ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGUYỄN TIẾN CÔNG MÔ HÌNH HÓA 3D HỆ TIÊU HÓA TRONG THỰC TẠI ẢO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Tên đề tài : MÔ HÌNH HÓA 3D HỆ TIÊU HÓA TRONG THỰC TẠI ẢO (3D MODELING DIGESTIVE SYSTEM IN VIRTUAL REALITY) Giáo viên hƣớng dẫn : TS Nguyễn Văn Huân Học viên thực : Nguyễn Tiến Công Lớp : Cao học Khóa 12 (CHK12C) Cơ sở đào tạo : Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông (Đại học Thái Nguyên) Chuyên ngành : Khoa học máy tính Mã số chuyên ngành : 60.48.0101 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn nội dung luận văn tự thân sƣu tầm, tìm hiểu, nghiên cứu phân tích dƣới hƣớng dẫn thày giáo hƣớng dẫn để hoàn thành Phần mã nguồn chƣơng trình tự thiết kế xây dựng, có sử dụng số thƣ viện chuẩn thuật toán đƣợc tác giả xuất công khai miễn phí mạng Internet Tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm tính pháp lý trình nghiên cứu khoa học luận văn Thái Nguyên - Tháng năm 2015 NGƢỜI CAM ĐOAN Nguyễn Tiến Công Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CÁM ƠN Trƣớc hết, em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thày giáo hƣớng dẫn, ngƣời tận tình hƣớng dẫn, bảo cung cấp tài liệu hữu ích để em hoàn thành luận văn Xin cảm ơn Ban Giám hiệu, phận Sau đại học thuộc Phòng Đào tạo thày, cô giáo Trƣờng Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông Đại học Thái Nguyên tạo điều kiện giúp đỡ, hƣớng dẫn em mặt suốt trình học tập thực luận văn Em xin bày tỏ lòng biết ơn tới thày, cô giáo Viện Công nghệ Thông tin quốc gia, Trƣờng Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên truyền đạt kiến thức phƣơng pháp nghiên cứu khoa học suốt thời gian học vừa qua Xin chân thành cảm ơn anh chị em học viên Cao học K12C bạn đồng nghiệp động viên, khích lệ trình học tập, nghiên cứu Và xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, ngƣời thân, ngƣời động viên, khuyến khích giúp đỡ mặt để hoàn thành công việc nghiên cứu hoàn thành luận văn./ Thái Nguyên - Tháng năm 2015 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Tiến Công Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC Nội dung Stt Chƣơng 1.1 Trang Phần mở đầu KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ MÔ HÌNH HÓA 3D Khái quát thực ảo 1.1.1 Sơ lƣợc lịch sử hình thành phát triển 1.1.2 Một số ứng dụng thực ảo 1.2 Chƣơng 2.1 Mô hình hóa 3D thực ảo 10 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG MÔ HÌNH HÓA 3D HỆ TIÊU HÓA 17 Hệ tiêu hóa 17 2.1.1 Mô tả cấu tạo hệ tiêu hóa ngƣời 17 2.1.2 Mô cấu tạo hệ tiêu hóa ngƣời 17 Công cụ mô hình hóa 3D 2.2 28 2.2.1 Tổng quan mô hình hóa 3D 28 2.2.2 Mô hình hóa 3D 28 2.2.3 Các kỹ thuật dựng hình 3D 