩn và bộ thông số kích thước cơ thể của trẻ em Việt
T
8
2
Nam 6-11 tuổi ....................................................................................................... 70
28T
3.1.2. Lựa chọn đối tượng trẻ em có thơng số kích thước cơ thể phù hợp với bộ
T
8
2
thơng số kích thước cơ thể của các cỡ số chuẩn. .................................................. 70
T
8
2
3.1.3. Bộ dữ liệu 3D mô phỏng cơ thể trẻ em bằng máy quét toàn thân 3D body
T
8
2
scanner của hãng [TC]² (dạng file đám mây điểm ảnh)........................................ 72
T
8
2
3.2. Mơ hình 3D mơ phỏng hình dạng, cấu trúc và kích thước cơ thể trẻ em
T
8
2
lứa tuổi tiểu học địa bàn thành phố Hà Nội trên cơ sở dữ liệu quét 3D........ 75
T
8
2
3.2.1. Mơ hình 3D . ............................................................................................... 75
T
8
2
28T
3.3. Xây dựng hình trải bề mặt cơ thể từ bề mặt 3D sang 2D sử dụng trong
T
8
2
thiết kế mẫu cơ bản sản phẩm áo Jilê trẻ em nam ......................................... 77
T
8
2
3.4. Ứng dụng của mơ hình 3D mơ phỏng hình dạng, cấu trúc và kích thước
T
8
2
cơ thể người trong cơng nghiệp may và thời trang ........................................ 79
T
8
2
3.4.1. Thiết kế sản phẩm 3D ................................................................................. 79
T
8
2
T
8
2
3.4.2. Xây dựng ma-nơ-canh ứng dụng trong Thiết kế Thời trang ...................... 80
T
8
2
T
8
2
3.3.3. Làm cơ sở dữ liệu cho các phần mềm thử mẫu 3 chiều.............................. 81
T
8
2
T
8
2
KẾT LUẬN .......................................................................................................... 83
T
8
2
28T
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 85
T
8
2
28T
PHỤ LỤC
Nguyễn Quốc Toản
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT
CMM
Coordinate Measuring Machine
Máy đo toạ độ 3 chiều
RE
Reverse engineering
Kỹ thuật tái tạo ngược
CAD
Computer Aided Design
Thiết kế với trợ giúp của
máy tính
CAM
Computer Aided Manufacturing
Sản xuất có trợ giúp của
máy tính
CNC
Computer Numerical Control
Điều khiển số bằng máy
tính
CAP
Computer Aided Planning
Lập kế hoạch sản xuất có
trợ giúp máy tính
CAPP
Computer Aided Process Planning
Lập quy trình cơng nghệ
có trợ giúp máy tính
CAQ
Computers Aided Quality Control
Kiểm tra và quản lý chất
lượng sản phẩm
Nguyễn Quốc Toản
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Phân bố cỡ số trong hệ thống cỡ số quần áo cơ thể trẻ em nam tiểu học .. 38
T
8
2
T
8
2
Bảng 2.2: Lựa chọn cỡ số tối ưu .............................................................................. 38
T
8
2
T
8
2
Bảng 2.3: Lập bảng số đo kích thước cơ thể trẻ em nam trên phần mềm excel......... 39
T
8
2
T
8
2
Bảng 2.4: Bảng thông số các khoảng cỡ: ................................................................. 39
T
8
2
T
8
2
Bảng 2.5: Xây dựng miền tiêu chuẩn dựa trên khoảng cỡ trên ................................. 39
T
8
2
T
8
2
Bảng 2.6: Thông số kỹ thuật .................................................................................. S41
T
8
2
28T
Bảng 2.7: 37 thơng số kích thước cơ thể người theo tiêu chuẩn ASTM 1999 ........... 46
T
8
2
T
8
2
Bảng 2.8: So sánh kết quả đo trước và sau khi xử lý dữ liệu quét : .......................... 56
T
8
2
T
8
2
Bảng 2.9: Phân tích đánh giá sai số sau quá trình trải phẳng qua 2 tiêu chí diện tích
T
8
2
và chu vị bề mặt trải phẳng ...................................................................................... 69
28T
Bảng 3.1: Lựa chọn 8 cỡ số tối ưu .......................................................................... 70
T
8
2
T
8
2
Bảng 3.2: Danh sách đối tượng trẻ em lựa chọn theo bảng 8 cỡ số chuẩn: .............. 70
T
8
2
T
8
2
Bảng 3.3: Danh sách 8 em có thơng số kích thước cơ thể phù hợp với bộ thơng số
T
8
2
kích thước cơ thể của 8 cỡ số chuẩn ........................................................................ 72
T
8
2
Bản 3.4: File dữ liệu dạng đám mây điểm ảnh 8 mẫu phù hợp với bộ thơng số kích
T
8
2
thước cơ thể của 8 cỡ số chuẩn ................................................................................ 72
28T
Bảng 3.5: Bộ dữ liệu số đo cơ thể (dạng file Excel gồm 37 số đo) theo tiêu chuẩn
T
8
2
ASTM 1999. ........................................................................................................... 73
28T
Bảng 3.6: Mơ hình 3D bề mặt lưới .......................................................................... 75
T
8
2
T
8
2
Bảng 3.7: Mơ hình 3D bề mặt hóa .......................................................................... 76
T
8
2
T
8
2
T
2
Nguyễn Quốc Toản
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ
Hình 1.1: Ứng dụng công nghệ tái tạo để chế tạo ma-nơ-canh ......................................... 4
T
8
2
T
8
2
Hình 1.2: Ví dụ của việc lấy số đo trên bề mặt cơ thể người: toàn thân, bán thân, vùng
T
8
2
ngực, vùng lưng và cột sống, cánh tay, khuôn mặt, bàn chân, chân, da, vùng lỗ mũi. .... 10
T
8
2
Hình 1.3: Các ví dụ ứng dụng của việc lấy số đo bề mặt cơ thể người. từ trái sang phải,
T
8
2
trên xuống dưới............................................................................................................... 10
28T
Hình 1.4: Nguyên lý quét sử dụng ánh sáng trắng .......................................................... 14
T
8
2
T
8
2
Hình 1.5: Máy quét face SCAN-II của Breuckmann GmbH (Đức) ............................... 15
T
8
2
T
8
2
Hình 1.6: Qt tồn cơ thể 3P Mega của InSpeck Inc (Canada) với sáu đơn vị, mỗi lần
T
8
2
với một camera và một máy chiếu .................................................................................. 16
