Nghiên cứu kỹ thuật số hóa hiện vật sử dụng công nghệ 3d

Học viên nhận thấy công việc mô hình hóa hay số hóa các đối tượng 3D là rất quan trọng vì vậy luận văn lựa chọn đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật số hóa hiện vật sử dụng công nghệ 3D” nhằm hệ

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu kỹ thuật số hóa hiện vật sử dụng công nghệ 3D” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi tìm hiểu, nghiên cứu dưới

sự hướng dẫn của PGS.TS ĐỖ NĂNG TOÀN Các kết quả là hoàn toàn trung thực, toàn bộ nội dung nghiên cứu của luận văn, các vấn đề được trình bày đều là những tìm hiểu và nghiên cứu của chính cá nhân tôi hoặc là được trích dẫn từ các nguồn tài liệu được trích dẫn và chú thích đầy đủ

TÁC GIẢ LUẬN VĂN

Đinh Thị Hương

LỜI CẢM ƠN

Học viên xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới tập thể các thầy cô giáo Viện công nghệ thông tin, các thầy cô giáo Trường Đại học Công nghệ thông tin và truyền thông - Đại học Thái Nguyên đã mang lại cho học viên kiến thức vô cùng quý giá và bổ ích trong suốt quá trình học tập chương trình cao học tại trường Đặc biệt học viên xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS ĐỖ NĂNG TOÀN

đã định hướng khoa học và đưa ra những góp ý, gợi ý, chỉnh sửa quý báu, quan tâm, tạo điều kiện thuận lợi trong quá trình nghiên cứu hoàn thành luận văn này

Cuối cùng, học viên xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp, gia đình và người thân đã quan tâm, giúp đỡ và chia sẻ với học viên trong suốt quá trình học tập

Do thời gian và kiến thức có hạn nên luận văn chắc không tránh khỏi những thiếu sót nhất định Học viên rất mong nhận được những sự góp ý quý báu của thầy cô và các bạn

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2016

HỌC VIÊN

Đinh Thị Hương

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ vi

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ ĐỒ HỌA 3D VÀ BÀI TOÁN SỐ HÓA HIỆN VẬT 3

1.1 Khái quát về đồ họa 3D 3

1.1.1 Đồ họa 3D 3

1.1.2 Các kỹ thuật đồ họa 6

1.1.2.1 Kỹ thuật đồ hoạ điểm (Sample based-Graphics) 6

1.2.2.2 Kỹ thuật đồ họa Vector 8

1.1.3 Các chuẩn giao diện của hệ đồ hoạ 10

1.1.4 Phần mềm đồ hoạ (Graphics Software) 10

1.1.5 Phần cứng đồ hoạ (Graphics Hardware) 12

1.1.6 Các ứng dụng cơ bản của đồ hoạ 3D 13

1.2 Bài toán số hóa hiện vật 3D 14

1.2.1 Giới thiệu bài toán số hóa 14

1.2.2 Quy trình số hóa 17

1.2.3 Ưu điểm và hạn chế 18

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT SỐ HÓA 3D 20

2.1 Các dạng hình học cơ bản 20

2.1.1 Shape 20

2.1.2 Cube 20

2.1.3 Cylinder 20

2.1.4 Cone 21

2.1.5 Sphere 21

2.1.6 Ưu và nhược điểm 22

2.2 Kỹ thuật sử dụng máy quét 3 chiều 22

2.2.1 Khái niệm máy quét 3 chiều 22

2.2.2 Ý tưởng 24

2.2.3 Sử dụng máy quét với Planmeca Romexis 24

2.3 Kỹ thuật sử dụng phần mềm chuyên dụng 25

2.4 Kỹ thuật Marching cubes 28

2.4.1 Ý tưởng 28

2.4.2 Cách thức thực hiện 29

2.4.3 Ưu và nhược điểm của thuật toán Marching Cubes 33

2.5 Kỹ thuật Shear-warp 34

2.5.1 Ý tưởng 34

2.5.2 Cách thức thực hiện 34

2.5.3 Ưu và nhược điểm 37

2.6 Các phương pháp biểu diễn bề mặt đa giác trong 3D 37

2.6.1 Bề mặt đa giác 37

2.6.1.1 Biểu diễn lưới đa giác 38

2.6.1.2 Phương trình mặt phẳng 41

2.6.2 Đơn giản bề mặt - Thuật toán “độ đo sai số bậc hai QEM” (Quadric Error Metric) 44

2.6.2.1 Một số khái niệm và giả thiết ban đầu của thuật toán 45

2.6.2.2 Ý tưởng và các bước của thuật toán 50

2.6.2.3 Kiểm tra tính toàn vẹn 52

CHƯƠNG 3: CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 54

3.1 Bài toán xây dựng phòng truyền thống ảo trường THPT chuyên tỉnh Bắc Kạn.54 3.2 Phân tích và lưạ chọn công cụ 54

3.2.1 Số hóa 54

3.2.2 Đặc tả yêu cầu 55

3.2.3 Mô hình ca sử dụng 55

3.2.4 Mô tả các ca sử dụng và tác nhân tương ứng 55

3.2.5 Về công cụ 59

3.3 Kết quả thử nghiệm 59

KẾT LUẬN 63

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

Tiếng Việt 65

Tiếng Anh 65

Internet 66

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 William Fetter kĩ thuật đồ họa máy tính năm 1960 .3

Hình 1.2 William Fetter xây dựng mô hình buồng lái máy bay cho hãng Boeing .4

Hình 1.3 Bề mặt được chiếu sáng bởi cả hai loại nguồn sáng .6

Hình 1.4 Ảnh đồ hoạ điểm .7

Hình 1.5.Kỹ thuật đồ hoạ điểm .7

Hình 1.6 Mô hình đồ hoạ vector .8

Hình 1.7 Ví dụ về đồ hoạ vector .9

Hình 1.8 Giao diện phần mềm 3Ds Max 11

Hình 1.9 Giao diện giữa người sử dụng và hệ thống máy tính 3D 11

Hình 1.10 Các thành phần cứng của hệ đồ hoạ tương tác 12

Hình 1.11 Các ứng dụng của kỹ thuật đồ hoạ 14

Hình 1.12 Số hóa tài liệu 15

Hình1.13 Quy trình số hóa 17

Hình 2.1 Định nghiã các thành phần của một Cube 3D 20

Hình 2.2 Định nghiã các thành phần của một Cylinder 3D 21

Hình 2.3 Định nghiã các thành phần của một Cone 3D 21

Hình 2.4 Định nghiã các thành phần của một Sphere 3D 22

Hình 2.5 Máy quét 3 chiều 23

Hình 2.6 Số hóa hiện vật 3D dựa vào phần mềm 28

Hình 2.7 Chọn một tế bào từ khối dữ liệu 29

Hình 2.8 So sánh giá trị tại đỉnh với isovalue 30

Hình 2.9Đánh dấu những đỉnh nằm trong mặt phẳng 30

Hình 2.10 Xây dựng bề mặt theo giá trị của các đỉnh 30

Hình 2.11 Các trường hợp đối xứng 31

Hình 2.1215 trường hợp sau khi đã giản ước 31

Hình 2.13 Tạo chỉ số cho các đỉnh và cạnh 31

Hình 2.14 Nội suy tính vị trí đỉnh của tam giác 32

Hình 2.15Hai mặt giao nhau tạo ra lỗ 32

Hình 2.16 Những mặt khác nhau của cùng một trường hợp 33

Hình 2.17 Minh họa thuật toán Shear-warp 34

Hình 2.18 Các lát cắt của khối dữ liệu được dịch chuyển 35

Hình 2.19 Ma trận xem 36

Hình 2.20 Lưới đa giác xác định bằng các chỉ số trong danh sách các đỉnh 39

Hình 2.21 Lưới đa giác xác định bởi danh sách các cạnh cho mỗi đa giác ( λ biểu diễn giá trị rỗng) 40