30 Các kỹ thuật tạo đối tượng 2.3 33 2.3.1 Các lọai mô hình tạo đối tƣợng 33 2.3.2 Hai kỹ thuật tạo mô hình 41 2.3.2.1 Tạo mô hình theo hướng liên tục 42 2.3.2.2 Tạo mô hình theo hướng rời rạc 43 2.3.3 Nghệ thuật tạo mô hình 47 Hoàn thiện bề mặt mô hình (Texturing) 2.4 48 2.4.1 Thêm tính chất bề mặt cho mô hình (Texturing) 48 2.4.2 Kết xuất(Rendering) 50 Chƣơng CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 52 3.1 Yêu cầu toán 52 3.2 Phân tích, lựa chọn công cụ 52 3.3 Một số kết chương trình thử nghiệm 54 3.4 Phân tích đánh giá kết 57 Kết luận 59 Tài liệu tham khảo 61 Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC HÌNH VẼ TRONG LUẬN VĂN Thứ tự Chú thích hình Trang Hình 1.1 Hình 1.2 Hình 1.3 Một hệ thống VR Viện Fraunhofer (CHLB Đức) Ba đặc tính VR Các thành phần VR 7 Hình 1.4 Công nghệ cho phép phục chế di sản gặp nguy hiểm, với bầu không khí bối cảnh tòa nhà thuộc thời đại 11 Hình 1.5 Bảo tàng 3D gần công viên quốc gia Mures Floodplain (Romania) 12 Hình 2.1 Hình 2.2 Đền Ngọc Sơn (bên hồ Hoàn Kiếm) đƣợc tái công nghệ thực ảo Sơ đồ mô hệ tiêu hóa ngƣời Thiết đồ cắt đứng dọc qua đầu cổ thể ống tiêu hóa Hình 2.3 Hình 2.4 Cấu tạo dày Cấu tạo đại tràng Hình 1.6 13 19 20 24 28 Hình 2.6 Hình 2.7 Từ trái sang phải thao tác dịch chuyển, xoay, co giãn, ứng với trục toạ độ màu Các khung nhìn khác Khung dựng bóng, đƣợc tạo sau bƣớc tạo mô hình Hình 2.8 Hình 2.9 Hình 2.10 Hình 2.11 Hình 2.12 Quả bóng sau qua bƣớc thể Điểm, cạnh, mặt Các đối tƣợng nguyên thuỷ Polygon Các kiểu làm trơn cho Polygon Minh họa tiến trình dựng búa mô hình Polygon 32 34 35 36 36 Hình 2.13 Minh họa tiến trình dựng búa mô hình Polygon Hình 2.14 Mặt phẳng Nurbs Polygon Hình 2.15 So sánh số điểm điều khiển mô hình polygon Nurbs 36 37 38 Hình 2.5 Hình 2.16 Hình 2.17 Hình 2.18 Hình 2.19 Hình 2.20 Tạo cốc từ đƣờng cong Các đối tƣợng nguyên thủy Nubrs Minh hoạ trình tạo bàn tay subdivision surface Minh họa cách tạo bàn tay theo hƣớng liên tục Minh họa cách tạo bàn tay theo hƣớng liên tục Hình 2.21 Minh họa cách tạo bàn tay theo hƣớng liên tục Hình 2.22 Minh họa cách tạo bàn tay theo hƣớng liên tục Hình 2.23 Minh họa mô hình ngƣời theo hƣớng rời rạc Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN 30 31 32 39 40 41 43 43 44 44 45 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Hình 2.24 Minh họa mô hình ngƣời theo hƣớng rời rạc 45 Hình 2.25 Minh họa mô hình ngƣời theo hƣớng rời rạc Hình 2.26 Minh họa mô hình ngƣời theo hƣớng rời rạc 45 46 Hình 2.27 Minh họa mô hình ngƣời theo hƣớng rời rạc 46 Hình 2.28 Minh họa mô hình ngƣời theo hƣớng rời rạc Hình 2.29 Minh họa mô hình ngƣời theo hƣớng rời rạc 46 47 Hình 2.30 Tạo khuôn mặt Hình 2.31 Tạo ngón tay 