T
8
2
Hình 1.7 : Nguyên lý và thiết bị đo máy hệ thống đo lường liên kết đa điểm ................. 17
T
8
2
T
8
2
Hình 1.8: Chụp 2D tồn cơ thể qt thu hình ảnh người-giải pháp GmbH .................... 18
T
8
2
T
8
2
Hình 1.9: Ví dụ về các bề mặt có thể trải phẳng và các bề mặt ....................................... 26
T
8
2
T
8
2
Hình 1.10: Trải phẳng bề mặt mơ hình bằng phương pháp mặt phẳng cát tuyến ........... 27
T
8
2
T
8
2
Hình 1.11: Trải phẳng bề mặt mơ hình bằng Phương pháp đường nhân địa................... 28
T
8
2
T
8
2
Hình 1.11: Trải phẳng bề mặt mơ hình bằng phương pháp lưới ..................................... 30
T
8
2
T
8
2
Hình 2.1: Chọn câu lệnh Advanced filter........................................................................ 39
T
8
2
T
8
2
Hình 2.2: Hộp thoại Advanced filter:.............................................................................. 40
T
8
2
T
8
2
Hình 2.3: Buồng quét gồm 16 cảm biến ......................................................................... 41
T
8
2
T
8
2
Hình 2.4: Tư thế đứng trong buồng máy ........................................................................ 42
T
8
2
T
8
2
Hình 2.5: Ví dụ minh học dữ liệu quét 3D...................................................................... 45
T
8
2
T
8
2
Hình 2.6: Mặt lưới B-spline đều bậc 3 kép .................................................................... 49
T
8
2
T
8
2
Hình 2.7 : Mơ hình bề mặt lưới đã bỏ bớt phần tay ........................................................ 51
T
8
2
T
8
2
Hình 2.8: Điều chỉnh mơ hình về hệ trục tọa độ cân xứng .............................................. 52
T
8
2
T
8
2
Hình 2.9: Tạo sự cân xứng giữa các phần trên mơ hình.................................................. 53
T
8
2
T
8
2
Hình 2.10: Q trình xây dựng bề mặt, làm mịn hóa ...................................................... 54
T
8
2
T
8
2
Hình 2.11: Mặt cắt một số diểm trên mơ hình ............................................................... 55
T
8
2
T
8
2
Hình 2.12: Thơng số đo trên phần mềm ........................................................................ 55
T
8
2
T
8
2
Nguyễn Quốc Toản
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
Hình 2.13: (Bảng màu sắc xác định dung sai bề mặt trong khoảng ± 1) ........................ 56
T
8
2
T
8
2
Hình 2.14: Hệ thống lò xo trọng lượng tam giác ........................................................... 57
T
8
2
T
8
2
Hình 2.15: Hệ thống lị xo trọng lượng tam giác ........................................................... 60
T
8
2
T
8
2
Hình 2.16: Cắt bỏ 2 phần đầu vai của mơ hình ............................................................... 61
T
8
2
T
8
2
Hình 2.17: Điểm đặc trưng xác định trên cơ sở sử dụng phần mềm TC 2 , được xây
T
8
2
dựng trên cơ sở xác định mốc đo nhân trắc cơ thể người theo tiêu chuẩn ASTM 199.... 62
T
8
2
Hình 2.18: Xác định các điểm đặc trưng dựa trên mốc đo nhân trắc, và đường đặc trưng. ..... 62
T
8
2
T
8
2
Hình 2.19:Lưới mơ hình bề mặt và q trình thực hiện bề mặt hóa ................................ 63
T
8
2
T
8
2
Hình 2.20: Mơ hình bề mặt hóa ...................................................................................... 64
T
8
2
28T
Hình 2.21: Đánh giá độ sai số quá trình bề mặt hóa........................................................ 65
T
8
2
T
8
2
Hình 2.22: Ghi ký hiệu cho từng bề mặt mơ hình ........................................................... 65
T
8
2
T
8
2
Hình 2.23: Q trình trải phẳng bề mặt........................................................................... 66
T
8
2
T
8
2
Hình 2.24: Bề mặt phẳng thu được sau quá trình trải phẳng ........................................... 66
T
8
2
T
8
2
Hình 2.25: Quá trình ghép nối các bề mặt cong lại với nhau .......................................... 67
T
8
2
T
8
2
Hình 2.26: Quá trình thực hiện việc xuất File CAD cho các phần mềm chuyên dụng 2D .. 68
T
8
2
T
8
2
Hình 3.1: Đặc điểm hình dáng áo Jilê nam trẻ em .......................................................... 77
T
8
2
T
8
2
Hình 3.2 : Xây dựng cấu trúc sản phẩm trên mơ hình 3D ............................................... 77
T
8
2
T
8
2
Hình 3.3: Hình vẽ mơ tả quá trình xây dựng hình trải bề mặt sản phẩm áo Jile nam... 78
T
8
2
T
8
2
Hình 3.4: Bản vẽ hình trải 2D ứng dụng xây dựng kết cấu cơ bản sản phẩm áo Jilê trẻ em
T
8
2
nam tiểu học xuất dữ liệu cho phần mềm CAD ............................................................. 78
T
8
2
Hình 3.5: Quá trình trải phẳng bề mặt mẫu cơ bản sản phẩm áo Jile nam ...................... 79
T
8
2
T
8
2
Và xuất dữ liệu cho phần mềm CAD 2D........................................................................ 79
T
8
2
T
8
2
Hình 3.6: Ví dụ của vài man-nơ-canh nhân trắc trên thị trường...................................... 80
T
8
2
T
8
2
Hình 3.7: Ví dụ của thử trang phục ảo .......................................................................... 81
T
8
2
T
8
2
Hình 3.8: Thử trang phục ảo của 3D Runway của OptiTex Ltd. (Israel), với các tạo dáng
T
8
2
khác nhau của người mẫu (hình trái) và cơng thêm cử động (phải). .............................. 82
T
8
2
Sơ đồ1.1:
T
8
2
Quy trình mơ hình hóa mẫu sản phẩm đã có sẵn theo cơng nghệ thiết kế
ngược (REVERT DESIGN - RE)..................................................................................... 6
T
8
2
Sơ đồ 1.2 : Nguyên lý đo tọa độ trong máy quét lazer .................................................... 13
T
8
2
T
8
2
Nguyễn Quốc Toản
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
MỞ ĐẦU
Dệt may Việt Nam ra đời cùng với sự ra đời và phát triển của xã hội Đại Việt.