Hình 2.22 Biểu diễn mặt cầu bằng lưới đa giác 41

Hình 2.23 Một vật thể gồm nhiều khối hộp đặt sát nhau được giảm thiểu theo 2 cách 46

Hình 2.24 Đơn giản hóa bề mặt 47

Hình 2.25 Sau khi loại bỏ một cặp thì xuất hiện 1 mặt bị ngược 52

Hình 2.26 Giải pháp của QEM 52

Hình 3.1 Ảnh phòng trưng bày ảo nhìn từ ngoài vào 60

Hình 3.2 Ảnh một góc phòng trưng bày ảnh cán bộ lãnh đạo, tiêu biểu 61

Hình 3.3 Ảnh phòng trưng bày 3D các hiện vật bàn ghế, cờ thi đua, ti vi 61

Hình 3.4 Ảnh phòng trưng bày với các hiện vật nhìn từ trong ra ngoài 62

Hình 3.5 Ảnh góc phòng trưng bày 62

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Đồ hoạ điểm và đồ hoạ vector 9Bảng 2.1 Phần mềm hình ảnh Planmeca Romexis®: 26Bảng 2.2 Cài đặt phần mềm 27

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây việc sử dụng nhập vai trong thực tại ảo là một xu hướng công nghệ tương đối mới và thích thú của cộng đồng nghiên cứu và phát triển khoa học, quân sự và công nghiệp Tuy nhiên như các công nghệ VR chính thức, nghiên cứu được mở rộng trong quân sự, khoa học và áp dụng vào nhiều lĩnh vực như giáo dục, nghệ thuật, văn hóa Nghiên cứu công nghệ thực tại ảo trong bảo tàng, tái tạo không gian cổ xưa giúp người dùng có cái nhìn trực quan hơn, gìn giữ phát huy những giá trị tốt đẹp của nhân loại, hay những bài toán trong công nghiệp áp dụng công nghệ 3D có thể tạo ra các sản phẩm có hình dạng phức tạp, giá thành rẻ mà trước đây chỉ thủ công mới làm được

Ứng dụng công nghệ thực tại ảo khối công việc được chia làm hai mảng chính là: Mô hình hóa và điều khiển Để có một ứng dụng tốt, đẹp mắt và chân thực nhiệm

vụ mô hình hóa là việc hết sức quan trọng nó là bước được đánh giá còn quan trọng hơn nhiều so với việc lập trình điều khiển, nhất là đối với những ứng dụng đòi hỏi độ chân thực cao như trong lĩnh vực bảo tàng hay những lĩnh vực liên quan đến bảo tồn lưu trữ Nó đòi hỏi độ chính xác cao về kích thước và hình dáng, màu sắc Học viên nhận thấy công việc mô hình hóa hay số hóa các đối tượng 3D là rất quan trọng vì vậy

luận văn lựa chọn đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật số hóa hiện vật sử dụng công nghệ 3D” nhằm hệ thống hóa các quy trình, các phương pháp số hóa hiện vật thông dụng

nhất hiện nay đồng thời nghiên cứu cũng nhằm đạt kết quả của mô hình có thể sử dụng cho các ứng dụng tiếp theo đảm bảo yêu cầu về thời gian thực trong các ứng dụng thực tại ảo

Cấu trúc của luận văn bao gồm “Phần mở đầu”, “Phần kết luận” và ba chương

nội dung, cụ thể:

Chương 1: “Khái quát về đồ họa 3D và bài toán số hóa hiện vật” Nội dung chính

của “Chương 1” là những vấn đề cơ bản về đồ họa 3D, đồng thời cũng nêu lên bài

toán số hóa hiện vật vai trò của nó trong các ứng dụng thực tại ảo

Chương 2: “Một số kỹ thuật số hóa 3D” Đây là nội dung chính của luận văn, nó tập

trung trình bày các phương pháp số hóa 3D, các vấn đề liên quan đến xử lý để tối ưu hóa mô hình để cho kết quả tốt về bề mặt cũng như đảm bảo tốc độ tính toán

Chương 3:“Chương trình thử nghiệm” Đây là chương học viên trình bày kết quả

thử nghiệm số hóa Phòng truyền thống của Trường THPT Chuyên Bắc Kạn Đây là một sản phẩm thể hiện những kết quả đã được trình bày, tổng hợp trong luận văn

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ ĐỒ HỌA 3D

VÀ BÀI TOÁN SỐ HÓA HIỆN VẬT 1.1 Khái quát về đồ họa 3D

1.1.1 Đồ họa 3D

Đồ họa máy tính là một lĩnh vực nghiên cứu về cơ sở toán học, các thuật toán cũng như các kĩ thuật để cho phép tạo, hiển thị và điều khiển hình ảnh trên màn hình máy tính Đồ họa máy tính có liên quan ít nhiều đến một số lĩnh vực như đại số, hình học giải tích, hình học họa hình, quang học, và kĩ thuật máy tính, đặc biệt là chế tạo phần cứng (các loại màn hình, các thiết bị xuất, nhập, các vỉ mạch đồ họa )

Theo nghĩa rộng hơn, đồ họa máy tính là phương pháp và công nghệ dùng trong việc chuyển đổi qua lại giữa dữ liệu và hình ảnh trên màn hình bằng máy tính Đồ họa máy tính hay kĩ thuật đồ họa máy tính còn được hiểu dưới dạng phương pháp và kĩ thuật tạo hình ảnh từ các mô hình toán học mô tả các đối tượng hay dữ liệu lấy được từ các đối tượng trong thực tế Thuật ngữ "đồ họa máy tính" (computer graphics) được đề xuất bởi một chuyên gia người Mĩ tên là William Fetter vào năm 1960 Khi đó ông đang nghiên cứu xây dựng mô hình buồng lái máy bay cho hãng Boeing

Hình 1.1 William Fetter kĩ thuật đồ họa máy tính năm 1960

William Fetter đã dựa trên các hình ảnh 3 chiều của mô hình người phi công trong buồng lái để xây dựng nên mô hình buồng lái tối ưu cho máy bay Boeing Đây là phương pháp nghiên cứu rất mới vào thời kì đó Phương pháp này cho phép các nhà

thiết kế quan sát một cách trực quan vị trí của người lái trong khoang buồng lái William Fetter đã đặt tên cho phương pháp của mình là computer graphics