47 47 Hình 2.32 Tạo bàn tay 48 Hình 2.33 Tạo không gian 49 Hình 2.34 Texture 2D Hình 2.35 Texture 3D 50 50 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Các khung nhìn khác 3DSMax Mô hình 3D miệng Mô hình 3D hầu, thực quản Mô hình 3D dày 54 55 56 56 Hình 3.5 Mô hình 3D ruột non, ruột già ruột thừa 57 Hình 3.6 Mô hình 3D hệ tiêu hóa hoàn chỉnh Hình 3.7-8 Xoay quan sát đƣợc góc nhìn mô hình 3D hệ tiêu hóa Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN 57 58 http://www.lrc-tnu.edu.vn/ PHẦN MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Trong thực tế nay, ngành Y nói chung sở đào tạo y khoa, viện nghiên cứu, bệnh viện toàn quốc nói riêng cần thể ngƣời thật (xác) để phục vụ cho công tác nghiên cứu, giải phẫu, thực tập thao tác nội soi, hết, thày thuốc sinh viên ngành Y ngƣời cảm nhận sâu sắc giá trị thực tiễn đƣợc nghiên cứu, thực hành phẫu thuật thể ngƣời thật ca mổ, đề tài nghiên cứu y khoa Để có đƣợc xác ngƣời đạt yêu cầu chủ yếu từ nguồn hiến xác tự nguyện Tuy nhiên, nguồn bị hạn chế nhu cầu lớn hàng ngàn sở y tế Trong năm gần đây, phát triển công nghệ đồ họa máy tính làm thay đổi hoàn toàn việc tƣơng tác ngƣời máy Nhờ mà loạt ứng dụng đồ họa máy tính đời, đáp ứng đƣợc nhiều nhu cầu xã hội Cụ thể nhƣ lĩnh vực : giải trí, y tế, xây dựng, văn hóa, quân Xuất phát từ tình hình thực tế nhƣ vậy, ngành Y triệt để ứng dụng công nghệ thông tin (CNTT) để phục vụ cho nhu cầu ngành Trên giới sử dụng công nghệ mô hình hóa thể ngƣời thật không gian chiều ảo để phục vụ cho nghiên cứu, thực hành phẫu thuật mục đích có liên quan Với công nghệ mô máy tính nay, thể ngƣời đƣợc thị nhiều chiều không gian ảo, hay gọi thực ảo (VR - Virtual Reality) Đề tài xin đề xuất hƣớng nghiên cứu mô hình hóa 3D thực ảo cho thành phần thể ngƣời theo lý thuyết xử lý ảnh, thuật toán kỹ thuật ứng dụng vào mô hình thực tế đƣợc xác định có ý nghĩa lý thuyết ứng dụng sống nói chung, cho ngành Y nói riêng Vì lý trên, chọn đề tài : "MÔ HÌNH HÓA 3D HỆ TIÊU HÓA TRONG THỰC TẠI ẢO" Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 2.1 Đối tượng + Đặc tả đối tƣợng hệ thống tiêu hóa ngƣời công nghệ 3D + Các thuật toán kỹ thuật ứng dụng thử nghiệm + Nghiên cứu ứng dụng xử lý ảnh 3D cho đối tƣợng 2.2 Phạm vi nghiên cứu + Lý thuyết: - Nghiên cứu sở lý thuyết xử lý ảnh - Mô hình hóa hệ thống tiêu hóa ngƣời công nghệ 3D - Phân tích, biểu diễn mô hình + Thực nghiệm: - Nghiên cứu mô 3D hệ thống tiêu hóa ngƣời - Biểu diễn mô hình Hƣớng nghiên cứu đề tài - Nghiên cứu lý thuyết, thu thập, phân tích tài liệu có liên quan đến đối tƣợng đề tài - Nghiên cứu, xây dựng mô hình 3D hệ tiêu hóa ngƣời thực ảo (VR) - Đánh giá, quan sát hiệu chỉnh đối tƣợng 3D theo nhiều góc