Nghiên cứu ảnh hưởng của cấu trúc hình học của vải đến một số thông số cấu trúc vải dệt thoi một lớp

Góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp may thời trang Việt Nam tôi lựa chọn đề tài: '' Xây dựng mô hình 3D mô phỏng hình dạng, cấu trúc, kích thước cơ thể và hình trải bề mặt

-

ĐINH MAI HƯƠNG

X¢Y DùNG M¤ H×NH 3D M¤ PHáNG H×NH D¹NG, CÊU TRóC, KÝCH TH¦íC C¥ THÓ Vµ H×NH TR¶I BÒ MÆT C¥ THÓ Tõ 3D SANG 2D

§èI T¦îNG HäC SINH N÷ TIÓU HäC §ÞA BµN THµNH PHè Hµ NéI

Sö DôNG TRONG THIÕT KÕ C¤NG NGHIÖP MAY

CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ VẬT LIỆU DỆT MAY

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với PGS.TS Phan Thanh Thảo,

người đã tận tâm hướng dẫn, khích lệ, dìu dắt tôi trên con đường khoa học, giúp tôi

hoàn thành luận án thạc sỹ khoa học này

Tôi xin chân thành cảm ơn toàn thể các Thầy giáo, Cô giáo Viện Dệt May –

Da giầy và Thời trang, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã giảng dạy, truyền

đạt cho tôi những kiến thức khoa học trong quá trình học tập và quá trình thực hiện

luận văn

Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu Trường Tiểu học Mai Động, nhóm

cộng sự cùng các em học sinh của Trường đã không quản ngại, nhiệt tình giúp tôi

thực hiện công việc đo đạc, thu thập số liệu một cách thuận 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

Hà Nội, ngày 10 tháng 9 năm 2012

Đinh Mai Hương

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, luận văn thạc sỹ khoa học " Xây dựng mô hình 3D mô

phỏng hình dạng, cấu trúc, kích thước cơ thể và hình trải bề mặt cơ thể từ 3D sang

2D đối tượng học sinh nữ tiểu học địa bàn thành phố Hà Nội sử dụng trong thiết

kế công nghiệp may" là công trình nghiên cứu, tìm hiểu của bản thân tôi do PGS

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 là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ

công trình nghiên cứu nào

Hà Nội, ngày 10 tháng 9 năm 2012

Đinh Mai Hương

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

LỜI CAM ĐOAN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC BẢNG BIỂU 5

DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ 6

MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG I NGHI N C U T NG QUAN 11

1.1 KỸ THUẬT MÔ PHỎNG 3D 11

1.1.1 Công nghệ tái tạo 11

1.1.2 Kỹ thuật quét 3 chiều sử dụng trong công nghệ tái tạo hình ảnh cơ thể người 12

1.1.2.1 Kỹ thuật chụp ảnh 2 chiều 13

1.1.2.2 Kỹ thuật quét bằng Lazer 14

1.1.2.3 Kỹ thuật quét sử dụng ánh sáng trắng 16

1.1.2.4 Ứng dụng của công nghệ quét 3D trong ngành công nghiệp may và thời trang 18

1.1.3 Phần mềm xử lý dữ liệu quét 3D Rapid Form XO Redesign (XOR3) 21

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG HÌNH TRẢI BỀ MẶT CƠ THỂ NGƯỜI 23

1.2.1 Cơ sở lý thuyết xây dựng hình trải bề mặt cơ thể người 23

1.2.2 Xây dựng hình trải bề mặt cơ thể người bằng phương pháp tiếp xúc 26

1.2.3 Một số công trình nghiên cứu xây dựng hinh trải bề mặt cơ thể người bằng phương pháp không tiếp xúc ứng dụng trong thiết kế trang phục 29

1.2.4 Phần mềm thiết kế theo tham số Pro – Engineer 37

KẾT LUẬN PHẦN T NG QUAN 39

CHƯƠNG 2 NGHI N C U THỰC NGHIỆM 41

2.1 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHI N C U 41

2.2 NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHI N C U 41

2.2.1 Xây dựng mô hình 3D mô phỏng hình dạng, cấu trúc, kích thước cơ thể học sinh nữ tiểu học địa bàn thành phố Hà Nội 41

2.2.1.1 Lựa chọn đối tượng trẻ em nữ có thông số kích thước cơ thể phù hợp với cỡ số chuẩn 41

2.2.1.2 Thực nghiệm quét 3D cơ thể người và xây dựng bộ dữ liệu số hóa 3D tái tạo mô hình cơ thể nữ học sinh nghiên cứu 45

2.2.1.3 Xây dựng mô hình 3D mô phỏng hình dạng, cấu trúc và kích thước cơ thể trẻ em nữ lứa tuổi tiểu học địa bàn thành phố Hà Nội 50

2.2.2 Xây dựng hình trải 2D từ mô hình 3D cho sản phẩm áo bó sát trẻ em nữ 56

2.2.3 Thiết kế phát triển mẫu mới sản phẩm áo váy trực tiếp trên mô hình 3D ảo mô phỏng cơ thể trẻ em nữ 65

KẾT LUẬN PHẦN NGHI N C U THỰC NGHIỆM 74

CHƯƠNG III KẾT QUẢ NGHI N C U VÀ BÀN LUẬN 75

3.1 KẾT QUẢ XÂY DỰNG MÔ HÌNH 3D ẢO MÔ PHỎNG HÌNH DẠNG, CẤU TRÚC, KÍCH THƯỚC CƠ THỂ HỌC SINH NỮ TIỂU HỌC ĐỊA BÀN THÀNH PHỐ HÀ NỘI 75

3.2 KẾT QUẢ XÂY DỰNG HÌNH TRẢI TỪ 3D SANG 2D CHO SẢN PHẨM THÂN ÁO BÓ SÁT TRẺ EM NỮ 79

3.3 KẾT QUẢ THIẾT KẾ PHÁT TRIỂN MẪU MỚI SẢN PHẨM ÁO VÁY 3D TRỰC TIẾP TRÊN MÔ HÌNH 3D ẢO MÔ PHỎNG CƠ THỂ NGƯỜI 83

KẾT LUẬN 91

TÀI LIỆU THAM KHẢO 91

PHỤ LỤC 1 94

PHỤ LỤC 2 101

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Phân bố cỡ số trong hệ thống cỡ số quần áo cơ thể học sinh nữ tiểu học

6-11 tuổi 42

Bảng 2.2 Bảng lựa chọn 8 cỡ số tối ưu 42

Bảng 2.3 Bảng kích thước chủ đạo và khoảng cỡ 43

Bảng 2.4 Danh sách 43 đối tượng trẻ em lựa chọn theo bảng 8 cỡ số chuẩn 44

Bảng 2.5 Thông số kỹ thuật của máy quét NX-16 3D Body Scanner 46

Bảng 2.6 Bộ dữ liệu số đo cơ thể theo tiêu chuẩn ASTM 1999 48

Bảng 2.7 Công thức thiết kế khối SEV (được thể hiện trong bảng 3.5 phần phụ lục) 65 Bảng 2.7: Bảng điều chỉnh thông số ma-nơ-canh trong Avatar của phần mềm VStitcher theo thông số mô hình mô phỏng cơ thể người 3D ảo của luận văn 73

Bảng 3.1: Danh sách 8 em học sinh nữ có thông số kích thước cơ thể phù hợp với 8 cỡ số chuẩn được chọn để mô phỏng 75

Bảng 3.2: Đánh giá sai số kích thước của mô hình 3D xây dựng 78

Bảng 3.2: Bảng so sánh kích thước diện tích và chu vi bề mặt 2D so với 3D 82

Bảng 3.3 So sáng kích của mẫu 2D được trải từ bề mặt cơ thể với mẫu thiết kế theo công thức khối SEV (phụ lục 2) 83

Bảng 3.4 Bảng phân loại hình quét 94

Bảng 3.5 công thức thiết kế dựng hình kết cấu cơ bản của khối SEV 99

DANH MỤC HÌNH ẢNH, ĐỒ THỊ

Hình 1.1 Sơ đồ bố trí hệ thống Lass 13

Hình 1.2 Nguyên lý đo tọa độ trong máy quét lazer 14

Hình 1.3 Sơ đồ máy quét 3D của ModelMaker 15

Hình 1.4 Các ví dụ chiếu ánh sáng 16

Hình 1.5 Dãy chiếu của mã nhị phân 17

Hình 1.6 Các hệ thống quét sử dụng ánh sáng trắng 17

Hình 1.7 Ví dụ của hệ thống tự động trích xuất kích thước cơ thể 19

Hình 1.8 Ví dụ một số ma-nơ-canh nhân trắc trên thị trường 19

Hình 1.9 Ví dụ về giải pháp thử ảo Vidya của hãng Assyst-Bullmer GmbH (Đức) 20

Hình 1.10 Ví dụ của phần mềm trang điểm của Stellure (New Zealand) 21

Hình 1.11 Ví dụ về các bề mặt có thể trải phẳng 24

Hình 1.12 Ví dụ về các bề mặt không thể trải phẳng 25

Hình 1.13 Trải phẳng bề mặt mô hình bằng phương pháp mặt phẳng cát tuyến 26

Hình 1.14 Trải phẳng bề mặt mô hình bằng Phương pháp đường nhân địa 27

Hình 1.15 Trải phẳng bề mặt mô hình bằng phương pháp đường nhân địa 28

Hình 1.16 Trải phẳng bề mặt mô hình bằng phương pháp định vị 29

Hình1.17 a) Sơ đồ các điểm đặc trưng 29

b) Các đường cong đặc trưng 29

c) Mô hình khung lưới bề mặt cơ thể người 30

Hình 1.18 Hình minh họa kết quả cắt lưới 31

Hình 1.19 Quá xây dựng hình trải từ 3D sang 2D 31

Hình 1.20 a Dữ liệu quét 3D của Manơcanh bất đối xứng 31

b Đường thiết kế trên mô hình 3D của Manơcanh 32

Hình 1.21 Mẫu áo thân trên với 22 chi tiết cho trang phục nữ bó sát hình dạng bất đối xứng 33