Hình 1.2 William Fetter xây dựng mô hình buồng lái máy bay cho hãng Boeing

Hệ đồ họa bao giờ cũng có hai thành phần chính đó là phần cứng và phần mềm [3] Phần cứng gồm thiết bị hiển thị và nhập dữ liệu, … Phần mềm gồm công cụ lập trình và các trình ứng dụng đồ họa Công cụ lập trình cung cấp tập các hàm đồ họa có thể được dùng trong các ngôn ngữ lập trình cấp cao như C, Pascal, Các hàm cơ sở của đồ hoạ bao gồm việc tạo đối tượng cơ sở của hình ảnh như đoạn thẳng, đa giác, đường tròn, …, thay đổi màu sắc, chọn khung nhìn, áp dụng các phép biến đổi,

…Ứng dụng đồ họa được thiết kế cho những người dùng không phải là lập trình viên tạo được đối tượng, hình ảnh, … mà không cần quan tâm tới việc chúng được tạo ra như thế nào Ví dụ như là Photoshop, AutoCAD, …

Việc thể hiện các đối tượng 3D trên máy tính là cần thiết vì phần lớn các đối tượng trong thế giới thực là đối tượng 3D còn thiết bị hiển thị chỉ hiển thị ảnh 2 chiều Do vậy muốn có hình ảnh 3 chiều ta cần phải giả lập Biểu diễn đối tượng 3D bằng máy tính phải tuân theo quy luật về phối cảnh, sáng, tối… giúp người xem nhìn thấy hình ảnh gần đúng nhất Chiến lược cơ bản là chuyển đổi từng bước Hình ảnh

sẽ được hình thành ngày càng chi tiết hơn Khi mô hình hóa và hiển thị một hình ảnh 3D chúng ta xét rất nhiều khía cạnh và các vấn đề khác nhau không đơn giản là thêm một tọa độ thứ 3 cho các đối tượng [5] Bề mặt đối tượng có thể được xây dựng bởi

nhiều tổ hợp khác nhau của mặt phẳng và mặt cong, đôi khi chúng ta còn mô tả một

số thông tin bên trong đối tượng Khi biểu diễn đối tượng 3 chiều bằng máy tính ta cần quan tâm các vấn đề sau:

+ Phương pháp biểu diễn 3D

Có hai phương pháp biểu diễn tượng ba chiều là phương pháp biểu diễn bề mặt B-reps (Boundary representations) và biểu diễn theo phân hoạch không gian (space-partitioning representation)

Phương pháp B-reps mô tả đối tượng bằng một tập hợp các bê mặt giới hạn phần bên trong của đối tượng với môi trường bên ngoài Thông thường ta xấp xỉ các bề mặt phức tạp bời các mảnh nhỏ hơn gọi là các mặt vá (patch) Các mảnh này có thể là các

đa giác hoặc các mặt cong

Phương pháp phân hoạch không gian thường dùng để mô tả các thuộc tính bên

trong của đối tượng

có dạng khác nhau

+ Vấn đề chiếu sáng (illumination)

Tác dụng của việc làm này là làm cho đối tượng trong máy tính giống với vật thể mà ta nhìn trong thế giới thực Để thực hiện công việc này ta cần các mô hình tạo sáng

Vật thể được chiếu sáng nhờ vào các ánh sáng đến từ nguồn sáng sau khi phản xạ nhiều lần qua các vật thể xung quanh vật thể ta đang quan sát Do vậy ánh sáng đến được vật là ánh sáng tổ hợp từ khắp mọi hướng, ta gọi là ánh sáng xung quanh (ambient light) hay ánh sang nền (background light)

Trên các bề mặt có hai loại hiệu ứng phát sáng là khuếch tán (diffuse light - ánh sáng phát đi theo mọi hướng) và phản xạ gương (specular light)

của nó

Để tăng tốc độ ta có thể xấp xỉ các mặt cong bởi một tập hợp các mặt phẳng Với mỗi mặt phẳng này ta có thể áp dụng mô hình cường độ không đổi (Flat shading) hoặc

cường độ nội suy (Gouraud shading, Phong shading) để tạo bóng

+ Trực quan hóa (Visualization)

Trực quan hóa trong đồ họa máy tính là sử dụng máy tính để tính toán dữ liệu sau

đó sử dụng đồ họa máy tính, đặc biệt là đồ họa 3D để minh họa, biểu diễn dữ liệu thành những hình ảnh mà con người có thể hiểu được dễ dàng và giúp cho con người

có thể tương tác với dữ liệu Dữ liệu đó có thể là các dữ liệu phát sinh do mô phỏng hoặc do đo đạc trong thực tế Kết quả biểu diễn phải biểu diễn chính xác tính chất của tập dữ liệu

1.1.2 Các kỹ thuật đồ họa

1.1.2.1 Kỹ thuật đồ hoạ điểm (Sample based-Graphics)

- Các mô hình, hình ảnh của các đối tượng được hiển thị thông qua từng pixel (từng mẫu rời rạc)

- Đặc điểm: Có thể thay đổi thuộc tính

+ Xoá đi từng pixel của mô hình và hình ảnh các đối tượng

+ Các mô hình hình ảnh được hiển thị như một lưới điểm các pixel rời rạc

+ Từng pixel đều có vị trí xác định, được hiển thị với một giá trị rời rạc (số nguyên) các thông số hiển thị (màu sắc hoặc độ sáng)

+ Tập hợp tất cả các pixel của grid cho chúng ta mô hình, hình ảnh đối tượng mà chúng ta muốn hiển thị

Hình 1.4 Ảnh đồ hoạ điểm

Hình 1.5.Kỹ thuật đồ hoạ điểm

- Phương pháp để tạo ra các pixel:

+ Phương pháp dùng phần mềm để vẽ trực tiếp từng pixel một

+ Dựa trên các lý thuyết mô phỏng (lý thuyết Fractal, v.v) để xây dựng nên hình ảnh mô phỏng của sự vật

+ Phương pháp rời rạc hoá (số hoá) hình ảnh thực của đối tượng

+ Có thể sửa đổi (image editing) hoặc xử lý (image processing) mảng các pixel thu được theo những phương pháp khác nhau để thu được hình ảnh đặc trưng của đối tượng

1.2.2.2 Kỹ thuật đồ họa Vector

Đồ họa vector sử dụng các đối tượng hình học cơ bản như điểm, đường thẳng, đường cong hoặc đa giác, đường tròn, elip dựa vào các công thức toán học để biểu diễn hình học

Đồ họa vector dựa trên các hình ảnh được tạo bởi các vector (còn được gọi là các đường hoặc nét) được định nghĩa bằng các điểm điều khiển Mỗi điểm đều có tọa

độ x và y trên mặt phẳng làm việc và hướng của vector (còn gọi là track) Mỗi track có thể được gán cả màu sắc, hình dáng, độ dày nét và nền tô bên trong hình