nhìn, phóng to thu nhỏ hệ tiêu hóa nhằm phục vụ cho yêu cầu thực tế Phƣơng pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu tài liệu, đọc hiểu kiến thức kỹ thuật xử lý ảnh, mô hình khoa học hệ thống tiêu hóa ngƣời Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ - Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu, phân tích lựa chọn giải pháp công nghệ biểu diễn mô hình hóa ảnh 3D cho hệ thống tiêu hóa ngƣời - Phương pháp trao đổi khoa học: Trao đổi hƣớng nghiên cứu với ngƣời hƣớng dẫn, đối tác có liên quan để đề xuất giải nội dung luận văn đề - Kết : Kiểm tra, thử nghiệm, biểu diễn đánh giá kết Mục tiêu ý nghĩa khoa học đề tài - Xây dựng mô hình hóa 3D (thực ảo) đối tƣợng hệ tiêu hóa ngƣời dựa lý thuyết xử lý ảnh; - Nghiên cứu, phân tích lựa chọn cung cấp chức mô hình hóa đối tƣợng 3D, thao tác trình diễn đối tƣợng môi trƣờng không gian 3D; - Là sở để giải vấn đề biểu diễn đƣợc mô hình 3D toàn thể ngƣời môi trƣờng ảo có ý nghĩa khoa học ứng dụng thực tế Số hóa Trung tâm Học liệu - ĐHTN http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Đầu tiên tạo ngón tay sử dụng khối hộp, tiếp nhân (copy) điều chỉnh (co giãn….) để tạo ngón tay lại (trừ ngón tay cái) xếp nhƣ hình ảnh dƣới :  Hình 2.32 Tạo bàn tay Tiếp khâu cạnh bên ngón tay lại với để chúng liền thành khối Tạo mở rộng mặt phẳng đƣợc tạo ra, tạo ngón tay ta có đƣợc bàn tay hoàn chỉnh 2.3.2.3 Kết hợp hai hƣớng : Đối với đối tƣợng mô hình phần dạng liên tục phần dạng rời rạc sau kết hợp lại với Maya 3DSMax hỗ trợ chuyển đổi kiểu bề mặt đối tƣợng :  Polygons to Subdivision Surface  Nurbs to Polygons 2.3.3 Nghệ thuật tạo mô hình : Trong trình tạo mô hình ta thƣờng xuyên phải sử dụng phƣơng pháp sau coi nhƣ kỹ sảo nhỏ: + Phương pháp 1: Sử dụng máy quét, máy ảnh lấy mặt cắt khác đối tƣợng, sau tiến hành tạo theo + Phương pháp 2: Sử dụng đối tƣợng chiều ví dụ chiều để tạo mô hình cho đối tƣợng chiều tĩnh + Phương pháp 3: Dựng cảnh ảnh chiều đặt tầm xa Hình 2.33 Tạo không gian Ở hình ảnh này, đồi thực chất ảnh chiều quen thuộc windowsXP Ảnh chiều đƣợc sử dụng làm texture (tính chất bề mặt) cho mặt phẳng đƣợc đặt phía xa Và sau tháp nhỏ chiều thực đƣợc tạo đặt phía trƣớc Cả cách làm hiệu đặc biệt việc làm giảm kích thƣớc mô hình Phƣơng pháp thứ phổ biến thƣờng hay đƣợc dùng với kỹ thuật mô hình NURBs, đƣờng cong đƣợc bao bọc lấy đối tƣợng, sau dùng phƣơng pháp tạo mặt phẳng nhƣ loft, revole… để thu đƣợc kết Phƣơng pháp thứ hai giúp ta tạo cánh rừng, vƣờn hoa mà lo ngại vấn đề kích thƣớc Phƣơng pháp thứ cho phép tạo không gian xung quanh rộng lớn 2.4 HOÀN THIỆN BỀ MẶT MÔ HÌNH (TEXTURING) 2.4.1 Thêm tính chất bề mặt cho mô hình (Texturing) : Sau tạo đƣợc mô hình bề