Hình 1.22 Mẫu áo thân trên với 17 chi tiết có đường may 33

Hình 1.23 Áo váy bó sát cho manơcanh nữ bất đối xứng 34

Hình 1.24 Thuật toán trải phẳng bằng lưới tam giác 36

Hình 1.25 a Lưới bề mặt 3D; b Nguyên tắc biến đổi hình học 37

Hình 2.1 Buồng quét gồm 16 cảm biến 46

Hình 2.2 Hình minh họa tư thế đứng trong buồng máy 47

Hình 2.3 Ví dụ minh họa dữ liệu quét 3D 47

Hình 2.4 a Điểm mốc đo nhân trắc theo tiêu chuẩn ASTM 1999 47

b Sơ đồ lấy số đo theo tiêu chuẩn ASTM 1999 48

Hình 2.5 a Dữ liệu đám mây điểm ban đầu của mô hình 50

b Mô hình bề mặt lưới sau khi loại bỏ điểm lóa, nhòe 51

Hình 2.6 Hình minh họa nhóm dữ liệu sau khi được liên kết 51

Hình 2.7 a Dịch chuyển mô hình để tạo sự cân xứng theo trục dọc cơ thể 52

b Xoay mô hình để tạo sự cân đối giữa phần thân trên và thân dưới 52

Hình 2.8 Quá trình xây dựng bề mặt, làm mịn hóa 53

Hình 2.9 Chia mô hình thành hai phần 54

Hình 2.10 Tạo đối xứng mô hình 54

Hình 2.11 Cắt bỏ tay của mô hình 55

Hình 2.12 Mô hình đã bỏ phần chân 55

Hình 2.13 Hệ thống lò xo trọng lượng tam giác 56

Hình 2.14 a Chiều cao mặt cắt 59

b Chu vi mặt cắt ngang qua cơ thể 59

Hình2.15 Mô hình khung lưới bề mặt 60

Hình 2.16 Quá trình bề mặt hóa mô hình 60

Hình 2.17 Đặt tên cho từng bề mặt nhỏ của mô hình 61

Hình 2.18 Quá trình trải phẳng bề mặt 62

Hình 2.19 Quá trình ghép nối các chi tiết phẳng của nẹp áo thân trước 63

Hình 2.20 Quá trình thực hiện việc xuất File CAD cho các phần mềm chuyên dụng 2D 64

Hình 2.21 Sơ đồ hướng dẫn đo kích thước 65

Hình 2.22 a Đường viền chu vi vòng bụng, vòng mông cơ thể người 3D ảo 66

b Kết hợp đường viền vòng bụng và vòng mông 67

Hình 23 Mô hình khung lưới bề mặt sản phẩm áováy 67

Hình 2.24 Mô hình bề mặt mịn hóa sản phẩm áo váy thiết kế 68

Hình 2.25 Đường kết cấu cơ bản của sản phẩm mới 69

Hình 2.26 Chia nhỏ bề mặt sản phẩm 69

Hình 2.27 Trải phẳng các bề mặt thân trước 70

Hình 2.28 Ghép nối các các chi tiết phẳng của chi tiết thân trước áo váy 70

Hình 2.29 Nhập dữ liệu vào hệ thống Accumark PDS của phần mềm Geber (Ảnh chụp từ màn hình) 71

Hình 2.30 Quy định vải và đường may ráp 72

Hình 2.31 Điều chỉnh thông số ma-nơ-canh trong phần mềm VStitcher 72

Hình 2.32 Mặc thử mẫu lên ma-nơ-canh 73

Hình 3.1 Dữ liệu số hóa 3D (Ảnh chụp từ màn hình Rapidform) 76

Hình 3.2 Mô hình 3D ảo mô phỏng cơ thể trẻ em nữ nghiên cứu (Ảnh chụp từ màn hình Rapidform) 77

Hình 3.3 Mặt cắt và kích thước đo một số vị trí trên mô hình 78

Hình 3.4 Thang màu sắc xác định dung sai bề mặt trong khoảng ± 0.25mm 79

Hình 3.5 a Sơ đồ mặt trước mô hình khung lưới 79

b Sơ đồ mặt sau mô hình khung lưới; c Sơ đồ mô hình khung lưới bề mặt (Ảnh chụp từ màn hình của phần mềm Rapidform) 80

Hình 3.6 Mô hình bề mặt hóa sản phẩm áo (Ảnh chụp từ màn hình của phần mềm Rapidform) 80

Hình 3.7 Kết quả trải phẳng mô hình 3D cơ thể người sang mẫu thiết kê 2D, thu được 7 mảnh chi tiết (Ảnh chụp từ màn hình của phần mềm AutoCad) 81

Hình 3.8 Sơ đồ đo diện tích của mô hình 2D 81

Hình 3.9 a Sơ đồ mặt trước mô hình khung lưới 83

b.Mô hình bề mặt hóa sản phẩm áo váy (Ảnh chụp từ màn hình của phần mềm Rapidform) 84

Hình 3.10 Thiết kế đường kết cấu, trang trí của sản phẩm trên mô hình sản phẩm áo váy 3D (Ảnh chụp từ màn hình của phần mềm Rapidform) 84

Hình 3.11.Mặt cắt ngang bụng của của mô hình người mô phỏng và sản phẩm áo váy 85

Hình 3.12 Chia nhỏ bề mặt sản phẩm để trải phẳng (Ảnh chụp từ màn hình của phần mềm Rapidform) 85

Hình 3.13 Bộ mẫu thiết kế áo váy trẻ em (Ảnh chụp từ màn hình của hệ thống Accumark PDS của phần mềm Geber) 86

Hình 3.14 Mẫu áo váy được mặc trên người mẫu 3D ảo của phần mềm VStitcher 86 Hình 3.15 Biểu đồ xác định áp lực của vải lên cơ thể khi mặc thử mẫu áo váy trên người mẫu 3D ảo của phần mềm Vstitcher 87

Hình 3.16 Kết cấu cơ bản phần trên trang phục áo nữ 107

MỞ ĐẦU

Ngành công nghiệp Dệt may có bề dày lịch sử phát triển, đóng góp quan

trọng trong chiến lược phát triển kinh tế - xã hội của đất nước Là một ngành quan

trọng trong nền kinh tế của nước ta vì nó phục vụ nhu cầu thiết yếu của con người,

giải quyết được nhiều việc làm cho xã hội, sản phẩm dệt may của Việt Nam được

xuất đi rất nhiều nơi và Việt Nam có tên trong top 10 nước xuất khẩu dệt may lớn

nhất thế giới

Tuy nhiên, chất lượng tăng trưởng vẫn đang là vấn đề lớn đặt ra đối với

ngành Dệt May Việt Nam Các sản phẩm cao cấp chậm được cải tiến, giải quyết

được việc làm cho nhiều lao động nhưng tỷ lệ lao động có tay nghề cao, có kỹ năng

kỹ xảo còn thấp, công nghiệp phụ trợ ngành may chưa phát triển, mặc dù đã có

nhiều nỗ lực trong nhiều năm Đây là những nguyên nhân cơ bản dẫn đến hiệu quả

sản xuất kinh doanh ngành Dệt May còn thấp Vì vậy, muốn nâng cao chất lượng,

tăng sức cạnh tranh thì ngành Dệt may phải phát huy vai trò động lực của khoa học

công nghệ trong sản xuất kinh doanh, muốn làm được điều đó thì ngành cần phải

đầu tư cho đổi mới công nghệ

Thiết kế sản phẩm đảm bảo sự vừa vặn, thoải mái cho người mặc là mục tiêu

quan trọng của ngành công nghệ may thời trang Hiện nay, chúng ta đang sử dụng

các phương pháp thiết kế chính là: thiết kế theo phương pháp tính toán và phương

pháp thiết kế trên mô hình ma-nơ-canh Tuy nhiên, vẫn chưa có hệ thống công thức

thiết kế phù hợp và việc thiết kế vẫn dựa trên kinh nghiệm Ngành công nghiệp may

và thời trang Việt Nam hiện nay chủ yếu sử dụng ma-nơ-canh có xuất xứ từ Trung

Quốc, Đài Loan và Nhật Bản…, các phần mềm hỗ trợ thiết kế đang sử dụng là của

nước ngoài, vì vậy các ma-nơ-canh và các mô hình 3D ảo mô phỏng cơ thể người

của các phần mềm hỗ trợ thiết kế có nhiều điểm khác biệt so với đặc điểm cơ thể

người Việt Nam, các mẫu thiết kế trên những ma-nơ-canh này thường không đảm

bảo sự phù hợp với người tiêu dùng trong nước

Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ thông tin việc thiết kế có sự hỗ trợ

của máy tính đã trở thành một trong những yếu tố không thể thiếu trong các ngành

công nghiệp may hiện đại Góp phần vào sự phát triển của ngành công nghiệp may

thời trang Việt Nam tôi lựa chọn đề tài: '' Xây dựng mô hình 3D mô phỏng hình dạng,

cấu trúc, kích thước cơ thể và hình trải bề mặt cơ thể từ 3D sang 2D đối tượng học sinh

nữ tiểu học địa bàn thành phố Hà Nội sử dụng trong thiết kế công nghiệp may ''