Ảnh vector khi zoom to không bị nứt nét hoặc nhòe và không ảnh hưởng đến kích thước của file dữ liệu bởi vì các thông tin được lưu dưới dạng cấu trúc chứ không phải điểm ảnh như đồ họa mành (raster graphics)

Khi in ấn, các file đồ họa vector được in dưới dạng ảnh bitmap sau khi chuyển từ dạng vector sang bitmap

Các phần mềm CAD đều dùng đồ họa vector

Hình 1.6 Mô hình đồ hoạ vector

- Mô hình hình học cho mô hình hoặc hình ảnh của đối tượng

- Xác định các thuộc tính của mô hình hình học này

- Quá trình tô trát (rendering) để hiển thị từng điểm của mô hình, hình ảnh thực của đối tượng

Có thể định nghĩa đồ hoạ vector: Đồ hoạ vector = geometrical model + rendering

Đồ hoạ điểm (Raster Graphics)

- Hình ảnh và mô hình của các vật

thể được biểu diễn bởi tập hợp các

điểm của lưới (grid)

- Thay đổi thuộc tính của các pixel

=> thay đổi từng phần và từng vùng

của hình ảnh

- Copy được các pixel từ một hình

ảnh này sang hình ảnh khác

Đồ hoạ vector (Vector Graphics)

- Không thay đổi thuộc tính của từng điểm trực tiếp

- Xử lý với từng thành phần hình học cơ sở của nó và thực hiện quá trình

tô trát và hiển thị lại

- Quan sát hình ảnh và mô hình của hình ảnh và sự vật ở nhiều góc độ khác nhau bằng cách thay đổi điểm nhìn và góc nhìn

Bảng 1.1 Đồ hoạ điểm và Đồ hoạ vector

Ví dụ về hình ảnh đồ hoạ Vector

Hình 1.7 Ví dụ về đồ hoạ vector

1.1.3 Các chuẩn giao diện của hệ đồ hoạ

Mục tiêu căn bản của phần mềm đồ hoạ được chuẩn là tính tương thích Khi các công cụ được thiết kế với hàm đồ hoạ chuẩn, phần mềm có thể được di chuyển một cách dễ dàng từ hệ phần cứng này sang hệ phần cứng khác và được dùng trong nhiều cài đặt và ứng dụng khác nhau

GKS (Graphics Kernel System): chuẩn xác định các hàm đồ hoạ chuẩn, được thiết kế như một tập hợp các công cụ đồ hoạ hai chiều và ba chiều

GKS Functional Description, ANSI X3.124 - 1985.GKS - 3D Functional Description, ISO Doc #8805:1988

CGI (Computer Graphics Interface System): hệ chuẩn cho các phương pháp giao tiếp với các thiết bị ngoại vi

CGM (Computer Graphics Metafile): xác định các chuẩn cho việc lưu trữ và chuyển đổi hình ảnh

VRML (Virtual Reality Modeling Language): ngôn ngữ thực tại ảo, một hướng phát triển trong công nghệ hiển thị được đề xuất bởi hãng Silicon Graphics, sau đó đã được chuẩn hóa như một chuẩn công nghiệp

PHIGS (Programmers Hierarchical Interactive Graphics Standard): Xác định các phương pháp chuẩn cho các mô hình thời gian thực và lập trình hướng đối tượng PHIGS Functional Description, ANSI X3.144 - 1985.+ Functional Description,

1988, 1992

OPENGL thư viện đồ họa của hãng Silicon Graphics, được xây dựng theo đúng chuẩn của một hệ đồ họa năm 1993

DIRECTX thư viện đồ hoạ của hãng Microsoft, Direct X/Direct3D 1997

1.1.4 Phần mềm đồ hoạ (Graphics Software)

* 3Ds Max.

Autodesk® 3ds Max® đã từng được biết đến với tên 3D Studio MAX là một phần mềm đồ họa vi tính ba chiều (3D graphics application) của công ty Autodesk Media & Entertainment, hoạt động trên hệ điều hành Windows Win32 hoặc Win64 Phiên bản của 3ds Max vào năm 2006 là 3ds Max 9

Hình 1.8 Giao diện phần mềm 3Ds Max

Hình 1.9 Giao diện giữa người sử dụng và hệ thống máy tính 3D

* Thư viện xử lý đồ họa OpenGL

OpenGL là một tiêu chuẩn kỹ thuật đồ họa nhằm mục đích tạo ra một giao diện lập trình ứng dụng đồ họa 3D được phát triển đầu tiên bởi Silicon Graphic, Inc OpenGL đã trở thành một chuẩn công nghiệp và các đặc tính kỹ thuật của OpenGL do Uỷ ban kỹ thuật ARB OpenGL cho phép phát triển các ứng dụng đồ họa sử dụng nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau như C/C++, Java, Delphi, v.v…, tuy

nhiên OpenGL cũng có thể được dùng trong ứng dụng đồ họa 2D Giao diện lập trình này chứa khoảng 250 hàm để vẽ các cảnh phức tạp từ những hàm đơn giản và được ứng dụng rộng rãi trong các trò chơi điện tử Ngoài ra còn được dùng trong các ứng dụng CAD, thực tại ảo, mô phỏng khoa học, mô phỏng thông tin, phát triển trò chơi OpenGL sử dụng hệ tọa độ theo quy tắc bàn tay phải

1.1.5 Phần cứng đồ hoạ (Graphics Hardware)

Các thành phần phần cứng của hệ đồ hoạ tương tác:

 CPU: thực hiện các chương trình ứng dụng

 Bộ xử lý hiển thị (Display Processor): thực hiện công việc hiển thị dữ liệu đồ hoạ

 Bộ nhớ hệ thống (System Memory): chứa các chương trình và dữ liệu đang thực hiện

 Gói phần mềm đồ hoạ (Graphics Package): cung cấp các hàm đồ hoạ cho chương trình ứng dụng

 Phần mềm ứng dụng (Application Program): phần mềm đồ hoạ ứng dụng

 Bộ đệm ( Frame buffer): có nhiệm vụ chứa các hình ảnh hiển thị

 Bộ điều khiển màn hình (Video Controller): điều khiển màn hình, chuyển dữ liệu dạng số ở frame buffer thành các điểm sáng trên màn hình

Hình 1.10 Các thành phần cứng của hệ đồ hoạ tương tác

1.1.6 Các ứng dụng cơ bản của đồ hoạ 3D

Đồ hoạ 3D đang được nghiên cứu ứng dụng trong mọi lĩnh vực một cách mạnh

mẽ hiện nay là: Khoa học kỹ thuật, kiến trúc, quân sự, giải trí, du lịch, địa ốc và đáp ứng mọi nhu cầu: Nghiên cứu - Giáo dục - Thương mại - dịch vụ Bên cạnh các ứng dụng truyền thống ở trên, cũng có một số ứng dụng mới nổi lên trong thời gian gần đây của đồ hoạ 3D như: đồ hoạ 3D ứng dụng trong sản suất, trong ngành rôbốt, trong hiển thị thông tin (thăm dò dầu mỏ, hiển thị thông tin khối, …) đồ hoạ 3D có tiềm năng ứng dụng vô cùng lớn Có thể nói: Mọi lĩnh vực “có thật” trong cuộc sống đều có thể ứng dụng “thực tế ảo” để nghiên cứu và phát triển hoàn thiện hơn