Trong suốt những năm tháng tồn tại cùng với chiều dài lịch sử dệt may Việt Nam cũng
có những bước thăng trầm, suy thịnh. Từ rất xa xưa khi ông cha ta biết trồng dâu nuôi
tằm, dệt may Việt Nam đã dần dần phát triển và từng bước khẳng định vị trí quan trọng
trong đời sống, kinh tế xã hội người Việt cũng như trên thế giới.
Ra đời từ rất sớm nhưng phải đến những năm gần đây, đặc biệt là từ khi
nước ta chuyển sang nền kinh tế thị trường dệt may Việt Nam mới thực sự tìm được
chỗ đứng và được chú trọng phát triển. Tuy vậy, dệt may Việt Nam cũng đã đạt
được những thành công đáng tự hào. Dệt may Việt Nam đã trở thành ngành sản
xuất mũi nhọn trong nền kinh tế Việt Nam, có kim ngạch xuất khẩu lớn trong tổng
kim ngạch xuất khẩu của nước ta trong những năm trở lại đây.
Bước vào thế kỉ 21, thế kỷ khoa học kỹ thuật, thế kỷ mà xu hướng tồn cầu
hóa - hội nhập kinh tế quốc tế là một tất yếu khách quan, Việt Nam đang đứng trước
đầy cơ hội và thách thức. Trong những năm qua, Việt Nam đã hội nhập ngày càng
sâu rộng vào đời sống kinh tế khu vực và thế giới, biểu hiện rõ nhất là việc Việt
Nam chính thức trở thành thành viên thứ 150 của Tổ chức Thương mại thế giớiWTO. Gia nhập WTO không chỉ là cơ hội cho hàng hóa của Việt Nam vươn xa hơn
trên thị trường thế giới mà cịn có những khó khăn rất lớn trong việc cạnh tranh, địi
hỏi mỗi ngành, mỗi doanh nghiệp, mỗi cá nhân phải nhận thức rõ để xác định được
chỗ đứng trên trường quốc tế. Là ngành xuất khẩu trọng tâm của nền kinh tế, dệt
may Việt Nam cũng bị lôi cuốn mạnh mẽ và chịu ảnh hưởng của q trình hội nhập
đó. Khi nền kinh tế Việt Nam chuyển từ cơ chế bao cấp sang cơ chế thị trường, các
doanh nghiệp buộc phải tự lo đầu ra cho sản phẩm của mình, sản phẩm đưa ra thị
trường phải chấp nhận cả những cuộc cạnh tranh lành mạnh và khơng lành mạnh.
Nhưng cũng chính từ thực tế đó, dệt may Việt Nam cũng có được bài học quý báu
về thị trường và vươn lên từng bước khẳng định vị trí của ngành kinh tế mũi nhọn
Nguyễn Quốc Toản
1
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
trong nền kinh tế quốc dân. Hội nhập như thế nào để khơng hịa tan đang là
một thách thức lớn đối với ngành kinh tế Việt Nam trong đó có ngành cơng
nghiệp dệt may.
Trong sự phát triển chung của tồn xã hội, vì tương lai phát triển của đất
nước, trẻ em là đối tượng được sự quan tâm rất lớn khơng chỉ của gia đình, nhà
trường mà của toàn xã hội. Với mong muốn các thế hệ trẻ em Việt Nam phát triển
tồn diện, khoẻ mạnh, thơng minh, có đời sống vật chất và tinh thần đầy đủ hạnh
phúc, Đảng và Nhà nước ta luôn coi trọng việc chăm sóc, bảo vệ trẻ em. Nhiều
chính sách cải thiện phúc lợi, đầu tư đổi mới nền giáo dục, cải thiện môi trường
sống của trẻ đã được triển khai nhằm tạo cho trẻ có sự phát triển thể lực và trí tuệ
vượt trội so với các thế hệ trước. Một điều rất đáng mừng là, so với các giai đoạn
trước, trẻ em Việt Nam nói chung và trẻ em lứa tuổi mẫu giáo và tiểu học nói riêng
có đặc điểm hình thái cơ thể khác nhiều so với trước, các em bụ bẫm, khoẻ mạnh,
thông minh hơn, phát triển rất nhanh về tâm sinh lý, nhận thức thế giới quan và đặc
biệt là sự phát triển vượt trội về tầm vóc cơ thể.
Thiết kế nhờ sự hỗ trợ của máy tính đã trở thành một trong những yếu tố
khơng thể thiếu trong các ngành công nghiệp hiện đại. Thật khó để tìm thấy bất kỳ
một q trình thiết kế nào mà không nhờ đến sự hỗ trợ từ hệ thống CAD trong các
quy trình sản xuất máy móc thiết bị, máy bay, tàu thuỷ truyền thống và cho đến nay
thì hầu hết các kỹ sư đều ứng dụng cơng nghệ này. Và xu hướng này đang dần được
ứng dụng trong các ngành công nghiệp may mặc.