Trong phạm vi nghiên cứu, luận văn sẽ tiến hành nghiên cứu những nội

dung sau:

- Xây dựng mô hình 3D ảo mô phỏng hình dạng, cấu trúc, kích thước cơ thể học

sinh nữ tiểu học địa bàn thành phố Hà Nội

- Xây dựng hình trải 2D từ mô hình 3D cho sản phẩm áo bó sát trẻ em nữ

- Thiết kế phát triển mẫu mới sản phẩm áo váy trực tiếp trên mô hình 3D ảo mô

phỏng cơ thể trẻ em nữ

CHƯƠNG I: NGHIÊN C U T NG QUAN

1.1 KỸ THUẬT MÔ PHỎNG 3D

1.1.1 C n n hệ o

Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ hiện đại, quá trình sản

xuất ngày càng được chuyên môn hoá, việc chế tạo ra sản phẩm được chia tách

thành nhiều công đoạn riêng biệt nhưng có quan hệ mật thiết với nhau theo tiêu

chuẩn chung thống nhất hợp thành quy trình sản xuất Trong lĩnh vực sản xuất, để

chế tạo ra sản phẩm thông thường phải xuất phát từ ý tưởng thiết kế (của nhà thiết

kế hoặc của khách hàng), nhà thiết kế xây dựng bản vẽ phác thảo sơ bộ sản phẩm

Bản vẽ phác thảo này sẽ được tính toán, phân tích, kiểm tra các thông số kỹ thuật,

công nghệ Sau quá trình thử nghiệm sẽ được tối ưu hoá và đưa ra bản vẽ thiết kế

hoàn chỉnh Tiếp theo qua các bước chuẩn bị công nghệ, lập trình gia công, mô

phỏng và chế tạo thử mẫu sản phẩm bằng phương pháp tạo mẫu nhanh 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 không, cho tới khi mẫu sản phẩm

đạt yêu cầu thì mới đưa vào sản xuất Quy trình này còn được gọi là công nghệ sản

xuất thuận (Forward Engineering)

Trong những năm trở lại đây với sự phát triển của của khoa học công nghệ,

xuất hiện một dạng sản xuất theo một chu trình mới, đi ngược với sản xuất truyền

thống, đó là chế tạo ra sản phẩm theo hoặc dựa trên một 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 Xuất phát điểm là từ một

mẫu sản phẩm thực tế, mẫu sản phẩm thực này được số hoá và xử lý bằng các thiết

bị và phần mềm chuyên dụng để đưa ra mô hình CAD cụ thể Sau khi có được mô

hình CAD cho sản phẩm rồi thì các công đoạn tiếp theo cũng giống như chu trình

sản xuất thuận trải qua các bước tính toán, phân tích, tối ưu hoá trên các phần mềm,

chuẩn bị công nghệ, gia công tạo mẫu nhanh hoặc lập trình gia công trên các máy

CNC hay các máy công cụ khác, kiểm tra thực tế cuối cùng mới đưa vào sản xuất

đại trà

Trên phạm vi rộng công nghệ tái tạo được định nghĩa là hoạt động bao gồm

các bước phân tích để lấy thông tin về một sản phẩm đã có sẵn (bao gồm thông tin

về chức năng các bộ phận, đặc điểm về kết cấu hình học, vật liệu, tính công nghệ)

sau đó tiến hành khôi phục lại mô hình cho chi tiết hoặc phát triển thành sản phẩm

mới, sử dụng để tối ưu thiết kế để chế tạo sản phẩm

Công nghệ tái tạo ra đời dựa trên nhu cầu sản xuất thực tế, khi cần chế tạo

sản phẩm theo những mẫu có sẵn mà chưa hoặc không có mô 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… 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 không 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 hoá hình dáng của chi tiết sau đó nhờ các

phần mềm CAD chuyên dụng để xử lý dữ liệu số hoá cuối cùng sẽ tạo ra được mô

hình 3D mô phỏng chi tiết với độ chính xác cao [9]

1.1.2 Kỹ thuật quét 3 chiều sử dụng trong công nghệ tái tạo hình ảnh

cơ thể n ười

Các công nghệ quét cơ thể sử dụng các thiết bị quang học là phương pháp

cho phép đo không tiếp xúc, trước khi phát triển các phương pháp 3D, các phương

pháp chụp ảnh 2D thường được sử dụng để mô tả biên dạng của vật thể phức tạp

Từ những năm 1980, công nghệ quét cơ thể 3D đã phát triển nhanh chóng gồm có:

kỹ thuật ánh sáng trắng , laser, hồng ngoại và quang trắc Công nghệ quét 3D là một

phương pháp được sử dụng để xây dựng một bản sao kỹ thuật số 3D của một bề mặt

vật lý Khó khăn chính nằm trong việc có được hình dạng thực tế của bề mặt vật thể

chiếm trong không gian Trong quá trình quét 3D, máy ảnh hoặc máy quét thu được

dải hình ảnh rất giống như bản đồ đường đồng mức Sau đó được xử lý bởi phần

mềm mô hình hóa và chuyển đổi thành đám mây điểm ảnh trong không gian

Những thiết bị khác sử dụng bộ cảm biến máy tính điều khiển Công nghệ này cũng

có thể có được về thông tin màu sắc của các kết cấu cơ thể, quá trình đo được thực

hiện mà không cần tiếp xúc trong một khoảng thời gian ngắn [23]

1.1.2.1 Kỹ thuật chụp ảnh 2 chiều

Một trong những hệ thống quét cơ thể người đầu tiên được phát triển bởi Đại

học Loughborough Anh, hệ thống LASS (Loughborough Anthropometric Shadow

Scanner ) chụp bằng phương pháp: Cho một người đứng yên khi các dải ánh sáng

được chiếu lên cơ thể và đo bằng máy ảnh truyền hình Quá trình này được lặp đi

lặp lại 150 lần trong khi đối tượng được xoay 3600 Bốn dải ánh sáng được sử dụng

cho phép hiệu chỉnh cho bất kỳ chuyển động nào Các dải được chiếu ở một góc, do

đó độ lệch quan sát được tại bất kỳ điểm nào phụ thuộc vào bán kính của cơ thể tại

thời điểm đó Bán kính chính xác sau đó có thể được tính toán, hệ thống Lass được

hiển thị dạng biểu đồ trong hình.1.1

Hình 1.1 Sơ đồ bố trí hệ thống Lass [23]

Quy trình xử lý đường cong cơ thể của Loughborough là sử dụng các mặt cắt

ngang, mỗi mặt cắt trong số đó có thể được chỉnh sửa trong 2D Mười sáu điểm dữ

liệu được lắp đặt xung quanh mỗi mặt cắt và quá trình được lặp đi lặp lại cho 32

mặt cắt, mỗi mặt cắt tương ứng với một dấu mốc giải phẫu cụ thể Bề mặt cơ thể 3D

sau đó có thể được tái tạo, công đoạn cuối cùng là chỉnh sửa cánh tay và làm mịn bề

mặt [23]

1.1.2.2 Kỹ thuật qu t ằng Lazer

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

* Nguyên tắc cơ ản

Máy quét chiếu một đường ánh sáng laser lên xung quanh vật thể, Laser

được phản xạ tới các máy ảnh đặt ở mỗi đầu quét Dữ liệu được thu được bằng cách

sử dụng phương pháp tam giác, trong đó dải ánh sáng được phát ra từ điốt laser lên

bề mặt của các đối tượng quét, và sau đó chụp lại Nhìn từ một góc, các tia laser

xuất hiện bị biến dạng bởi hình dạng của đối tượng Cảm biến CCD ghi lại các biến

dạng và tạo ra một hình ảnh số hóa của đối tượng Các máy ảnh định vị trong mỗi

đầu quét di chuyển dọc theo chiều dài của vật thể quét Máy quét laser tạo ra các giá

trị màu RGB, và sử dụng một quá trình xác định ranh giới mã màu để khai thác dữ

liệu [23]