Một lĩnh vực đầy hứa hẹn là việc sử dụng trưng bày ảo 3D trong giáo dục - giải trí, cụm từ này đang được sử dụng rộng rãi, nó thể hiện cho một nền giáo dục hiện đại không theo khuôn phép truyền thống, điều đó có nghĩa là vừa có thể học và vừa có thể giải trí trong khi học sinh đang tham gia một kịch bản nhập vai nào đó hoặc có thể tham gia một trò chơi trên thực tế tương tác nhập vai có thể nắm bắt được sự chú ý của người sử dụng hệ thống, cùng một lúc có thể cung cấp nhiều thông tin không giống như phương pháp trước đây khi sử dụng hệ thống không phải là đa phương tiện Ngoài ra, trưng bày ảo 3D là một cách thể hiện rất hiện đại của sự tương tác giữa người dùng và máy tính nó không dừng lại ở việc người dùng chỉ sử dụng máy tính với những mục đích cho công việc, mà nó còn mở ra vô vàn những thứ hấp dẫn khác với người sử dụng hệ thống mà người dùng như đang hóa thân thành nhân vật được khám phá nhiều nơi mà mình chưa biết

Trên đây là khái niệm chung nhất về trưng bày ảo 3D, nó có rất nhiều ưu điểm và một sự thể hiện rất tốt cho trưng bày ảo chính là phòng truyền thống ảo 3D Về mặt bản chất, phòng truyền thống ảo là một bản sao của phòng truyền thống thực

Như vậy chúng ta thấy được ý nghĩa to lớn của việc ứng dụng đồ hoạ 3D, bởi những vấn đề khó khăn mà nếu không có đồ hoạ 3D thì có thể nói là khó lòng mà giải quyết, hay nếu có thể giải quyết được thì hiệu quả không cao và chi phí sẽ rất tốn kém Còn khi ứng dụng đồ hoạ 3D vào, thì những vấn đề đó trở lên hết sức đơn giản, và hiệu quả của nó mang lại thì thực sự là to lớn, kể cả vật chất lẫn tinh thần

Một số ví dụ của ứng dụng kỹ thuật đồ hoạ:

Hình 1.11 Các ứng dụng của kỹ thuật đồ hoạ

1.2 Bài toán số hóa hiện vật 3D

1.2.1 Giới thiệu bài toán số hóa

Hiện nay, trong xu thế phát triển để hội nhập, chúng ta đang phấn đấu chuyển dần từ dữ liệu truyền thống sang dữ liệu điện tử Đây là một xu hướng tất yếu Tuy nhiên, để xây dựng một dữ liệu điện tử theo đúng nghĩa cần có một số quan điểm thống nhất và lựa chọn những bước đi thích hợp, trong đó, cần tập trung quan tâm đến khâu số hóa hiện vật, bởi đây là khâu cơ bản nhất trong quá trình xây dựng một dữ liệu điện tử

Thực tại ảo chia thành 2 khối công việc chính: Mô hình hóa và điều khiển

- Mô hình hóa là quá trình chúng ta số hóa đối tượng đưa vào máy tính

- Quá trình thứ 2 là điều khiển các đối tượng đã được mô hình

Vì vậy việc mô hình hóa hay số hóa đối tượng là một trong những bước rất quan trọng Nó là yếu tố quyết định cho sự thành công của bất cứ một ứng dụng

thực tại ảo nào

Ví dụ: số hóa cấu kiện kiết trúc, các chi tiết máy móc cần độ chính xác cao Hay số

hóa các vật thể trong bảo tàng cũng cần độ chính xác để người xem như cảm nhận được đang đứng trong không gian thật (Việc số hóa hiện vật rất quan trọng, quan trọng hơn cả lập trình) Như vậy việc tìm hiểu công nghệ số hóa hiện vật 3D là rất quan trọng và tùy từng đối tượng cần số hóa chúng ta áp dụng những phương pháp khác nhau

* Số hoá

Hình 1.12 Số hóa tài liệu

Thuật ngữ “số hoá” (tiếng Anh: Digitization) được sử dụng để chỉ quá trình chuyển đổi dữ liệu truyền thống sang dữ liệu số mà máy tính điện tử có thể hiểu được Thông thường, các dữ liệu truyền thống bao gồm các dạng tài liệu: văn bản, bằng khen, giấy khen, tranh vẽ, bản đồ, băng hình, băng ghi âm… sử dụng trên máy tính và được máy tính nhận biết đúng định dạng, được gọi chung là dữ liệu số

Vậy, tài liệu số hóa có nguồn gốc từ tài liệu điện tử, nhưng không đồng nhất với tài liệu điện tử Tài liệu số hóa trở thành tài liệu điện tử qua quá trình số hóa dữ liệu Đây là quá trình chuyển các dạng dữ liệu truyền thống như các bản viết tay, bản in trên giấy, hình ảnh… sang chuẩn dữ liệu trên các phương tiện điện tử và được các phương tiện đó nhận biết được gọi là số hóa dữ liệu và chúng trở thành dữ liệu số Từ đó, về mặt lý thuyết, ta hiểu số hóa dữ liệu là quá trình chuyển các dạng dữ liệu truyền thống sang chuẩn dữ liệu trên máy tính và được máy tính nhận biết

* Mục tiêu của việc số hóa tài liệu lưu trữ

Hãy tưởng tường rằng phải mất bao nhiêu giấy tờ và không gian để lưu trữ kho kiến thức khổng lồ của nhân loại ngày một nhiều; hơn nữa việc bảo quản và phạm vi

sử dụng bị hạn chế Do vậy bắt buộc chúng ta phải nghĩ đến giải pháp số hóa dữ liệu Việc số hóa dữ liệu sẽ giúp việc lưu trữ, truy xuất, chi sẻ, tìm kiếm thông tin một cách nhanh chóng và dễ dàng nhất

Thông qua các công việc cụ thể của việc số hóa dữ liệu, chúng ta mong muốn đạt được các mục đich là xử lý các quy trình nghiệp vụ lưu trữ được tối ưu Muốn đạt được những mục tiêu đó, các kho lưu trữ phải thực hiện các thao tác thuộc quy trình số hóa tài liệu là chuyển đổi tài liệu lưu trữ dạng thông thường, vẫn quen gọi là tài liệu có

“tín hiệu tương tự” (analog) sang dạng tài liệu số, hoặc dữ liệu số (digital) Từ đó, chúng ta đạt được những mục tiêu cơ bản như:

a) Kéo dài tuổi thọ của tài liệu lưu trữ bản gốc

Đây cũng chính là giải pháp của quy trình bảo quản và bảo hiểm tài liệu lưu trữ

mà bấy lâu, cơ quan quản lý ngành lưu trữ vẫn đang trăn trở

b) Đồng nhất các loại hình tài liệu

Với phương pháp quản lý tài liệu lưu trữ truyền thống, chúng ta phải bảo quản tài liệu với các vật mang tin của từng loại hình tài liệu lưu trữ riêng, như: tài liệu giấy, tài liệu phim ảnh, phim điện ảnh, tài liệu ghi âm , vì các chế độ bảo quản tài liệu như chế độ nhiệt độ, độ ẩm, ánh sáng khác nhau; hoặc thiết bị phục vụ khai thác, sử dụng từng tài liệu đó cũng khác nhau Nhưng với dữ liệu số, chúng ta đã loại trừ được hầu hết sự khác biệt đó, tạo thuận lợi cho người sử dụng

c) Quản lý, khai thác tập trung

Với sự tối ưu đã phân tích trên, đương nhiên, toàn bộ các dữ liệu số hóa, không phân biệt chúng có nguồn gốc từ tài liệu có vật mang tin gì, đều có thể quản lý trong một cơ sở dữ liệu, tạo sự tối ưu cho người sử dụng Thông qua việc số hóa tài liệu lưu trữ, độc giả không phụ thuộc vào các kho bảo quản riêng biệt tài liệu lưu trữ khác nhau, và không phải gắn mình vào một không gian nhất định của một phòng đọc khi khai thác, sử dụng tài liệu lưu trữ Từ đó, các cơ quan lưu trữ có thể tạo cho độc giả tăng khả năng tiếp cận, sử dụng tài liệu được nhanh chóng, chính xác và tiện lợi

1.2.2 Quy trình số hóa

Hình 1.13 Quy trình số hóa

Lựa chọn phương pháp tinh chỉnh mô hình ở hình 2 chính là việc mình giảm thiểu mô hình để lưu vào cơ sở dữ liệu Và sử dụng dữ liệu đó cho những nhu cầu tiếp theo của

lập trình viên

1.2.3 Ưu điểm và hạn chế

Khi đặt yêu cầu số hóa tài liệu lưu trữ, cũng không nên tuyệt đối hóa một chiều

về sự tối ưu của chúng, để chúng ta biết trước các điều kiện nào cần có, để có thể xây dựng được một đề án số hóa tài liệu lưu trữ cho cơ quan mình Với mục tiêu được đặt

ra, ta cần biết được chi tiết những ưu điểm và hạn chế của dữ liệu số hóa

a) Ưu điểm

- Giúp việc lưu trữ, truy xuất, chia sẻ, tìm kiếm thông tin một cách dễ dàng Ưu điểm này bao gồm tổng hoà các thuận tiện trong công tác quản lý, bảo quản, bảo vệ, khai thác và sử dụng tài liệu lưu trữ với một ngân hàng dữ liệu số;

- Linh hoạt trong việc chuyển đổi sang các loại dữ liệu số khác nhau Sự chuyển đổi phổ biến nhất là chuyển đổi định dạng các file tài liệu Ví dụ, ta đang có một file word, có thể chuyển sang định dạng PDF nhờ một chương trình ứng dụng để chuyển đổi nó Ứng dụng đó có thể là một chương trình độc lập, hoặc là một kỹ thuật nhúng tích hợp vào chương trình word, hoặc là một ứng dụng on line Dữ liệu sau khi chuyển đổi sẽ được sử dụng linh hoạt hơn

- Giảm chi phí tối đa cho việc quản lý tài liệu lưu trữ Chúng ta hiểu tiết kiệm không gian bảo quản tài liệu lưu trữ một cách tương đối, vì theo quy định của Luật lưu trữ, tài liệu lưu trữ đã được số hóa, vẫn phải bảo quản an toàn tài liệu bản gốc

- Có khả năng chỉnh sửa và tái sử dụng dữ liệu Ở thuận lợi này ta cần hiểu “khả năng chỉnh sửa” theo đúng nguyên tắc quản lý tài liệu lưu trữ là không được chỉnh sửa nội dung tài liệu, mà chỉ chỉnh sửa chất lượng mang tin, như tài liệu bị mờ, bị hư hỏng nặng cần chỉnh sửa

b) Những hạn chế cần khắc phục của tài liệu số hóa

- Khi bắt đầu xây dựng một đề án số hóa tài liệu lưu trữ, cần phải đầu tư ban đầu

về công nghệ, cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin và các thiết bị khác, ví dụ, cần phải đầu tư mua sắm, hoặc thuê từng phần các thiết bị phần cứng như máy tính, máy in, máy quét ảnh và các chương trình phần mềm để quản lý và tra tìm tài liệu Khi đã có

đầy đủ các thiết bị phần cứng, phần mềm, việc thực hiện số hóa tài liệu có thể thuê các

cơ quan chuyên môn thực hiện Ngoài ra, điều rất quan trọng là phải đầu tư cho yêu cầu đào tạo con người theo các mức độ khác nhau như đào tạo công chức làm quản lý, công chức, viên chức tác nghiệp và những cán bộ kỹ thuật, cán bộ chuyên tin

- Bất tiện thứ hai là dữ liệu số hóa dễ bị sao chép và sửa đổi trái phép Điều này

có thể khắc phục giản đơn đối với những người chuyên làm công tác quản trị mạng, nhưng không giản đơn đối với toàn bộ công chức, viên chức của cả một cơ quan, tổ chức có sử dụng cơ sở dữ liệu số hóa Với phương pháp bảo vệ dữ liệu ở ba cấp: cấp mạng, cấp cơ sở dữ liệu và cấp người sử dụng, người ta có thể loại trừ được sự bất tiện này Nhưng một cơ quan đông người, rất khó có thể quản lý được từng người ở từng cấp Ví dụ, cấp độ 3 là bảo vệ dữ liệu ở người sử dụng, một số người trong cơ quan tổ chức được quyền miễn trừ nguyên tắc này để họ có đủ quyền, kể quyền quản trị cơ sở

dữ liệu Nhưng chính một số cá nhân có quyền quản trị mạng lại sao chép cho riêng mình toàn bộ cơ sở dữ liệu thì sao (?)