Nghiên cứu xây dựng mơ hình 3D mơ phỏng hình dạng, cấu trúc và kích
thước cơ thể trẻ em lứa tuổi mẫu giáo và tiểu học là cần thiết, tạo cơ sở thiết kế
và triển khai sản xuất trong công nghiệp quần áo đảm bảo độ vừa vặn và tính
tiện nghi, phù hợp với thị hiếu thẩm mỹ góp phần giáo dục văn hóa mặc cho trẻ
em Việt Nam. Chính vì những lý do trên tơi chọn đề tài : Xây dựng mơ hình
3D mơ phỏng hình dạng, cấu trúc và kích thước cơ thể trẻ em nam lứa tuổi tiểu
học địa bàn thành phố Hà Nội
Nguyễn Quốc Toản
2
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
CHƯƠNG I: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN
1.1. KỸ THUẬT MƠ PHỎNG 3D
1.1.1. Cơng nghệ tái tạo
1.1.1.1. Khái niệm về công nghệ tái tạo
Trong lĩnh vực sản xuất, thông thường để chế tạo ra 1 sản phẩm, người thiết
kế đưa ra ý tưởng về sản phẩm đó, phác thảo ra sản phẩm, tiếp theo là q trình tính
tốn thiết kế, chế thử, rồi kiểm nghiệm, hoàn thiện phác thảo để đưa ra phương án
tối ưu, cuối cùng mới là cơng đoạn sản xuất ra sản phẩm. Đây chính là chu trình sản
xuất truyền thống, là phương pháp sản xuất đã được áp dụng từ bao thế kỷ nay.
Phương pháp này cịn được gọi là cơng nghệ sản xuất thuận (Forward Engineering).
Trong vài chục năm trở lại đây với sự phát triển của của công nghệ, xuất hiện 1
dạng sản xuất theo 1 chu trình mới, đi ngược với sản xuất truyền thống, đó là chế
tạo ra sản phẩm theo hoặc dựa trên 1 sản phẩm có sẵn. Quy trình này được gọi là
công nghệ thiết kế ngược (Reverse Engineering) hay cũng được hiểu là công nghệ
tái tạo hay công nghệ chế tạo ngược.
Công nghệ này ra đời dựa trên nhu cầu sản xuất thực tế, đôi khi người ta cần
chế tạo sản phẩm theo những mẫu có sẵn mà chưa (hoặc khơng) có mơ hình CAD
tương ứng như các chi tiết là đồ cổ vật, những chi tiết đã ngừng sản xuất từ lâu,
những chi tiết không rõ xuất xứ, những phù điêu, bộ phận cơ thể con người, động
vật. Hay đơn giản chỉ là sao chép lai kết cấu của những sản phẩm đã khẳng định tên
tuổi trên thị trường (để giảm chi phí chế tạo mẫu) hoặc để cải tiến sản phẩm đó theo
1 hướng mới. Để tạo được mẫu của những sản phẩm này, trước đây người ta phải
đo đạc rồi vẽ phác lại hoặc dựng sáp, thạch cao để in mẫu. Các phương pháp này
cho độ chính xác khơng cao, tốn nhiều thời gian và công sức, đặc biệt là đối với
những chi tiết phức tạp. Ngày nay người ta đã sử dụng máy quét hình để số hố
hình dáng của chi tiết sau đó nhờ các phần mềm CAD/CAM chuyên dụng để xử lý
dữ liệu số hố cuối cùng sẽ tạo ra được mơ hình CAD 3D cho chi tiết với độ chính
xác cao. Mơ hình CAD này cũng có thể chỉnh sửa nếu cần.
Nguyễn Quốc Toản
3
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
Trên phạm vi rộng công nghệ tái tạo được định nghĩa là hoạt động bao gồm
các bước phân tích để lấy thơng tin về 1 sản phẩm đã có sẵn (bao gồm thơng tin về
chức năng các bộ phận, đặc điểm về kết cấu hình học, vật liệu, tính cơng nghệ) sau
đó tiến hành khơi phục lại mơ hình CAD cho chi tiết hoặc phát triển thành sản phẩm
mới, sử dụng CAD/CAM/CAE để tối ưu thiết kế cuối cùng là áp dụng
CAPP/RP/CNC để chế tạo sản phẩm. Công nghệ tái tạo đã được ứng dụng trong rất
nhiều lĩnh vực như hoá học, điện tử, xây dựng, cơ khí, y học, nghệ thuật….
Trong ngành cơng nghiệp thời trang việc ứng dụng công nghệ tái tạo để chế
tạo ma-nơ-canh chuẩn phục vụ thiết kế trang phục công nghiệp đã được ứng dụng
rộng rãi ở các nước phát triển như Nhật Bản, Mỹ, Canada....
Hình 1.1: Ứng dụng cơng nghệ tái tạo để chế tạo ma-nơ-canh
Ở Việt Nam, trong một số năm trở lại đây công nghệ tái tạo cũng đã được áp
dụng vào sản xuất. Tuy nhiên phần lớn vẫn chưa mang tính chun nghiệp. Ví dụ
như các cơng ty sản xuất, chế tao khuôn cho các mặt hàng nhựa, cơ khí thường khi
nhận các đơn đặt hàng của các đối tác làm một bộ khuôn cho một mẫu sản phẩm
cho trước thì đa số việc số hố mơ hình lấy dữ liệu đều thực hiện một cách thủ công,
đo vẽ bằng tay. Việc ứng dụng các thiết bị số hố cơng nghệ cao chun dụng, các
phần mềm thiết kế ngược vẫn chưa nhiều.