Hình 1.2 Nguyên lý đo tọa độ trong máy quét lazer [9]

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 nguyên công nhất và thời gian ngắn nên máy quét laser là

một trong những thiết bị đo được sử dụng phổ biến

Hình 1.3 Sơ đồ máy quét 3D của ModelMaker [23]

- Các máy quét laser có thể đo các vật từ gần tới xa 35 mét

- Để đảm bảo không vô hại cho con người người ta sử dụng laze an toàn đối

với mắt

* Thiết bị sử dụng trong công nghệ quét 3D Lazer

- Đèn lazer tạo ra vạch lazer trong quá trình quét

- Máy ảnh (camera) để thu lại được hình ảnh từ quá trình quét có thể dùng 1

hay 2 camera

- Màn thu (tùy theo yêu cầu thiết bị)

- Máy tính trang bị các phần mềm điều khiển thiết bị

Giá thành sản xuất các bộ phận phần cứng của công nghệ quét laze là một

nhược điểm đáng kể của công nghệ này Cùng với laze, các cảm biến ánh sáng và

hệ thống quang học, các động cơ điện chính xác đều cần phải có trong máy quét

laze Ngoài ra, hệ thống quét hoàn chỉnh cần được hiệu chỉnh do vậy việc bố trí

hình học của tất cả các bộ phận cần được xác định rất chính xác Nhược điểm thứ

hai của phương pháp này là thời gian cần thiết để số hóa các bề mặt lớn Đây không

phải là vấn đề lớn khi đo các bộ phận chân tay của cơ thể bởi vì các bộ phận này

có thể giữ cố định trong một số giây Nhưng khi đo phần đầu hoặc toàn bộ cơ thể,

thì điều này thực tế là không thể giữ cho các bộ phận này cố định trong nhiều giây

Các chuyển động không kiểm tra được như thở hoặc co cơ có thể tạo nên lỗi khi đo

1.1.2.3 Kỹ thuật qu t sử dụng ánh sáng trắng

Ánh sáng trắng là loại ánh sáng mắt người nhìn thấy được có bước sóng

400nm - 700nm Khi ánh sáng truyền qua vật sẽ truyền một năng lượng nhiệt trên

bề mặt tiếp xúc và để lại bóng hình vật Năng lượng hấp thụ của vật tùy thuộc vào

màu sắc và độ dày của vật, vật có màu sáng và mỏng dể hấp thụ năng lượng ánh

sáng hơn những vật có màu tối và dày

* Nguyên lý hoạt động

Kỹ thuật quét sử dụng ánh sáng trắng là một trong những ứng dụng của công

nghệ đo không tiếp xúc Thay cho sự chuyển động của máy quét, người ta chiếu

chùm tia sáng lên trên cơ thể người hoặc vật cần đo, chùm tia sáng được phản xạ lại

từ bề mặt vật thể cần đo được cảm ứng đo thu lại đưa vào bộ phận biến đổi của máy

đo Các vạch ánh sáng trắng sẽ được đo bằng cách sử dụng các tam giác ánh sáng,

với sự hỗ trợ của máy tính và phần mềm điều khiển đo cho ra kết quả của chi tiết đo

dưới dạng đám mây điểm Thông thường hệ thống mã hóa nhị phân được sử dụng

để xác định thành phần của các dải sáng đơn sắc [15]

Hình 1.4 Các ví dụ chiếu ánh sáng

Từ trái qua phải: các dải sáng dọc của 3D-Shape GmbH (Đức), các dải

ngang của Wicks and Wilson Ltd (Anh), mã hóa màu của Sanyo Electric Co.Ltd

(Nhật) [15]

Hình 1.5 Dãy chiếu của mã nhị phân [15]

* Thiết bị sử dụng trong công nghệ quét sử dụng ánh sáng trắng :

Thiết bị quét thường bao gồm bộ phận chiếu các dải sáng và cảm biến ánh

sáng Nhiều hệ thống sử dụng hai hoặc 3 cảm biến ánh sang, sự bố trí và số lượng

các cảm biến được sử dụng và các máy chiếu cũng rất đa dạng và phụ thuộc vào vật

thể cần đo Ví dụ, máy quét khuôn mặt của hãng Breuckmann (hình 1.6a) bao gồm

một mãy chiếu và hai camera chũng ghi nhận từ hai cạnh khuôn mặt con người Ví

dụ thứ hai về máy quét khuôn mặt của hãng IVB Jena (hình 1.6.b) trong trường

hợp này, hệ thống gương được sử dụng để chiếu các dải ánh sáng từ 5 hướng sử

dụng một máy chiếu đơn; 5 camera sẽ ghi nhận các ảnh khác nhau Ví dụ cuối cùng

là máy quét toàn bộ cơ thể người của hãng InSpeck (hình 1.6.c): hệ thống quét bao

gồm 3 cột, mỗi cột có 2 máy quét, mỗi máy quét bao gồm một camera và một máy

chiếu [15]

Hình 1.6 Các hệ thống quét sử dụng ánh sáng trắng [15]

Sự khác biệt cơ bản của phương pháp này với phương pháp quét laze là ở chỗ

quá trình đo diễn ra trong thời gian ngắn và kết quả số hóa được toàn bộ các phần

bề mặt, quá trình diễn ra trong thời gian ngắn (thường dưới 1 giây), do vậy hạn chế

được độ sai lệch sinh ra bởi sự đung đưa (lắc lư) của cơ thể người được đo cho ra

hình ảnh 3 chiều (3D) sắc nét Hệ thống quét cơ thể người 3 chiều sử dụng kỹ thuật

quét ánh sáng trắng là công nghệ an toàn cho người đo

* Nhận xét:

Mỗi hệ thống đều có những ưu và nhược điểm riêng, tùy theo tiêu chí sử

dụng để lựa chọn hệ thống cho phù hợp

- Xét về mục đích sử dụng: để đo toàn bộ cơ thể, đầu, mặt, bàn chân, bàn tay, da,

lưng, vòng ngực, các phần chung… có những thiết bị phù với kích thước cơ thể đo

- Về chất lượng và độ chính xác: Những hệ thống ứng dụng nguồn sáng trên

đã được xây dựng nhưng chưa thấy hệ thống nào nổi trội hơn về độ chính xác Hệ

thống quét laser thường được sử dụng quét các vật thể lớn như ô tô xe máy…

- Về thời gian quét và xử lý: Thời gian quét của phương pháp quét ánh sáng

trắng nhanh hơn so với quét lazer nên hạn chế được độ sai lệch sinh ra bởi sự đung

đưa (lắc lư) của cơ thể người được đo

- Về kinh tế : Hệ thống laser có thể được tạo ra với chi phí thấp hơn

- Xét về độ an toàn: Sử dụng phương pháp quét ánh sáng trắng hoàn toàn an

toàn đối với cơ thể người

- Kết quả quét hình bằng các phương pháp trên đều cho dữ liệu là đám mây

điểm ảnh

1.1.2.4 Ứng dụng của công nghệ quét 3D trong ngành công nghiệp may

và thời trang

a Trích xuất số đo cơ thể

Hệ thống quét toàn thân 3 chiều luôn được đính kèm các giải pháp phần

mềm phục vụ cho từng mục đích sử dụng Hình 1.7 chỉ ra vài ví dụ của nhiều giải

pháp khác nhau, một số hệ thống làm việc hoàn toàn tự động trích xuất kích thước

cơ thể người phục vụ cho may đo, một số khác cho phép lấy được số đo của các

phần đặc biệt Các giải pháp được cân nhắc đặc biệt theo từng dạng thông tin theo

yêu cầu của người sử dụng [15]

Hình 1.7 Ví dụ của hệ thống tự động trích xuất kích thước cơ thể.[15]

Từ trái qua phải: các điểm mốc được nhận dạng tự động từ máy BL Manager

của Hamamatsu Photonics K.K (Nhật); đo các kích thước cơ thể từ máy Vitus của

Vitronic GmbH (Đức); tự động trích xuất ra kích cỡ cơ thể từ máy DigiSize của

Cyberware Inc (Mỹ); lấy số đo kỹ thuật số do máy Voxelan 3D Measure Workshop

của Hamano Engineering Co.Ltd.(Nhật); trích xuất ra kích cỡ cơ thể từ máy

BodyFit 3D của GFaI e.V (Đức), trích xuất vóc dáng và số đo cơ thể từ máy NX-16

của [TC]2

Các giải pháp phần mềm hoàn thiện cho hệ thống máy quét toàn thân 3

chiều tăng vọt trong nhiều năm qua, đặc biệt có nhiều sự quan tâm nghiên cứu phục

vụ cho lĩnh vực may thời trang

b Xây dựng ma-nơ-canh ứng dụng trong Thiết kế Thời trang [15]