mặt nhƣ mong muốn, ta phải thêm tính chất bề mặt cho mô hình bề mặt nhƣ màu sắc, lông, màu da…những tính chất đƣợc gọi textures mô hình Texture ảnh để tạo hoạ tiết bề mặt đổ bóng Tất hành động định nghĩa bề mặt trông nhƣ sau render đƣợc coi tập phƣơng thức node texture Thông thƣờng texture ảnh bitmap đƣợc import vào phần mềm đồ hoạ để chiếu (map) tới thuộc tính vật liệu Texture map cho thuộc tính vật liệu nhƣ màu sắc, độ suốt hay độ sáng gây hiệu ứng tƣơng ứng ảnh hƣởng tới bề đối tƣợng Các texture có dạng 2D texture 3D texture : 2D texture bao lấy đối tƣợng giống nhƣ gói quà gắn vào mặt phẳng giống nhƣ wallpaper (Hình 2.34) 3D texture chiếu xuyên qua đối tƣợng giống nhƣ vân đá hoa gỗ Với 3D texture, đối tƣợng trông nhƣ đƣợc khắc lên chất liệu (Hình 2.35) Các texture môi trƣờng-Environment texture hay đƣợc sử dụng để làm background đối tƣợng map phản xạ Hình 2.34 Texture 2D Hình 2.35 Texture 3D Đối với mô hình có tính chất bề mặt đơn giản nhƣ mặt bàn, sàn nhà chẳng hạn, việc thêm tính chất bề mặt đơn giản chọn màu phù hợp gán cho ảnh chiều chụp mặt bàn thực tế Còn mô hình có tính chất bề mặt phức tạp nhƣ mô hình động vật, hoa văn đình chùa … việc thêm tính chất bề mặt trở thành vấn đề khó khăn Lúc ta phải sử dụng hỗ trợ mạnh phần mềm cửa sổ ánh xạ UV Cửa sổ ánh xạ UV cửa sổ làm việc không gian tọa độ chiều, ánh xạ điểm hệ tọa độ UV thành mặt phẳng biểu diễn bề mặt đối tƣợng, cửa sổ tính chất bề mặt mà ta thêm cho mô hình Lúc để thêm tính chất bề mặt cho ta dịch chuyển tọa độ uv vào vùng ảnh tƣơng ứng Công việc giống nhƣ thực ánh xạ từ điểm ảnh vào điểm bề mặt mô hình 2.4.2 Kết xuất (Rendering) : Có loại kết xuất: kết xuất cứng, mềm vector (hardware, software, vector rendering) Hardware rendering: Đây kiểu kết xuất phụ thuộc vào card video driver cài đặt cho máy tính Kết xuất phần cứng cho tốc độ làm việc nhanh kết xuất phần mềm nhƣng lại cho hình ảnh Ngoài ra, kết xuất kiểu không thực đƣợc hiệu ứng phức tạp nhƣ: đổ bóng cấp cao, phản chiếu mà phải dùng phần mềm dùng đƣợc Software rendering: Đây kiểu kết xuất cho chất lƣợng hình ảnh cao nhất, lấy kết phức tạp nhât Các tính toán đƣợc thực CPU Đặc biệt không đòi hỏi sức mạnh card đồ hoạ Vì kết xuất phƣơng thức linh hoạt Chính xác chất lƣợng phần mềm render định Một vài phần mềm render nhƣ: vrml, mentalray, Maya software renderer… Vector rendering: Đây cách dựng hình trƣờng hợp muốn tạo phong cách riêng cho sản phẩm (ví dụ nhƣ: cartoon, tonal art, wireframe ) với định dạng ảnh bitmap vector2D Kết luận : Với nội dung thuật toán kỹ thuật đƣợc nêu chƣơng với kiến thức đƣợc học nhƣ tổng quan xử lý ảnh, thuật toán kỹ thuật nâng cao chất lượng ảnh, phương pháp phát biên, kỹ thuật tìm