- Khó khăn thứ ba, cũng như đã đề cập một phần ở phần viết trên là, việc triển khai sử dụng cơ sở dữ liệu số hóa phải đào tạo đồng bộ và có hệ thống để tất cả cán bộ công chức, viên chức của cơ quan, tổ chức đều có thể sử dụng được tài liệu số đúng phương pháp và nguyên tắc

- Một khó khăn có liên qua đến vấn đề đã nêu, là chế độ bảo mật dữ liệu Thông thường, tài liệu còn chế độ mật thì chưa được số hóa Nhưng sự phân biệt giữa tài liệu mật và tài liệu không mật chỉ là tương đổi Nhiều tài liệu được sử dụng rộng rãi, nhưng qua diễn biến xã hội ở trong nước và quan hệ quốc tế, tài liệu đó có thể phục hồi độ mật Vì vậy, trong một cơ sở dữ liệu, có thể không bị mất dữ liệu, hoặc không bị sao chép, nhưng bị lộ thông tin tài liệu mật

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT SỐ HÓA 3D 2.1 Các dạng hình học cơ bản

“Trái tim” của đồ hoạ 3D ̣ là các dạng hình học, đặc biệt là các dạng hình học 3D

Đồ hoạ 3D hỗ trợ rất nhiều các dạng hình học cơ bản đến phức tạp Trong phần này chúng chỉ đi nghiên cứu những dạng hình học cơ bản: Shape, Cube, Cylinder, Cone, Sphere, Pyramid Phần Shape được đề cập đầu tiên vì nó là “thành phần cha”, nó có thể chưá một hoặc nhiều thành phần khác bên trong

2.1.1 Shape

Thành phần Shape có thể chứa cả các thành phần hình học và các thành phần thể hiện hình dạng (sẽ được để cập ở phần sau) cho một đối tượng 3D Như vậy, một đối tượng 3D thường chứa nhiều các thành phần Shape khác nhau, mỗi một Shape sẽ liên kết các thành phần hình học (geometry) với những thành phần thể hiện hình dạng (appearance)

2.1.2 Cube

Lập phương là một Platon ba chiều có 6 mặt đều là hình vuông, cứ 3 cạnh gặp nhau tại 1 đỉnh, có 4 đường chéo cắt nhau tại một điểm Lập phương là tập hợp những

điểm nằm bên trong và các điểm nằm trên các mặt

Hình 2.1 Định nghiã các thành phần của một Cube 3D

2.1.3 Cylinder

Hình trụ là đối tượng được tạo ra từ thẻ Cylinder có tâm tại toạ độ (0 0 0), có bán kính quy định qua thuộc tính radius và chiều qua quy định qua trường height

Hình 2.2 Định nghiã các thành phần của một Cylinder 3D

2.1.4 Cone

Cone (Cone) được gây ra bởi sự chuyển động thông qua một dòng đơn giản thẳng qua điểm nơi cố định điểm duy trì bởi những khúc cua hẹp Bong Điểm cố định được gọi là đỉnh V (Vertex) tất cả các điểm trên bề mặt của hình nón nên hình nón trên đường mà vượt qua tán các đỉnh của một hình nón

Hình 2.3 Định nghiã các thành phần của một Cone 3D

2.1.5 Sphere

Sphere là tập hợp các điểm trong không gian 3D mà đuôi của nó từ một điểm

cố định Một khoảng cách không đổi, điểm cố định được gọi là trung tâm (Center) của một hình cầu và một khoảng cách cố định gọi Bán kính của hình cầu (bán kính) của bầu

Hình 2.4 Định nghiã các thành phần của một Sphere 3D

Với các đối tượng cơ bản như hình hộp, hình cầu, hình nón Ta có thể sử dụng phương pháp lập trình, sử dụng bộ thư viện chuyên về 3D (vd OpenGL ) để số hóa chúng với những tập lệnh cơ bản

Chúng ta có thể nhìn thấy trên hình vẽ là hình hộp và hình cầu: sau khi đã được gán texture (kết cấu) đã tạo ra được một vật là hộp gỗ và trái đất

2.1.6 Ưu và nhược điểm

- Ưu điểm:

+ Có thể áp dụng với những vật hình thù đơn giản, hình hộp, hình cầu…

+ Sử dụng một số thư viện đồ họa hỗ trợ như OpenGL,… Cho tốc độ tính toán nhanh, hiệu quả Vì sử dụng phương pháp từ tập lệnh do các thư viện đồ họa cung cấp nên ưu điểm nhanh

- Nhược điểm:

Không áp dụng được với những vật phức tạp

2.2 Kỹ thuật sử dụng máy quét 3 chiều

2.2.1 Khái niệm máy quét 3 chiều

Máy quét 3D là một thiết bị dùng để phân tích một vật thể trong thế giới thực hay môi trường để thu thập dữ liệu về hình dạng, kích thước, tính chất của vật thể đó Các dữ liệu sau khi thu thập thường được sử dụng để xây dựng lại mô hình kỹ thuật 3

chiều của đối tượng Scan 3D đã mở ra một bước ngoặt mới trong công nghệ 3D, bất

kỳ mô hình vật chất nào tồn tại trên thế giới đều được có thể mô hình hóa bằng dữ liệu

kĩ thuật số chỉ trong vòng vài giờ đồng hồ

Khác với máy Scan 2D được sử dụng rộng rãi trong đời sống hằng ngày thường dùng để Scan tài liệu, giấy tờ, hình ảnh Máy Scan 3D được ứng dụng trong lĩnh vực kĩ thuật Thu thập dữ liệu 3D là cần thiết cho một loạt các ứng dụng Các thiết bị này được sử dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp giải trí, sản xuất phim hay trò chơi điện tử Và một số ứng dụng phổ biến khác trong thiết kế công nghiệp, chế tạo dụng cụ chỉnh hình, tạo chân tay giả, kỹ thuật đảo ngược hay tạo mẫu, kiểm soát/kiểm tra chất lượng sản phẩm và các tài liệu liên quan đến văn hóa hiện vật

Hình 2.5 Máy quét 3 chiều

Như sơ đồ được trình bày ở phần 1: chúng ta cần phải phân loại hiện vật ra thành các nhóm khác nhau: Với nhóm hiện vật phức tạp như tượng, sọ người, chi tiết máy móc Cần phải sử dụng tới máy quét chuyên dụng Nó yêu cầu độ chính xác cao tới từng nano mét

Như trên hình là việc sử dụng máy quét, quét các hiện vật phức tạp như sọ người,

và chi tiết máy móc phức tạp đưa vào lưu trữ trong máy tính

2.2.3 Sử dụng máy quét với Planmeca Romexis

Một ảnh số được lấy mẫu và vẽ dưới dạng một hệ thống các điểm hay các nguyên tố ảnh được gọi là các pixel Mỗi pixel thể hiện một đơn vị màu (đen, trắng hoặc các gam màu khác) và về mặt số được biểu diễn dưới dạng các mã nhị phân (mã chỉ gồm các số 0 và/ hoặc 1) Các chữ số nhị phân (bit) trong mỗi pixel được ghi theo một trình tự nhất định trong máy tính, hoặc được rút gọn thành một công thức toán học Các số nhị phân này sẽ được máy tính dịch và đọc để tạo ra một hình ảnh analog hiện trên màn hình hoặc bản in

 Chẩn đoán chi tiết với hình ảnh 3D

Trong kỹ thuật hiện đại, nhu cầu cấy ghép đang tăng trưởng đều đặn, mà đã tạo

ra một nhu cầu cho hệ thống chụp ảnh X-ray cao cấp hơn Để đáp ứng nhu cầu của kỹ thuật phẫu thuật hiện đại và cung cấp rõ ràng, hình ảnh đáng tin cậy trong một định dạng ba chiều, Planmeca PROMAX 3D Max sử dụng nón chùm chụp cắt lớp (CBCT) công nghệ