Kỹ thuật quét 3 chiều có thể đáp ứng được nhu cầu xây dựng man-nơ-canh

của riêng một cá nhân theo đúng số đo hình thể hoặc theo yêu cầu của khách hàng

Hình 1.8 Ví dụ một số ma-nơ-canh nhân trắc trên thị trường

Từ trái qua: 1 Alvaform của Alvanon Inc (Mỹ) được bọc bởi vải canvas mềm; 2

các vị trí vòng đo tiêu chuẩn của man-nơ-canh; 3 Lineforms của Shapely Shadow

Inc (Mỹ)

c Thử trang phục ảo

Giải pháp thử ảo trở nên quan trọng trong vài năm gần đây trong những lĩnh

vực khác nhau của công nghiệp thời trang Các giải pháp thử ảo mô phỏng số hóa

các hành vi vải trên cơ thể con người Bằng cách này, chúng cho phép mô phỏng ảo

các mặt hàng quần áo trên các mô hình số hóa con người, các thiết bị mô phỏng 3D

quần áo được ứng dụng để xác định chính xác xem các mặt hàng quần áo sẽ thể

hiện thế nào trên mô hình cơ thể được số hóa [15]

Hình 1.9 Ví dụ về giải pháp thử ảo Vidya của hãng Assyst-Bullmer GmbH (Đức)

Trái: các mẫu 2D các phần khác nhau của mẫu quần áo Giữa: các phần khác

nhau được đưa vào môi trường 3D xung quanh mô hình cơ thể người số hóa và

may lại với nhau Phải: kết quả cuối cùng của mô phỏng

Các giải pháp thử ảo được quan tâm ứng dụng trong nhiều phần của công

nghiệp thời trang Người thiết kế thời trang có thể sử dụng các hệ thống này để tạo

được các kết quả quan sát sự sáng tạo của họ mà không cần phải sản xuất các mẫu

thực ban đầu Người mua quần áo có thể xem các mẫu quần áo từ rất xa Những

chuyên gia bán hàng có thể giới thiệu cho khách hàng sản phẩm của họ sẽ trông

như thế nào trước khi họ mua quần áo mới Một số nhà bán hàng qua mạng internet

cũng khai thác công nghệ này để giới thiệu các mẫu quần áo của họ trên manocanh 3D

d Trang điểm ảo (Virtual-make-over) [15]

Các chuyên gia tư vấn phong cách đặc biệt là khuôn mặt sẽ thích thú với

phần mềm này vì nó cho phép thay đổi kiểu tóc trang điểm, trang sức, kiểu dáng

kính đeo mắt, …

Hình 1.10 Ví dụ của phần mềm trang điểm của Stellure (New Zealand)

1.1.3 Phần mềm xử lý dữ liệu quét 3D Rapid Form XO Redesign

(XOR3) [28]

Phần mềm Rapid Form XO Redesign là phần mềm chuyên dụng xử lý dữ

liệu số hóa 3D thu được từ hệ thống máy quét, cung cấp các chức năng để mô hình

hoá và tối ưu hoá các đa giác và tạo ra các tham số dạng CAD từ cơ sở từ dữ liệu

quét 3D, cho kết quả ngay tức thì và được sử dụng liên tục trong quá trình sản xuất

Cho phép người dùng tạo các tham số CAD từ các dữ liệu quét 3D bằng việc sử

dụng kiểu khối đặc tiêu chuẩn

- Chức năng hiệu chuẩn :

Chia miền : Tự động hoặc tác động chia mô hình lưới thành các miền trên cơ

sở các vùng feature

Căn chỉnh : Tìm ra các hệ toạ độ chính của mô hình

Làm sạch lưới : Làm sạch các khuyết tật và tạo các mô hình lưới kín

- Mô hình hoá CAD :

Khai triển thông số thiết kế : Nhận dạng và định nghĩa các tham số mô hình

hoá feature

Mô hình hoá feature : Thiết kế mô hình CAD bằng việc xây dựng các feature

tham số từ mô hình lưới

Kiểm tra độ chính xác : Accuracy analyzer cho phép phân tích sai số của

toàn bộ quá trình xử lý thiết kế, đảm bảo mô hình CAD nằm trong miền dung sai

cho phép

Điều chỉnh các bề mặt trên lưới : Tự động tạo nhanh hoặc chính xác các bề

mặt chất lượng cao, bề mặt Nurbs với lưới đường cong người dùng định nghĩa

- Mô hình hoá lưới :Mô hình hoá & tối ưu hoá lưới

- Xuất dữ liệu gia công :

Chuyển đổi dữ liệu sang các hệ CAD : Xuất các mô hình solid tham số được

tạo ra sang nhiều ứng dụng CAD

Tương thích với tất cả các hệ CAD lớn bao gồm Catia, Pro/E, USG,

Solidworks…

Xuất dữ liệu ra máy gia công như: Máy gia công, máy in 3D, tạo mẫu nhanh

Các định dạng file hỗ trợ : XRL, XDL, MDL, FCS, iCF, RPS, STL, OBJ,

PLY, 3DS, WRL (VRML), iGES, STEP, VDAS

- Tinh chỉnh lưới :

Tự động chỉnh sửa và làm sạch

Chỉnh sửa mặt lưới nâng cao

Điều khiển độ phân giải chi tiết (giảm đi và chia nhỏ)

Điều khiển độ trơn nhẵn của mặt lưới (toàn bộ và từng vùng)

Tự động chia lại lưới cho mô hình của chức năng CAE

Nâng cao khả năng mô hình hoá và tối ưu hoá dữ liệu lưới

- Trợ giúp thiết kế

Sử dụng lưới như là các tham số thiết kế ngược

Tạo các biên dạng phác thảo từ các mô hình lưới

Tự động rút ra các feature thiết kế từ dữ liệu lưới

- Sự đồng bộ hoá từ dữ liệu Scan sang CAD

Cập nhật mô hình CAD gốc để thực hiện các thay đổi của chi tiết

Nhập dữ liệu CAD trong nhiều định dạng file CAD

Nhanh chóng và tự động liên kết toạ độ của mô hình CAD và lưới

Lắp lại các mô hình CAD vào các mô hình lưới

- Các công cụ tạo đường cong hoặc sketch hoàn chỉnh

Tự động rút ra các biên dạng sketch và các đường cong đặc trưng từ dữ liệu lưới

Tự động gán kích thước và các ràng buộc

Các công cụ thiết kế đường cong 3D hoàn chỉnh

Thiết kế lưới các đường cong trên cơ sở độ cong

- Phân tích độ chính xác

Thiết kế lại với miền dung sai người sử dụng định nghĩa

Tự động và tính toán lỗi để xử lý

Nhiều công cụ phân tích đối tượng khác nhau

- Chuyển đổi dữ liệu

Chuyển mô hình sang hệ CAD khác, xuất mô hình sang các định dạng khác

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP XÂY DỰNG HÌNH TRẢI BỀ MẶT CƠ

THỂ NGƯỜI

1.2.1 Cơ sở lý thuyết xây dựng hình trải bề mặt cơ thể n ười

a Khái niệm

Về mặt hình học, vấn đề cơ bản của việc xây dựng hình trải bề mặt của một

vật thể khối là phải xác định kích thước và hình dạng hình trải hợp lý để đảm bảo 2

yêu cầu sau:

- Độ sai lệch diện tích mặt trải so với bề mặt khối là nhỏ nhất và số lượng đường

ráp nối trên hình trải là ít nhất để việc phủ hình trải đó lên bề mặt vật thể khối đã cho

bằng phương pháp đơn giản

- Khi phủ hình trải lên bề mặt vật thể khối sẽ phủ kín, hình trải không bị biến

dạng và không có các nếp gấp [5]

b Nguyên tắc chung khi triển khai hình trải bề mặt cơ thể người [9]

Bề mặt cơ thể người là bề mặt của một khối phức tạp, để có thể xây dựng

được hình trải bề mặt của một khối phức tạp thông thường người ta quy khối đó

thành các khối đơn giản có khả năng trải phẳng

Bề mặt của mọi vật thể có hình khối đều có thể được chia làm hai loại:

* Loại thứ nhất: Các bề mặt có khả năng trải phẳng

Đây là những bề mặt trong không gian có thể đem trải ra trên mặt phẳng mà

không bị bất cứ một sai lệch nào, không bị đứt quãng, không bị gẫy hay xếp nếp

Khi trải bề mặt này trên mặt phẳng ta thu được mặt trải có cùng kích thước

với bề mặt ban đầu khi đang còn trong không gian; khi đó kết quả thu được sẽ là:

+ Đường thẳng của bề mặt trong không gian sẽ là đường thẳng trên mặt phẳng

+ Đường cong vẫn giữ nguyên kích thước ban đầu

+ Góc trên mặt phẳng sẽ bằng với góc trong không gian giữa các cạnh tương ứng

+ Diện tích một vùng nào đó trên bề mặt không gian sẽ giũ nguyên giá trị

trên bề mặt trải

Tồn tại 2 dạng bề mặt có thể triển khai trải phẳng là mặt cong hay chính là

bề mặt tiếp tuyến với đường cong trong không gian và bề mặt quay (hình trụ hay

hình nón)