1.1.1.2. Quy trình cơng nghệ tái tạo
Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại, q trình sản
xuất ngày càng được chun mơn hoá, việc chế tạo ra 1 loại sản phẩm được chia
tách thành nhiều cơng đoạn riêng biệt nhưng có quan hệ mật thiết với nhau theo 1
tiêu chuẩn chung thống nhất hợp thành quy trình sản xuất. Tuy có nhiều cải tiến
Nguyễn Quốc Toản
4
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
mới song quy trình sản xuất hiện nay nhìn chung đều được biểu hiện bằng sơ đồ: 1.1
Trong quy trình thiết kế thuận, xuất phát từ ý tưởng thiết kế (của người thiết kế
hoặc của khách hàng mô tả sản phẩm), người thiết kế phác thảo sơ bộ sản phẩm
(bản vẽ CAD ). Bản vẽ phác thảo này sẽ được tính tốn, phân tích, kiểm tra các
thơng số kỹ thuật, tính cơng nghệ (Dữ liệu được chuyển từ CAD sang CAE). Sau đó
mơ hình sẽ được tối ưu hoá đưa ra bản vẽ thiết kế (bản vẽ CAD) hồn chỉnh. Tiếp
theo qua các bước chuẩn bị cơng nghệ (CAPP), lập trình gia cơng (CAM), mơ
phỏng và chế tạo thử mẫu sản phẩm bằng phương pháp tạo mẫu nhanh (RP) hoặc
trên các máy công cụ, máy CNC. Mẫu sản phẩm chế thử này sẽ được đem đi kiểm
tra thực tế xem có thoả mãn các yêu cầu đặt ra hay khơng. Nếu khơng đạt thì sẽ
quay về chỉnh sửa lại từ bản vẽ phác thảo. Tiếp tục quá trình trên cho tới khi mẫu
sản phẩm đạt yêu cầu thì mới đưa vào sản xuất thực sự. Cịn trong quá trình thiết kế
ngược chúng ta lại làm ngược lại. Xuất phát điểm là từ 1 mẫu sản phẩm thực tế,
mẫu sản phẩm thực này được số hoá và sử lý bằng các thiết bị và phần mềm chuyên
dụng để đưa ra mơ hình CAD cụ thể. Sau khi có được mơ hình CAD cho sản phẩm
rồi thì các cơng đoạn tiếp theo cũng giống như chu trình sản xuất thuận trải qua các
bước tính tốn, phân tích, tối ưu hố trên các phần mềm CAE/CAM, chuẩn bị cơng
nghệ (CAPP), gia cơng tạo mẫu nhanh hoặc lập trình gia cơng trên các máy CNC
hay các máy công cụ khác, kiểm tra thực tế cuối cùng mới đưa vào sản xuất đại trà.
Nguyễn Quốc Toản
5
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
Sơ đồ1.1: Quy trình mơ hình hóa mẫu sản phẩm đã có sẵn theo cơng nghệ
thiết kế ngược (REVERT DESIGN - RE)
1.1.1.3. Ứng dụng công nghệ tái tạo ở Việt Nam và Thế Giới
Với tính ưu việt của mình, là mơ hình hố được nhiều loại chi tiết (kể cả các
chi tiết có độ phức tạp cao) một cách nhanh chóng và chính xác. Cơng nghệ tái tạo
đáp ứng tối đa được các nhu cầu đa dạng của thị trường trong rất nhiều lĩnh vực:
Trong lĩnh vực nghệ thuật công nghệ tái tạo được thể hiện ở việc sao chép
hoặc phân tích các đặc điểm, nét vẽ của các kiệt tác hội hoạ, điêu khắc. Thông
thường với những chi tiết yêu cầu cao về tính thẩm mỹ, sản phẩm được mơ hình
Nguyễn Quốc Toản
6
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
hoá bởi các nhà mỹ thuật trên các chất liệu như đất sét, chất dẻo, gỗ v.v...Tuy nhiên
các tác phẩm hay các kiệt tác nghệ thuật chỉ có 1 và là ý tưởng duy nhất của 1 nhà
nghệ thuật, nhà thiết kế nào đó trong khi ai cũng muốn được có, muốn được thưởng
thức chúng. Nhu cầu thị trường địi hỏi các sản phẩm phải có 1 số lượng lớn theo
một vài phong cách, hay sản phẩm của 1 số nhà thiết kế mà tác phẩm của họ đã
được khẳng định trên thị trường. Để đáp ứng nhu cầu đó thì cần phải có được mơ
hình CAD của mẫu sản phẩm mong muốn. Việc này chỉ có thể thực hiện bằng công
nghệ tái tạo. Với các thiết bị máy móc hiện đại và sự trợ giúp của máy tính, chúng
ta có thể xây dựng được các dữ liệu CAD giống hệt mơ hình thật do các nhà mỹ
thuật tạo ra với dung sai rất nhỏ.
Công nghệ RE có vai trị rất lớn trong cải tiến mẫu mã sản phẩm.Yêu cầu về
thời gian không cho phép chúng ta khi chế tạo 1 mẫu mã mới có thể bắt đầu chu
trình sản xuất từ khâu phác thảo thiết kế tới tính tốn, tối ưu, chế thử, kiểm tra kiểm
nghiệm mới đưa vào sản xuất vì quá trình trên tốt rất nhiều thời gian, công sức. Do
vậy mà chúng ta phải biết kế thừa từ các mẫu sản phẩm đã được tối ưu, đạt các tiêu
chuẩn kiểm tra trên cơ sở đó ta thiết kế lại phù hợp với yêu cầu mới để có được 1
mẫu mã mới. Như vậy sẽ giảm được thời gian thiết kế, rút ngắn thời gian đưa sản
phẩm vào thị trường tức là giảm được thời gian của chu trình sản xuất. Với nhu cầu
của thị trường thay đổi liên tục từng ngày như hiện nay, công ty nào sớm đưa ra
được mẫu mã mới sẽ chiếm được thị phần và giành lợi nhuận cao nhất. Công ty nào
đưa ra sản phẩm mới chậm hơn sẽ khơng cịn cơ hội có được lợi nhuận. Do vậy mà
công nghệ tái tạo RE thực sự sẽ là trọng tâm của công nghệ thiết kế sản phẩm của
tương lai.
Cơng nghệ RE cịn được sử dụng khi cần thay thế 1 chi tiết, bộ phận mà nhà
sản xuất không còn cung cấp, chúng ta phải chế tạo lại chúng mà khơng hề có bản
vẽ thiết kế. Hay khi muốn sản xuất theo 1 mẫu mã tối ưu trên thị trưòng mà nhà
thiết kế ra chúng làm mất, làm hỏng, hoặc không muốn cung cấp tài liệu thiết kế.