Thiết bị hình ảnh sáng tạo, linh hoạt và năng động này sẽ mở ra mới khả năng cho các nhà nghiên cứu trên trang web Planmeca PROMAX 3D Max tuân thủ với vô

số các yêu cầu chẩn đoán và phân tích TMJ

Planmeca ProMax® 3D Max sản xuất có độ phân giải cao nghiên cứu, phân tích cấu trúc xương có sẵn, và vị trí chính xác cho việc cấy ghép Lập kế hoạch trước phẫu thuật đạt đến một cấp độ mới về độ chính xác

Impactions thách thức các nhà nghiên cứu Bằng cách sử dụng Planmeca PROMAX 3D Max, mọi góc độ và định hướng trở thành rõ ràng Chụp ảnh bất kỳ khu vực quan tâm là nỗ lực, là kích thước khối lượng bao gồm tất cả mọi thứ từ đủ kích thước hình ảnh với kích thước nhỏ nhất

Nghiên cứu Planmeca PROMAX 3D Max cung cấp trực quan đầy đủ của tất cả các lớp học của malocclusion Đây là thuận lợi rất lớn trong kế hoạch chỉnh hình Planmeca PROMAX 3D Max cung cấp những dữ liệu hình ảnh trong kỹ thuật chính xác tỉ lệ 1: 1, không có nhu cầu để sửa chữa cho độ phóng đại hình học

Planmeca PROMAX 3D Max cũng cung cấp độ phân giải cao nghiên cứu TMJ cho những đánh giá đúng sự thật và chính xác của các arthritides doanh, hình thái condylar, và các mối quan hệ condyle-hố

3DsMax thiên về dựng hình và render ảnh cho kiến trúc, xây dựng

MayA thiên về tạo dựng hoạt hình, hay Zbrush thiên về tạo hình với các hình thù phức tạp như các nhân vật hoạt hình, nhân vật tưởng tượng, Người Modelling hoàn toàn có thể sáng tạo với Zbrush

Planmeca Romexis® là một giải pháp phần mềm toàn diện cho việc xem và chế biến X quang 3D, hình ảnh 3D và quét bề mặt intraoral Sự kết hợp mạnh mẽ của các phương thức cung cấp thông tin chính xác nhất về kỹ thuật cho các nhu cầu khác nhau Phần mềm Planmeca Romexis thiết kế đặc biệt cho các công cụ implantologists, endodontists, periodontists

- 3D photo

- 3D surface scan Supported photo sources - Intraoral camera Digital camera or scanner

(import or TWAIN capture) Operating systems - Windows XP, Vista and Windows 7

- Windows 2003 Server

- Windows 2008 Server

- Mac OS X*

Image formats - JPEG or TIFF (2D image)

- DICOM (2D and 3D image)

- DICOM DIR Media Storage

- DICOM Print SCU

- DICOM Storage SCU

- DICOM Worklist SCU

- DICOM Query/Retrieve

- DICOM Storage Commitment

- DICOM MPPS

- PMBridge (patient information and images)

- VDDS (patient information and images) InfoCarrier (patient information)

- Datagate (patient and user information) Installation options Client–Server Java Web Start deployment

Bảng 2.1 Phần mềm hình ảnh Planmeca Romexis®

 Chẩn đoán 3D thuận tiện: Quan điểm render Planmeca Romexis 3D mang lại một cái nhìn tổng quan trước mắt của số hóa và phục vụ như một công cụ giáo dục tuyệt vời cho giáo viên Các hình ảnh có thể được xem ngay lập tức từ dự khác nhau hoặc chuyển đổi thành hình ảnh toàn cảnh

 Hướng liên tục:Nghiên cứu có thể nhanh chóng chuyển đổi thành các bản in nhiều trang hoặc trao trên các phương tiện thông Planmeca Romexis® Viewer miễn phí Các trường hợp có thể được liên tục chuyển giao cho các thiết bị di động mà còn

- Client workstation and database server

• Planmeca Romexis 3D Explorer

• Database server

• Planmeca Romexis Image Database

- The client workstation and database server can also be in separate computers

Số hóa hiện vật 3D dựa vào phần mềm:

Hình 2.6 Số hóa hiện vật 3D dựa vào phần mềm

Quy trình có thể thực hiện như hình sau: Lựa chọn đối tượng cần số hóa, ko phức tạp quá Ví dụ như cái bàn trên, bằng các kỹ thuật mô hình của người tạo hình, có thể tạo ra một chiếc bàn như hình 3 Sau đó tạo một ảnh texture gán vào chiếc bàn màu xám Ta được một chiếc bàn gỗ hoàn chỉnh

2.4 Kỹ thuật Marching cubes

2.4.1 Ý tưởng

Được phát minh bởi William E Lorensen và Harvey E Cline vào năm 1987 Ý tưởng của thuật toán là chia khối dữ liệu thành các khối lập phương, mỗi khối lập phương được tạo từ 8 voxel nằm kề nhau Sau đó xác định một mặt đi xuyên qua mỗi khối lập phương, tín toán các vector pháp tuyến, tiếp tục đến các khối lập phương tiếp theo Từ đó ta có thể xấp xỉ một bề mặt bởi một lưới tam giác Tổng số tổng hợp của

tất cả các đa giác được tạo ra sẽ là một bề mặt xấp xỉ với một bộ dữ liệu mô tả

2.4.2 Cách thức thực hiện

- Lần lượt duyệt qua mỗi cell

- Tính toán trạng thái trong/ ngoài của mỗi đỉnh

- Tạo một chỉ mục để lưu trữ giá trị nhị phân của mỗi đỉnh

- Sử dụng các chỉ số để xác định trường hợp mặt phẳng đi qua cell

- Sử dụng nội suy tuyến tính để tính giao điểm của mặt phẳng và các cạnh

* Cách thức thực hiện được mô tả như sau

Cách xác định 8 voxel nằm kề nhau: giả sử khối dữ liệu có kích thước M x N x

L 8 voxel được xác định là (i, j, k), (i+1, j, k), (i, j+1, k), (i+1, j+1, k), (i, j, k+1), (i+1, j, k+1), (i, j+1, k+1), (i+1, j+1, k+1) trong đó 1 ≤ i <M,1 ≤ j <N, 1 ≤ k < L

Xét một tế bào trong khối dữ liệu thì có 3 trường hợp xảy ra :

Tất cả các đỉnh lớn hơn giá trị isovalue Tất cả các đỉnh nhỏ hơn giá trị isovalue

Có cả đỉnh lớn hơn và đỉnh nhỏ hơn giá trị isovalue

Hình 2.7 Chọn một tế bào từ khối dữ liệu

Ta xây dựng mặt phẳng đi xuyên khối lập phương với giả thiết nếu giá trị thì đỉnh đó nằm bên trong mặt phẳng và ngược lại nếu giá trị đỉnh nhỏ hơn giá trị isovalue thì đỉnh đó nằm ngoài