xương hậu xử lý ảnh hƣớng lựa chọn để xử lý, xây dựng mô hình hóa 3D đối tƣợng thực ảo chƣơng trình thử nghiệm Chƣơng Chƣơng CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3.1 YÊU CẦU BÀI TÓAN Mô 3D hệ tiêu hóa ngƣời phần mềm y khoa cần thiết Nó giúp cho sinh viên nghành y khoa nghiên cứu thực hành mô hình Giúp họ quan sát nhiều góc độ khác với mẫu vật, mà trƣớc quan sát thông qua tranh ảnh đƣợc chụp nhiều góc độ khác Ngoài ra, mô hình ảo giúp bác sỹ rèn luyện kỹ lâm sàng, phục vụ số đông sinh viên, tiết kiệm đƣợc chi phí giúp sinh viên tiếp thu kiến thức cách dễ hiểu trực quan kỹ thuật thực hành nghành y tế Trong phạm vi nghiên cứu đề tài, tiến hành việc mô mô hình 3D hệ tiêu hóa Bài toán mô mô hình 3D cấu tạo hệ tiêu hóa theo hƣớng nhƣ sau: + Đầu vào (Input): Bằng cách thu thập, nghiên cứu thông tin, hình ảnh y tế hệ tiêu hóa thông qua nguồn liệu (Chương trình bày) + Đầu (Output): Mô hình hóa 3D có khả phóng to, thu nhỏ, xoay góc, cạnh nhìn khác hệ tiêu hóa ngƣời 3.2 PHÂN TÍCH, LỰA CHỌN CÔNG CỤ Để xây dựng hệ thống mô hệ tiêu hóa, thực pha : Thứ tạo mô hình 3D : Có nhiều phần mềm công cụ cho việc tạo mô hình 3D nhƣ Maya, 3DSMax, LightWare,… Song, hai phần mềm phổ biến Maya 3DSMax Hai phần mềm chuẩn 3D Ở Việt Nam 3DSMax quen thuộc Maya Nhƣng xu giới công ty chuyển sang Maya mạnh Mô hình với Maya cho kích thƣớc nhẹ so với 3DSMax Hiện phiên Maya 2015 3DSMax 2016 Maya, 3DSMax nhƣ phần mềm tạo mô hình 3D khác giúp tạo mô hình chiều mô giới thực Nó có đối tƣợng nguyên thuỷ nhƣ hình cầu, hình trụ, hình hộp, mặt phẳng, đƣờng cong,… Từ đối tƣợng nguyên thuỷ này, ta sử dụng thao tác nhƣ dịch chuyển, xoay, co giãn với kỹ thuật chỉnh sửa nhƣ cắt xén, mở rộng, thêm bớt …để tạo nên đối tƣợng mong muốn giới thực Sau đối tƣợng đƣợc thêm xƣơng (nếu có), tính chất bề mặt (nhƣ màu sắc, da, tóc, mắt,…) đƣợc tạo chuyển động mô cách sinh động thể đối tƣợng giới thực Thứ hai lập trình điều khiển mô hình : Hệ thống mô thử nghiệm cấu tạo hệ tiêu hóa thông qua sử dụng ngôn ngữ lập trình C++, thƣ viện đồ hoạ OpenSG thƣ viện mã nguồn mở Khi làm việc với phần mềm ta thao tác khung nhìn khác đối tƣợng, khung nhìn cho ta nhìn đƣợc đối tƣợng góc độ khác cách đồng thời, hình ảnh sau minh họa điều : Hình 3.1 Các khung nhìn khác 3DSMax Ta có hệ trục tọa độ chiều XYZ, màu xanh lam ứng với trục Y, đỏ với trục X xanh đậm với trục Z Góc phải khung làm việc cho phép ta thao tác chiều, góc lại cho phép ta làm việc mặt cắt mô hình Với khung nhìn ta thao tác dễ dàng hơn, thay đổi xuất khung nhìn cho hiệu ứng khung nhìn khác Bên cạnh hệ trục tọa độ XYZ ta có hệ tọa độ UV, hệ tọa độ UV bao bọc bề mặt theo chiều trái sang phải dƣới lên Có thể hình dung hệ tọa độ nhƣ đƣờng kinh tuyến vĩ tuyến trái đất Hệ tọa độ chủ yếu đƣợc sử dụng trình thêm tính chất bề mặt cho mô hình 3.3 MỘT SỐ KẾT QUẢ CỦA CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM Với lựa chọn công cụ phần mềm 3DSMax ngôn ngữ lập trình C++, thƣ viện đồ họa OpenSG mã nguồn mở với thuật toán kỹ thuật xử lý ảnh Sau kết thu đƣợc mô mô hình 3D cấu tạo hệ tiêu hóa máy tính + Xây dựng mô hình 3D cấu tạo miệng Hình 3.2 Mô hình 3D miệng + Xây dựng mô hình 3D cấu tạo hầu, thực quản Hình 3.3 Mô hình 3D hầu thực quản + Xây dựng mô hình 3D cấu tạo dày Hình 3.4 Mô hình 3D dày + Xây dựng mô hình 3D cấu tạo ruột non, ruột già ruột thừa Hình 3.5 Mô hình 3D ruột non, ruột già ruột thừa + Xây dựng mô hình 3D hệ tiêu hóa hoàn chỉnh Hình 3.6 Mô hình 3D hệ tiêu hóa hoàn chỉnh Nhƣ đầu vào toán mô hình 3D hệ tiêu hóa ngƣời, chƣơng trình có nhiệm vụ tác động lên mô hình để tạo nên biến đổi mô hình Chƣơng trình dùng chuột để xoay dừng xoay mô hình, cho phép quan sát mô hình góc nhìn khác Ví dụ nhƣ hình sau : Hình 3.7-8 Xoay quan sát đƣợc góc nhìn mô hình 3D hệ tiêu hóa 3.4 PHÂN TÍCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ Phần vừa đƣợc trình bày công cụ, kết mô mô hình hóa 3D hệ tiêu hóa ngƣời máy tính Với kỹ thuật nhƣ trên, cho phép mô đầy đủ đƣợc phận thể ngƣời không gian 3D Đây đề tài thiết thực cho đời sống nói chung cho ngành y học nói riêng Bằng mô này, giảng sinh học trƣờng phổ thông đƣợc giáo viên dùng để giới thiệu cho học sinh lớp trực quan dễ hiểu Mặt khác, việc nghiên cứu ngành Y phẫu thuật đƣợc thuận tiện tiết kiệm chi phí nhiều Bằng công nghệ thị không gian 3D đại sản phẩm mô giúp cho cảm nhận thực tế nghiên cứu, tìm hiểu, học tập phận hệ thống sinh học thể ngƣời công tác khám, chữa bệnh Trong khuôn khổ luận văn này, với tìm hiểu nghiên cứu hạn chế nhƣng cho thân học viên hiểu sâu việc lập đề án xây dựng mô mô hình 3D cho đối tƣợng thực ảo để áp dụng vào sống Đƣợc hƣớng dẫn giáo viên, đặc biệt góp ý chuyên sâu nhiệt tình thày, cô Hội đồng đề tài luận văn Bản thân em nhận thấy kết bƣớc đầu bổ ích thiết thực, tiền đề thúc đẩy trình học tập nghiên cứu nhiều nội dung để thành công sống nhƣ công việc hàng ngày KẾT LUẬN Trong trình nghiên cứu tài liệu thực đề tài dƣới định hƣớng giáo viên hƣớng dẫn, thân em nhận thấy đạt đƣợc số kết nhƣ sau : - Đề tài luận văn hoàn thành theo mục tiêu đặt - Trình bày đƣợc cách tổng quan vấn đề xử lý ảnh, phân đoạn ảnh hƣớng tiếp cận giải pháp công nghệ biểu diễn mô hình 3D thực ảo - Biết cách xác định, phân tích giải pháp, lựa chọn tìm hiểu thuật tóan cách thức xử lý kỹ thuật nâng cao cho biểu diễn mô hình 3D hệ tiêu hóa ngƣời thực ảo - Ngoài ra, trình nghiên cứu đƣợc hƣớng dẫn nhiệt tình