Đặc biệt là khi sản phẩm có hình dạng rất phức tạp, khó miêu tả như dạng hình
người, hình con vật v.v...
Nguyễn Quốc Toản
7
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
Trong khảo cổ học, công nghệ RE cho phép khơi phục hình dạng của các
sinh vật thời tiền sử dựa trên các hoá thạch cổ thu được trong đất, đá, hay trong
băng mà không hề làm tổn hại hay phá hoại mẫu hố thạch đó. RE cịn cho phép
chúng ta tạo dựng lại các mẫu tượng cổ, khơi phục lại các cơng trình kiến trúc, nghệ
thuật cổ đã bị tàn phá trong lịch sử.
Trong y học công nghệ tái tạo cho phép chúng ta có thể tạo ra các bộ phận cơ
thể phù hợp cho từng bệnh nhân trong thời gian ngắn để thay thế cho các khuyết tật,
các bộ phận bị hỏng, bị tổn thương, bị hư hại do tai nạn hoặc do bẩm sinh như
xương, khớp, răng hàm, mảnh sọ não.v.v...
Trong thời trang, RE trợ giúp đắc lực cho các nhà thiết kế tạo các trang phục
các mẫu mã theo hình dáng con người.
Cơng nghệ RE còn được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực giải trí, mơ phỏng
như thiết kế các nhân vật trong Game 3D, tạo các môi trường giao diện ảo trong
game phục vụ giải trí, làm phim ảnh hay mơ phỏng một q trình nào đó phục vụ
cho một mục đích nào đó.
Cơng nghệ RE cịn được áp dụng trong rất nhiều các lĩnh vực khác nũa. Nói
chung cứ ở đâu cần tái tạo đưa ra mơ hình CAD thì ở có thể áp dụng cơng nghệ RE.
Xu hướng của nền sản xuất hiện đại hướng đến tiêu chí JIT ( Just-In-Time): là tiêu
chí rút ngắn thời gian chế tạo sản phẩm. Với tiêu chí này, khoảng thời gian từ lúc
đặt hàng sản phẩm cho đến khi có sản phẩm thật đã được rút ngắn rất nhiều, có thể
tính theo ngày, theo giờ thay vì tính theo q, theo tháng hay theo tuần như trước
kia. Với tính ưu việt về thời gian và độ chính xác của mình cơng nghệ tái tạo hứa
hẹn sẽ là công nghệ thiết kế chủ đạo của nền sản xuất.
1.1.2. Hệ thống quét 3 chiều sử dụng trong công nghệ tái tạo
1.1.2.1. Giới thiệu chung
Hệ thống máy quét kỹ thuật số 3 chiều đã có từ năm 1990, chủ yếu được sử
dụng trong công nghiệp điện ảnh; hiệu ứng hình ảnh ngày càng địi hỏi sát với hình
ảnh thực nên đồ họa vi tính khơng thể hoạt động riêng lẻ nữa trong việc thay thế
diễn viên thật bằng diễn viên ảo. Bộ phim áp dụng kỹ thuật điện ảnh mới này là
Nguyễn Quốc Toản
8
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
Teminator 2 vào năm 1991. Quân đội cũng có nhu cầu sử dụng hệ thống máy quét 3
chiều nhằm phục vụ cho nghiên cứu nhân trắc học, ví dụ ghế ngồi cho máy bay
chiến đấu vừa vặn với dáng vóc của từng phi cơng. Ngành cơng nghệ may chỉ sử
dụng hệ thống đo kỹ thuật số 3 chiều này với mục đính chính là cung cấp quân phục
trong quân đội. Thực tế trên thế giới đã chứng minh sự thành công của hệ thống
thiết bị kỹ thuật cao này, giúp cung cấp quân phục cho từng quân nhân một cách
nhanh chóng và vừa vặn theo dáng vóc cơ thể, như các dự án của lính tuần duyên
Mỹ, quân đội Pháp, Đức, bộ quốc phòng Hy Lạp, v.v..
Bắt đầu từ năm 2004, có nhiều dự án nghiên cứu trên thế giới được tiến hành
để khám phá tính ứng dụng của máy quét 3 chiều trong lĩnh vực thương mại thời
trang. Có nhiều hệ thống máy quét 3 chiều đã được lắp đặt ở nhiều trung tâm nghiên
cứu của công ty thời trang lớn, trung tâm thương mại và cửa hàng thời trang cao cấp
trên toàn cầu, các hệ thống máy này liên kết với nhau và sẵn sàng phối hợp để phục
vụ nhu cầu may mặc thiết yếu của khách hàng đa quốc gia theo tiêu chuẩn quốc tế
của dự án Image Twin. Các phần mềm tự động có độ tin cậy cao như tự động đo và
trích xuất số đo, mô phỏng giải pháp trang phục, mô phỏng và thiết kế thời trang ảo.
Tuy nhiên, cho đến may vẫn chưa có một giải pháp hồn chỉnh được vận hành thành
công trong thị truờng may mặc.
Phương pháp và kỹ thuật mới cho hệ thống máy quét 3 chiều liên tục được
phát triển để phục vụ con người, và các công cụ mới được giới thiệu cho việc thu
thập kết quả dữ liệu được chính xác hiệu quả hơn. Với số lượng nhà sản xuất tăng
dần nên giá thành của hệ thống máy quét 3 chiều giảm nhanh đáng kể, từ đấy thúc
đẩy việc ứng dụng máy quét 3 chiều này qua nhiều lĩnh vực khác nhau.
Ngày nay, kỹ thuật máy quét 3 chiều được ứng dụng vào các phần khác nhau
của con người và hệ thống thương mại đã sẵn sàng cho việc lấy số đo của bất kỳ bề
mặt cơ thể nào.