Độ cong của bề mặt trong không gian được biểu thị bằng “K” (trong toán

học được gọi là độ cong Gaisov)

K = 1/R1R2

Trong đó R1R2 là bán kính các đường cong cơ bản của bề mặt

Đối với các bề mặt có thể trải phẳng thì K = 0, các cạnh tạo nên chúng là

đường thẳng Ta xem đường thẳng như cung của các đường tròn có bán kính R = ∞

→ K = 1/R1R2 = 1/∞R2= 0 (Hình 1.11) Kết luận là, mọi bề mặt có thể trải phẳng

sẽ cho mặt trải chính xác trên mặt phẳng mà không hề bị một biến dạng nào

C1

ے C1 = ے C; ,

S Δ A1B1C1 = ,

S ΔABC )

+ Loại thứ hai: Các bề mặt không thể trải phẳng là các bề mặt có cả hai bán

kính cơ bản của 2 mặt cong không phải vô tận (R1≠ ∞ ; R2≠ ∞), vì vậy K ≠ 0 Các

bề mặt này không thể trải ra trên mặt phẳng một cách hoàn toàn chính xác mà chỉ

cho có thể nhận được kết quả gần đúng

Hình 1.12 Ví dụ về các bề mặt không thể trải phẳng

Xem bề mặt không giống như một vật thể cứng, mà như một vỏ bọc từ chất

dẻo mềm có khả năng đàn hồi, có thể trải nó trên mặt phẳng nếu ta làm biến dạng

c Các phương pháp xây dựng hình trải bề mặt cơ thể người

Hiện nay, có 2 nhóm phương pháp nghiên cứu hình dạng bề mặt của vật thể

khối, đó là: nhóm phương pháp tiếp xúc và nhóm phương pháp không tiếp xúc

- Trong nhóm phương pháp tiếp xúc, người ta nghiên cứu hình dạng bề mặt

vật thể khối nhờ sự tiếp xúc cơ học một cách trực tiếp của đầu đo của dụng cụ hay

là bằng sự sao chép lại hình dạng của vật thể nhờ chất dẻo

- Phương pháp không tiếp xúc được sử dụng chủ yếu nhờ thiết bị đặc biệt,

dùng sóng ánh sáng hay sóng điện từ trường

R 2

R 2

1.2.2 Xây dựng hình trải bề mặt cơ thể n ười bằn phươn pháp tiếp xúc

[5]

a Phương pháp mặt phẳng cát tuyến

Trong hình học, tất cả những bề mặt cong được chia thành hai dạng: hình

học và phi hình học Trong đó chỉ những bề mặt cong dạng hình học mới cho hình

trải chính xác trên mặt phẳng, ví dụ như: mặt phẳng, mặt đa diện, mặt cong hình trụ,

hình nón, hình nón cụt

Hình 1.13 Trải phẳng bề mặt mô hình bằng phương pháp mặt phẳng cát tuyến

Bề mặt cơ thể con người là bề mặt cong phức tạp dạng phi hình học, vì vậy

không thể nhận được hình trải chính xác bằng phương pháp hình học được Để trải

gần đúng bề mặt của cơ thể người hay ma-nơ-canh, người ta sử dụng phương pháp

mặt phẳng cát tuyến Theo phương pháp này thì bề mặt của ma-nơ-canh được chia

cắt bằng những mặt phẳng (mặt phẳng ngang ngực, ngang eo, ngang hông, mặt

phẳng nghiêng của chân cổ, mặt phẳng đối xứng và mặt phẳng chính diện) sao cho

các phần bề mặt ma-nơ-canh ở giữa những mặt phẳng cát tuyến có hình dạng gần

với dạng hình học Khi đó, hình trải bề mặt của ma-nơ-canh sẽ là tập hợp các hình

trải của các phần bề mặt nói trên

b Phương pháp đường nhân địa

Người ta cho rằng hình trải bề mặt của ma-nơ-canh như là một lớp vỏ bó sát

từ vải Để vải ở trạng thái cân bằng khi phủ lên bề mặt của ma-nơ-canh thì các sợi

dọc và sợi ngang của vải phân bố trùng với những đương nhân trắc vuông góc trên

bề mặt của ma-nơ-canh Đường nhân trắc là đường nằm trên bề mặt của một vật thể

khối, đi qua 2 điểm cho trước trên bề mặt và chiều dài cung nối giữa 2 điểm này là

ngắn nhất

Hình 1.14 Trải phẳng bề mặt mô hình bằng Phương pháp đường nhân địa

x1 y1

1

Chính vì vậy, để xây dựng hình trải người ta vẽ lên bề mặt của ma-nơ-canh

các đường trắc địa bằng cách sử dụng một thước ê-ke vuông Sau đó người ta xác

định chiều dài và khoảng cách giữa các đường trắc địa và dựng lại vị trí các đường

này lên mặt phẳng giấy Tập hợp các đường trắc địa vừa xác định được trên mặt

phẳng chính là hình trải nhận được

c Phương pháp lưới

Vải sử dụng để thiết kế quần áo thường được tạo thành từ hai hệ thống sợi

dọc và sợi ngang đan vuông góc với nhau Góc giữa sợi dọc và sợi ngang thay đổi

khi vải bị kéo hoặc bị nén theo các đường may khi mặc trên cơ thể người

Theo phương pháp lưới, người ta sẽ dùng một tấm vải lưới và trùm lên bề

mặt của ma-nơ-canh rồi tiến hành sắp xếp lưới sao cho lưới tiếp xúc với bề mặt của

ma-nơ-canh và biến dạng của góc giữa sợi dọc và sợi ngang là ít nhất Vị trí các

đường may và các nếp gấp trên lưới được ghim và đánh dấu lại Biến dạng của góc

giữa sợi dọc và sợi ngang và chiều dài của các đường cắt và đường may cũng được

đo và ghi lại Cuối cùng tháo lưới ra khỏi ma-nơ-canh và sao lại các đường đánh

dấu trên lưới lên giấy Bản vẽ nhận được chính là hình trải bề mặt của ma-nơ-canh

Hình 1.15 Trải phẳng bề mặt mô hình bằng phương pháp đường nhân địa

0

o

x 0

d Phương pháp định vị

- Phương pháp định vị là phương pháp đồ thị để xác định hình trải bề mặt

của vật thể Phương pháp này được xây dựng dựa trên cơ sở phân chia bề mặt cong

phức tạp của vật thể thành một mặt đa diện trong đó mỗi diện tích nhỏ là một hình

tam giác mà các đỉnh của nó nằm trên bề mặt của vật thể Khi đó thấy rằng những

cung trên bề mặt cong phức tạp của ma-nơ-canh có thể được coi gần đúng là những

đoạn thẳng Nếu độ cong này càng lớn thì độ chính xác của hình trải sẽ càng nhỏ

Do vậy, tính chính xác của hình trải phụ thuộc rất nhiều vào việc chọn các điểm làm

đỉnh của mặt đa diện Thông thường người ta chọn các đỉnh của mặt đa diện là

những điểm nhân chủng học và một số điểm trung gian trên bề mặt của ma-nơ-canh

1

Hình 1.16 Trải phẳng bề mặt mô hình bằng phương pháp định vị

- Hình trải của các diện tích hình tam giác sẽ được vẽ nối tiếp nhau tạo thành

hình trải bề mặt của ma-nơ-canh

1.2.3 Một số công trình nghiên cứu xây dựng hinh trải bề mặt cơ thể

n ười bằn phươn pháp kh n tiếp xúc ứng dụng trong thiết kế trang phục

Thiết kế quần áo thực chất là việc xác định hình dạng và kích thước các chi

tiết của quần áo sao cho khi ráp nối chúng với nhau và khoác lên bề mặt cơ thể

người hoặc ma-nơ-canh thì quần áo sẽ có hình dạng khối như mong muốn Như vậy,

hình trải của các phần bề mặt cơ thể người là cơ sở ban đầu cho việc xác định hình

3 2

4 2

2

dạng và kích thước các chi tiết của quần áo [5] Nhiều năm qua, những nhà say mê

thời trang đã nghiên cứu phát triển những phương pháp xây dựng hình trải bề mặt

cơ thể người bằng phương pháp không tiếp xúc nhằm mục đích ứng dụng trong

thiết kế trang phục

1.2.3.1 Đề tài “CAD Tools in Fashion/Garment Design”, Tác giả Charlie

C L Wang (2010) [13]

Trong bài báo này, tác giả Charlie C L Wang đã nghiên cứu nhằm hỗ trợ sự

phát triển các công cụ CAD trong thiết kế thời trang may mặc, các nội dung nghiên

cứu gồm:

- Giới thiệu phương pháp tái tạo mô hình 3D cơ thể người

- Giới thiệu kỹ thuật hỗ trợ quá trình thiết kế

- Phát triển thuật toán làm phẳng để chuyển đổi mô hình 3D cơ thể người

sang bản vẽ 2D

a Tái tạo mô hình3D cơ thể người: Sử dụng hệ thống quét 3D thu được

dữ liệu quét 3D cơ thể người dưới dạng các đám mây điểm ảnh Tập hợp các đám

mây điểm ảnh này thường bị lóa, nhòe Tác giả đã sử dụng thuật toán lọc để xóa bỏ

những điểm ảnh nhiễu không thuộc khối bề mặt cơ thể, đồng thời xác định:

+ Xác định các điểm đặc trưng hay còn gọi là mốc đo nhân trắc quan trọng

+ Xác định các đường đặc trưng

Các điểm đặc trưng và các đường cong đặc trưng được liên kết tạo thành

khung lưới bề mặt cơ thể người

Hình1.17 a) Sơ đồ các điểm đặc trưng, b) Các đường cong đặc trưng, c) Mô hình

khung lưới bề mặt cơ thể người

b, Tạo mẫu thiết kế 3D trên mô hình khung lưới bề mặt 3D cơ thể người:

Các tác giả đã sử dụng mô hình khung lưới bề mặt 3D cơ thể người để tạo mẫu thiết

kế 3D cho các chủng loại trang phục khác nhau trên cơ sở sử dụng các điểm đặc

trưng, các đường đặc trưng và khung lưới bề mặt cơ thể Đồng thời sử dụng công cụ

tạo hình của phần mềm chuyên dụng để thiết kế trên mô hình khung lưới bề mặt cơ thể

người để dựng các đường, các mảng miếng chi tiết tạo nên các chi tiết của mẫu thiết kế

Hình 1.18 Hình minh họa kết quả cắt lưới

c, Trải phẳng bề mặt mô hình 3D cơ thể người thành bản vẽ 2D: Tác giả

đã áp dụng thuật toán làm phẳng bề mặt dựa vào quá trình giải phóng năng lượng

của hệ thống lò xo để thu được mẫu thiết kế 2D từ bề mặt lưới mô hình 3D

Hình 1.19 Quá xây dựng hình trải từ 3D sang 2D

1.2.3.2 Công trình nghiên cứu “3D Pattern Development of Tight-fitting

Dress for an Asymmetrical Female Manikin”, tác giả Soyoung Kim, Yeonhee

Jeong, Yejin Lee and Kyunghi Hong [16]

Các tác giả đã nghiên cứu xây dựng bản vẽ thiết kế 2D cho sản phẩm váy bó

sát từ mô hình 3D ảo của cơ thể phụ nữ có cấu trúc không đối xứng, đây là điểm

khác biệt so với các công trình nghiên cứu trước cho cơ thể đối xứng Mẫu thiết kế

được xây dựng trên cơ sở vải không co giãn

- Mô hình 3D ảo của phụ nữ bất đối xứng thu được từ dữ liệu số hóa 3D

bằng phương pháp quét 3D Lazer

- Ứng dụng tính năng vẽ của phần mềm RapidForm để thiết kế, các tác giả

đã chia mô hình 3D cơ thể người thành 22 khối chi tiết bộ phận, số lượng các khối

chi tiết bộ phận phụ thuộc vào chủng loại quần áo, độ phức tạp của bề mặt cong của

cơ thể và tính chất của vải sử dụng Thường xác định đường đặc trưng là các đường

ranh giới khi bề mặt cơ thể thay đổi độ cong

Hình 1.20 a Dữ liệu quét 3D của Manơcanh bất đối xứng

b Đường thiết kế trên mô hình 3D của Manơcanh

- Sau đó, các tác giả đã tiến hành trải phẳng bề mặt cho 22 khối chi tiết bộ

phận và sử dụng phần mềm Yuka CAD để xây dựng bản vẽ thiết kế 2D sử dụng

trong quá trình sản xuất công nghiệp

Hình 1.21 Mẫu áo thân trên với 22 chi tiết cho trang phục nữ bó sát hình dạng

bất đối xứng

Hình 1.22 Mẫu áo thân trên với 17 chi tiết có đường may

- Từ bản vẽ thiết kế 2D trên mặt phẳng 2 chiều , nhóm tác giả đã xây dựng

bản vẽ thiết kế có tính đến các lượng dư công nghệ để phục vụ trong quá trình sản

xuất công nghiệp, kết quả được thể hiện trên hình 1.23

Hình 1.23 Áo váy bó sát cho manơcanh nữ bất đối xứng

1.2.3.3 Công trình nghiên cứu “ 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”, tác giả Nguyễn Quốc Toản, luận văn thạc sĩ khoa học, trường

ĐHBK Hà Nội [9]

Tác giả đã ứng dụng công nghệ quét 3D để xây dựng bộ dữ liệu 3D dưới

dạng đám mây điểm, tiếp đó ứng dụng phần mềm thiết kế ngược để tái tạo mô hình

3D ảo mô phỏng cơ thể người, trên cơ sở mô hình cơ thể người thu được tác giả xây

dựng cấu trúc sản phẩm lên mô hình 3D và ứng dụng phần mềm chuyên dụng để

trải phẳng bề mặt sản phẩm 3D sang 2D Tác giả đã đưa được giữa liệu dạng 2D

chính xác với kích thước cơ thể người, sản phẩm được thiết kế trực tiếp trên mô

hình mô phỏng cơ thể người Việc thiết kế như vậy được coi là sản phẩm bó sát

nhất cơ thể người, nhưng trong thực tế quần áo chỉ ôm lấy hình dáng cơ thể ở những

phần lồi của bề mặt cơ thể, còn phần sống lưng, khoảng giữa 2 bầu ngực thì quần

áo chỉ phủ nhẹ nhàng không bám trên bề mặt cơ thể, phương pháp thiết kế như vậy

chỉ phù hợp khi xây dựng hình trải của bề mặt cơ thể

1.2.3.4 Một số công trình nghiên cứu khác được trích dẫn trong [22]

- Theo tác giả Cho được trích dẫn trong công trình nghiên cứu “Computer

Aided Technical Design” của nhóm tác giả Jung Hyun Park và Hoon Joo Lee [22]:

Bằng cách sử dụng phần mềm chuyên dụng để xây dựng mô hình bề mặt lưới, bề

mặt mịn hóa để thu được mô hình 3D ảo mô phỏng cơ thể người hoàn chỉnh Từ

đây, sử dụng phần mềm chuyên dụng để phát triển các mô hình 3D cơ thể người

tương tác bằng việc nhập các giá trị số đo vòng như: vòng ngực, vòng eo, vòng

mông…và các số đo chiều dài như chiều dài thân …để tạo ra các mô hình cơ thể

người khác nhau Tuy nhiên phương pháp này chỉ giới hạn trong việc phát triển mô

hình 3D cơ thể người cho một số cơ thể có cùng hình dạng và cấu trúc, sẽ không

chính xác khi phát triển cho các cơ thể có hình dạng và cấu trúc khác nhau

- Theo tác giả Kang và Kim được trích dẫn trong [22] đã phát triển mô hình

3D ảo mô phỏng cơ thể người, họ đã tạo ra mẫu thiết kế 3D ngay trên mô hình 3D

cơ thể người ảo Khi đó, hình dạng quần áo thường bao phủ và có hình dạng theo bề

mặt cơ thể người, đồng thời có phần khoảng cách giữa bề mặt cơ thể và bề mặt quần

áo, phương pháp này áp dụng cho quần áo bó sát cơ thể Theo tác giả Kim và

Park được trích dẫn trong [22] đã nghiên cứu phát triển tạo mẫu thiết kế quần áo

3D trực tiếp trên mô hình 3D cơ thể người, các sản phẩm quần áo được tạo thành

gồm 2 phần:

+ Phần ôm sát bề mặt cơ thể như ngực, eo, lưng

+Phần thời trang theo các chủng loại sản phẩm khác như chân váy xòe

rộng…phần này thường tạo ra các song vải, nếp gấp

- Để biến đổi bề mặt 3D sang 2D phục vụ cho sản xuất, một số nhà nghiên

cứu đưa ra phương pháp xây dựng lưới bề mặt, có 2 cách tạo lưới căn bản: cách

thứ nhất là chia bề mặt cơ thể thành nhiều đường quy định (đường trung tâm,

đường vòng ngực…) và sau đó mỗi phần được chia thành các mảnh nhỏ, trong

phương pháp khác bề mặt được chia hoàn toàn thành các miếng nhỏ Đường phân

chia có thể được sử dụng như đường chiết hoặc đường thiết kế như đường dọc và

đường ngang

- Khi trải phẳng một khối vật thể 3D sang mặt phẳng 2D thường có sai số do

biến dạng vấn đề quan trọng là làm thế nào để giảm thiểu sự biến dạng trong quá

trình làm phẳng Theo tác giả Kang và Kim được trích dẫn trong [22] đã giới thiệu

thuật toán trải phẳng sinh ra chiết bằng cách sử dụng các yếu tố tam giác có nguồn

gốc từ sự phân chia theo đường chéo các hình chữ nhật Hình tam giác có ưu điểm

hơn so với hình chữ nhật vì hình dạng có thể được xác định với chỉ ba độ dài Vì

vậy, khi sử dụng cấu trúc hình tam giác, nó có thể để giảm số lượng các yếu tố kiểm

soát xem xét để phát triển một thuật toán và thực hiện một thuật toán không phức

tạp Khi các yếu tố hình tam giác được kết hợp một hình một, các yếu tố tiếp theo

buộc phải đính kèm các yếu tố bên cạnh cho đến khi sự khác biệt giữa góc trước và

sau khi biến dạng không vượt quá giá trị cho phép cắt được xác định trước Nếu sự

khác biệt vượt quá dung sai, chiết được hình thành bởi các yếu tố tách (hình 1.24),

thuật toán này tạo ra chiết theo hướng vuông góc với các đường biên của các mẫu

Hình 1.24 Thuật toán trải phẳng bằng lưới tam giác

- Yunchu & Weiyuan (2007) được trích dẫn trong [22] đã phát triển một

phương pháp trải phẳng bằng cách sử công cụ lưới bề mặt ba chiều Đầu tiên một

nửa bề mặt cơ thể 3D được chia thành 10 khu vực trong không gian theo các đặc

trưng hình học của bề mặt, để trải phẳng bề mặt 3D thành 2D, mỗi khu vực được

chia theo chiều ngang hoặc theo chiều dọc, chủ yếu là hình tứ giác dài (Hình 1.25a)

Khung lưới bề mặt 3D được sắp xếp như cấu trúc các đường được biến đổi sang 2D

bằng phương tiện hình học Đường xác định vị trí giới hạn thường là các đường giữa

phía trước, đường giữa lưng và vòng ngực, mỗi phần tử tứ giác được làm phẳng theo

nguyên tắc: Trong trường hợp của một tứ giác, nếu vị trí của hai đường cạnh được

xác định thì giao điểm của vòng cung được vẽ bởi hai đường còn lại trở thành điểm

cuối cùng của tứ giác (Hình 1.25b), phương pháp này có khả năng ứng dụng rộng rãi

để trải phẳng mô hình 3 D sang 2D

a b

Hình 1.25 a Lưới bề mặt 3D; b Nguyên tắc biến đổi hình học

1.2.4 Phần mềm thiết kế theo tham số Pro – Engineer

Pro-Engineer là phần mềm của hãng Prametric Technology, Corp Một phần

mềm thiết kế theo tham số, có nhiều tính năng trong lĩnh vực CAD/CAM/CAE, nó

mang lai cho chúng ta các khả năng như:

- Mô hình hóa trực tiếp vật thể rắn

- Tạo các môdun bằng các khái niệm và phần tử thiết kế

- Thiết kế thông số

- Sử dụng cơ sở dữ liệu thống nhất

- Có khả năng mô phỏng động học, động lực học kết cấu cơ khí

Phần mềm Pro/Engineer có các module sau: [29]

Pro/DETAIL: Module tạo trực tiếp mô hình 3D của các bản vẽ thiết kế chuẩn

cho phân xưởng và chế tạo trong đó đảm bảo liên kết 2 phía giữa các bản vẽ và

modun 3D

Pro/ASSEMBLY: Tạo điều kiện thiết lập dễ dàng chi tiết vào hệ thống và

dưới hệ thống Nó hỗ trợ cho phần lắp ráp và lắp ráp nhóm, giải quyết tình huống

xung đột, thiết kế thay đổi…

Pro/SHEETMETAL: Module hỗ trợ thiết kế những chi tiết có dạng tấm, vỏ

Pro/SURFACE: Module hỗ trợ vẽ, tạo các mặt tự do( Free Form), xử lý các

mặt cong và bề mặt phức tạp

Pro/MANUFACTURING: Bao gồm dữ liệu NC, mô phỏng, format dư liệu

CL, thư viện các phần tử

Pro/MESH: Hỗ trợ tái tạo mạng lưới cho việc phân tích phần tử hữu hạn

(FEA), xác định điều kiện biên, gắn liền với ANSYS, PATRAN, NASTRAN,

ABAQUS, SUPERTAB và COSMOS/M

Pro/MECHANICA: Mô phỏng động học, kiểm nghiệm ứng suất, chuyển vị,

biến dạng tuyến tính và phi tuyến, xác định và dự đoán khả năng phá hủy vật liệu…

Pro/INTERFACE: Tạo điều kiện gắn với các hệ CAD khác như: igs, dxf,

vdafs, render, SLA…

Pro/PROJECT: Xác định để điều khiển dự án thiết kế và tổ hợp một số đội

thiết kế và lập dư án

Pro/FEATURE: Mở rộng khả năng thiết lập những phần tử thiết kế bằng thư

viện của các bộ phận, nhóm, tái tạo các hình dạng chuẩn và dưới nhóm

Pro/DESIGN: Hỗ trợ thành lập mô hình 3D, sơ đồ khối, xây dựng kế hoạch

thiết kế và mối quan hệ phụ thuộc, giúp cho sự phân tích nhanh và hiệu quả và sắp

xếp phương án

Pro/LIBRARY: Module chứa thư viện rộng lớn của các phần tử trên chuẩn (chi

tiết, phần tử thiết kế tiêu chuẩn, dụng cụ, khớp nối…), có thể bổ sung hoặc hiệu chỉnh

Pro/VIEW: Module tạo điều kiện kiểm tra mô hình hóa chi tiết và hệ thống từ

một hướng quan sát bất kì

Pro/DRAFT: Module hỗ trợ biểu diễn 2D, tạo điều khiện đọc bản vẽ của các

hệ CAD khác và bổ sung môdun 3D về thiết kế thông số

Pro/MOLD: Module thiết kế khuôn

Pro/DEVELOP (Pro/PROGRAM): Module hỗ trợ việc lập trình ứng dụng

riêng Chứa các thư viện của hàm số C, thư viện chương trình con của ngôn ngữ lập

trình FORTRAN và đặc biệt tiếp cận được với cấu trúc thiết lập các hệ thống và cấu

trúc dữ liệu của hệ thống

Với những tính năng đã giới thiệu ở trên cho thấy: “Pro/Engineer là một

phần mềm CAD/CAM/CAE rất mạnh, có khả năng mô hình hóa các chi tiết phức

tạp như các loại máy xúc, máy đào đất, ô tô, các biên dạng vỏ tàu thủy… khả năng

lắp ráp lớn và rất tối ưu trong thiết kế”

KẾT LUẬN PHẦN T NG QUAN

Kích thước và hình dạng cơ thể khác nhau theo từng cá nhân, người có cùng

một kích thước vòng ngực, vòng eo thì kích thước vòng mông của họ có thể khác

nhau Thậm chí nếu họ có cùng một số đo các phần chính của cơ thể, độ cong từng

bộ phận và diện tích tiết diện ngang có thể sẽ là khác nhau Như vậy nếu sử dụng hệ

công thức thiết kế 2 chiều để sản xuất cho toàn bộ các cơ thể khác nhau thì không

đáp ứng được nhu cầu về sự vừa vặn cho mọi đối tượng Mặt khác, việc thiết kế

thực hiện bằng phương pháp tính toán sử dụng hệ thống kích thước và cỡ vóc chuẩn

của người Việt Nam theo lứa tuổi, vùng miền Nhưng hệ thống này không được cập

nhật kịp thời để phù hợp với tốc độ phát triển của cơ thể người Việc thiết kế trên

ma-nơ-canh đem lại sự vừa vặn, nhưng hiện nay ngành may thời trang Việt Nam sử

dựng chủ yếu ma-nơ-canh ngoại nhập có cấu trúc và hình thái có nhiều điểm khác

biệt so với cơ thể người Việt Nam Vì vậy, các mẫu thiết kế quần áo công nghiệp

thường không đảm bảo sự phù hợp với người tiêu dùng nội địa

Cơ thể con người là một tác phẩm nghệ thuật của tạo hóa, vốn có hình dạng,

cấu trúc và kích thước phức tạp Việc tái hiện các đường cong, các khối cơ bắp và tỉ

lệ cấu trúc các phần của cơ thể là một việc khó khăn đối với kỹ thuật thiết kế thông

thường, truyền thống Với sự phát triển của khoa học công nghệ, cùng với việc sử

dụng các thiết bị quét 3D hiện đại và sự trợ giúp của các phần mềm chuyên dụng,

chúng ta có thể xây dựng được các bộ dữ liệu số hóa 3D tái tạo mô hình vật thể nói

chung và cơ thể người nói riêng với độ chính xác cao, tiết kiệm được thời gian và

công sức

Qua tìm hiểu, các công trình nghiên cứu của thế giới đã giải quyết những vấn

đề sau:

- Xây dựng mô hình 3D cơ thể từ dữ liệu quét 3D

- Tạo mẫu thiết kế 3D sản phẩm quần áo trên mô hình 3D cơ thể người ảo