Nguyễn Quốc Toản
9
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
Hình 1.2: Ví dụ của việc lấy số đo trên bề mặt cơ thể người: toàn thân, bán thân,
vùng ngực, vùng lưng và cột sống, cánh tay, khuôn mặt, bàn chân, chân, da, vùng lỗ mũi.
Các lĩnh vực ứng dụng công nghệ của máy quét 3 chiều rất đa dạng. Vài ví
dụ ứng dụng thành cơng của kỹ thuật máy quét 3 chiều như hoạt hình, game vi tính,
hội họa và điêu khắc, y học và pháp y, nhân trắc, mỹ phẩm và da liễu, thiết kế
nghiên cứu về tư thế và an toàn lao động, sinh trắc học, an ninh, sức khỏe và thể
thao, thời trang và sắc đẹp, và truyền thơng.
Hình 1.3: Các ví dụ ứng dụng của việc lấy số đo bề mặt cơ thể người. từ trái sang
phải, trên xuống dưới: hoạt hình, game vi tính, hội họa và điêu khắc, thiết kế nghiên cứu về
tư thế và an toàn lao động, y học và pháp y, mỹ phẩm và da liễu, nhân trắc chủng loại học,
sinh trắc học, an ninh, sức khỏe và thể thao, thời trang và sắc đẹp, và truyền thông.
Ngày nay, nhiều công ty nghiên cứu chế tạo thiết bị đang bị thu hút bởi tính
đa năng của hệ thống máy quét kỹ thuật số 3 chiều, các phương pháp đo và lấy số
đo đang được nghiên cứu nhiều nên giá thành đang là một yếu tố cạnh tranh chính.
Có nhiều hệ thống máy và phương pháp đo kỹ thuật số của nhiều công ty chuyên
nghiên cứu và cung cấp thiết bị cho công nghệ may mặc ra đời hứa hẹn một sức
cạnh tranh lớn cũng như khả năng mở rộng của hình thức thương mại may đo kỹ
thuật số hàng loạt trong tương lai rất gần.
Nguyễn Quốc Toản
10
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
Một số loại máy quét 3D trên Thế Giới:
+ Máy BL Manager của Hamamatsu Photonics K.K. (Nhật);
+ Máy Voxelan 3D Measure Workshop của Hamano Engineering Co.Ltd.(Nhật)
+ Máy Vitus của Vitronic GmbH (Đức)
+ Máy BodyFit 3D của GFaI e.V. (Đức)
+ Máy DigiSize của Cyberware Inc. (Mỹ)
+ Máy NX-16 của [TC]2. (Mỹ)
P
P
1.1.2.2. Ứng dụng của công nghệ quét 3D trong công nghiệp may và thời trang
Việt Nam và Thế giới.
Ở các nước Châu Âu và Mỹ nhờ công nghệ quét 3D họ đã đưa ra được các
bộ số đo tiêu chuẩn của các kiểu người khác nhau giúp ngành công nghiệp may mặc
phát triển mạnh mẽ. Mỗi khách hàng chỉ mất vài phút đo là có tồn bộ số đo của cơ
thể và có thể đặt hàng trực tuyến các sản phẩm của nhà cung cấp.
Công nghệ quét 3D có thể phát triển thành khơng gian mua bán ảo , giúp
khách hàng có thể chon quần áo họ mong muốn thông qua mạng internet. Sản phẩm
này sẽ là chiến lược kinh doanh của 1 số công ty dệt may bán hàng trực tuyến.
Trong công nghiệp may sử dụng rất nhiều máy móc tự động như máy in, máy
cắt vải, máy thêu, nếu sử dụng công nghệ quét 3D ta sẽ có dữ liệu dạng mã hóa để có
thể kết nối với các bộ phận trên làm tăng số lượng sản xuất và hiệu quả trong công việc
Hệ thống quét 3D có độ chính xác và tốc độ cao trong q trình đo so với
phương pháp đo truyền thống. Cơng nghệ quét 3D giúp cho việc phát triển về khách
hàng trong sản phẩm công nghiệp, quét cỡ riêng và phân tích dữ liệu.
Cơng nghệ 3D trong ngành may tạo ra những mối liên kết chặt chẽ giữa
khách hàng và nhà sản xuất , với thời đại công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ ta
có thể tạo ra được nhiều đơn đặt hàng hơn chỉ với các thông số mà khách hàng cung
cấp và sẽ gửi lại mẫu mã mô phỏng 3D.
Trong thiết kế mơ phỏng 3D sẽ tính tốn chính xác được lượng tiêu hao
nguyên liệu cho sản phẩm nhanh hơn các phương pháp truyền thống. đưa ra các con
số chính xác giúp tính tốn định mức cho cơng ty.
Nguyễn Quốc Toản
11
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
Khi công nghệ 3D được sự dụng người ta có thể thiết kế trực tiếp trên mẫu
3D ảo giúp tiết kiệm được thời gian và tiền bạc khi phải thiết kế mẫu trên ma-na-canh.
Đầu năm 2009, Viện Dệt May đã được trang bị một hệ thống máy quét 3
chiều phục vụ cho nghiên cứu công nghệ may và thời trang. Hệ thống máy quét 3
chiều đang được các nhà khoa học nghiên cứu trang phục trên thế giới, và nay là các
nghiên cứu viên Việt Nam tiếp cận, nghiên cứu ứng dụng vào công nghệ may mặc
và thời trang.
1.1.2.3. Phân loại công nghệ quét 3D
a. Phương pháp quang học
- Kỹ thuật quét Lazer
+ Nguyên lý quét
Laser là loại ánh sáng có đặc tính đặc biệt, là loại sóng điện từ nằm trong dãy
ánh sáng có thể nhìn thấy được. Bản chất của chùm tia laser là chùm ánh sáng đơn
sắc có bước sóng xác định và góc phân kỳ rất nhỏ. Bước sóng phụ thuộc vào vật
liệu phát ra tia laser.
Các máy quét laser có thể đo các vật từ gần tới xa 35 mét, có thể đạt độ chính
xác khoảng 25 micron với khoảng cách 5 mét.
Máy laser có thể thu thập dữ liệu về các toạ độ với tốc độ cao và vận hành
đơn giản.
Máy quét laser hoạt động theo nguyên tắc bắn tia laser tới một mục tiêu có
tính phản hồi trên vật đo. Tia sáng phản hồi từ mục tiêu sẽ quay trở lại và trở về
điểm phát ra tại thiết bị đo. Tức là chùm tia laser từ máy chiếu vào vật thể sẽ phản
xạ lại cảm biến thu. Hình dạng của toàn bộ vật thể sẽ được ghi lại bằng cách dịch
chuyển hay quay vật thể trong chùm ánh sáng ngang qua vật. Độ chính xác và tốc
độ đo của máy quét Laser là điểm khác biệt khi so sánh với các thiết bị đo toạ độ
cầm tay khác. Bởi người sử dụng có thể nhanh chóng thực hiện các phép đo với ít
ngun cơng nhất, nên máy qt laser là một trong những thiết bị đo được sử dụng
phổ biến . Các phần mềm quét sẽ phân tích các dữ liệu quét được và thể hiện kết
quả dưới nhiều loại định dạng khác nhau.
Nguyễn Quốc Toản
12
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
Độ nhạy của thiết bị luôn là nhân tố quan trọng thỏa mãn nhu cầu quét hình
3D bằng laze. Nếu quét bằng laser lên vật thể sống ví dụ như người thì cũng khơng
ảnh hưởng gì đến sức khoẻ hay làm ô nhiễm môi trường.
Sơ đồ 1.2 : Nguyên lý đo tọa độ trong máy quét lazer
+ Thiết bị sử dụng trong công nghệ quét 3D Lazer
Các thiết bị sử dụng trong công nghệ quét 3D lazer thơng thường bao gồm :
• Đèn lazer (chùm) tạo ra được vạch lazer trong q trình qt
• Máy ảnh ( camera) để thu lại được hình ảnh từ quá trình qt
có thể dùng 1 hay 2 camera
• Màn thu (tùy theo thiết bị u câu)
• Máy tính trang bị các phần mềm của thiết bị
- Kỹ thuật quét sử dụng ánh sáng trắng
+ Nguyên lý quét sử dụng ánh sáng trắng
Công nghệ thứ hai được sử dụng rộng rãi cho các phép đo cơ thể con người
được dựa trên hình ảnh do ánh sáng trắng chiếu vào. Đây là phương pháp được sử
dụng tối ưu hơn. Thay vì di chuyển đối tượng quét, một dạng của ánh sáng chiếu
trực tiếp vào vật thể (thường là vệt sọc). Quá trình quét tương tự quét lazer: các
vạch ánh sáng trắng sẽ được đo bằng các sử dụng các tam giác ánh sáng, tạo ra đám
mây dữ liệu chính xác và dày đặc, từ đó tạo điều kiện để tạo ra mơ hình 3D của vật
thể. Thông thường người ta sử dụng mã nhị phân để mã hóa các sọc.
Nguyễn Quốc Toản
13
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
Hình 1.4: Nguyên lý quét sử dụng ánh sáng trắng
Chức năng của phần mềm bao gồm xử lý đám mây điểm với tốc độ cao, tạo
ra các mẫu đa giác, tái tạo bề mặt, sắp xếp để thiết kế bằng máy tính và cho báo cáo
về biểu mầu, nhập dữ liệu cho bất kỳ hệ thống CAD nào.
Việc quét dùng tia laser hay ánh sáng trắng đều dựa trên nguyên lý tam giác.
Ở biểu đồ trên, nguồn sáng ở đáy chiếu một điểm nằm trong tầm quan sát của máy
quay đặt ở đỉnh. Vì góc và khoảng cách giữa các nguồn sáng và máy quay là không
đổi và hướng của tia sáng là xác định nên kích thước của bề mặt ánh sáng chiếu đến
là có thể tính được.
Mỗi lần chiếu đo được 420.000 điểm trong 30 giây. Với những vật lớn hay
vật có hình dạng phức tạp cần có nhiều lần chiếu để đảm bảo tất cả các bề mặt đều
được đo. Khơng có hạn chế về số lần chiếu cũng như các vùng để đo với mỗi vật là
cách sắp xếp 1 cách tổng thể các vùng được số hóa.
Nguyễn Quốc Toản
14
Ngành CN Vật liệu Dệt May
Luận văn cao học
Số hóa các bề mặt hình học theo từng vùng nhỏ, đây là một hệ thống linh
hoạt bởi các vùng tập trung dử liệu cao được sắp xếp theo nhiều kỹ thuật khác nhau.
Sau quá trình quét, các vùng được sắp xếp lại 1 cách tổng thể bởi phần mềm để tạo
nên một dải mây điểm 3 chiều khơng cố định; kích thước của dải mây này có thể lên
đến hàng triệu điểm. Tọa độ của những điểm này được hệ thống tính tốn và kết quả
thu được là đám mây điểm dày đặc chứa nhiều đường hay mơ hình đa giác.
Định dạng cung cấp là AC, ASCII, TXT, DXF, VDA, IGES, OBJ và STL. Phần
mềm cũng cho phép sắp xếp các đám mây điểm cho các mơ hình CAD và tính tốn
phục vụ cho báo cáo về biểu màu.
+ Thiết bị sử dụng quét ánh sáng trắng
• Các thiết bị quét ánh sáng trắng chủ yếu được sản xuất ở châu âu.Các thiết bị
sử dụng trong q trình qt thường bao gồm :
• Một cảm biến ánh sáng (ví dụ máy ảnh kỹ thuật số) sẽ thu lại các hình ảnh.
• Máy chiếu ánh sáng trắng thường chiếu các hoa văn hoặc các đường sọc
song song.
• Thiết bị phức tạp hơn sử dụng 2 đến 3 bộ cảm biến ánh sang
Hình 1.5: Máy quét face SCAN-II của Breuckmann GmbH (Đức)
Nguyễn Quốc Toản
15
Ngành CN Vật liệu Dệt May