ngƣời hƣớng dẫn, thân em tích lũy thực hành đƣợc nhiều kiến thức áp dụng thực tế toán học, kỹ thuật lập trình, nhận diện công nghệ, Đặc biệt rèn luyện đƣợc kỹ năng, lực thân để xây dựng thực đề án nghiên cứu khoa học Tuy nhiên, trình thực Đề tài này, em tự nhận thấy thân số hạn chế nội dung trình bày, nhƣ : - Chƣa đƣa đƣợc nhiều giải pháp biểu diễn mô hình 3D thực ảo Trong khuôn khổ luận văn trình bày lại kiến thức tìm hiểu, nghiên cứu phân tích bản, chƣa đƣa đƣợc phân tích chuyên sâu có đề xuất mang tính đột phá - Do thời gian có hạn, nên việc thuyết trình chi tiết thuật toán, phƣơng pháp, giải pháp lựa chọn công nghệ chƣa đƣợc hệ thống khoa học Tóm lại, dù cố gắng nhiều nhƣng thân em nhận thấy trình xây dựng Đề tài luận văn thuyết trình trƣớc Hội đồng nhiều thiếu sót Thông qua hƣớng dẫn nhiệt tình thày giáo hƣớng dẫn (TS.Nguyễn Văn Huân), đặc biệt ý kiến phản biện tâm huyết nghiêm túc thày, cô thành viên Hội đồng, em ý thức đƣợc rằng, sai sót hội tốt cho thân có điều kiện rèn luyện, khắc phục, nâng cao kỹ nghiên cứu để tổ chức xây dựng, thực đề tài, dự án cách hoàn chỉnh, đầy đủ đạt hiệu cao thực tế Em xin chân thành cảm ơn chúc thày, cô mạnh khỏe ! TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt : [1] Đỗ Năng Toàn; Bài giảng lớp cao học “Thực ảo“; Đại học Sƣ phạm Hà Nội II (2014) [2] Nguyễn Công Minh; 3DS Max 2009; NXB Hồng Đức, tr.45-85 (2009) [3] Lƣu Triều Nguyên; Các thủ thuật 3DS Max; NXB Lao Động - Xã Hội, tr.131-145 (2006) [4] Quang Huy, Tín Dũng; Đồ họa máy tính 3DS Max vẽ phối cảnh chiều; NXB Thống Kê, tr.37-96 (2004) [5] Trịnh Hữu Hằng, Đỗ Công Huỳnh; Giáo trình sinh lý người động vật tâp 2; NXB Đại học quốc gia Hà Nội, tr.124-142 (2007) [6] Lƣu Triều Nguyên; Thiết kế chiều với 3DS Max 4; NXB Lao Động - Xã Hội, Tr.445-494, tr.589-595 (2002) [7] Nguyễn Văn Huân, Trịnh Xuân Hùng, Phạm Bá Mấy, Trần Ngọc Thái; Cải tiến kỹ thuật biểu diễn bề mặt NURBS; NXB KH&KT (2009) [8] Nguyễn Huy Sơn; “Virtual Reality Technologie - Công nghệ Thực ảo”; http://tusach.thuvienkhoahoc.com (2006) [9] Nguyễn Thị Quyên – Luận văn tốt nghiệp cao học “Nghiên cứu kỹ thuật mô hệ hô hấp công nghệ thực ảo”; Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội (2013) Tài liệu tiếng Anh [10] Applications, Hardware – Virtual Reality, http://vresources.org/ [11] Department of Informatics Umea University S-901 87 UMEA, Sweden, “Virtual Reality in Medicine: Survery of the State of the Art” [12] Henry David (2005), MD5Mesh and MD5Anim files formats [13] VRML lecture, The Computer Science and Engineering department of the University of Mauritius [14] Getting Started With Maya; http://www.Alias.com Thái Nguyên, ngày 21 tháng năm 2015 Học viên Nguyễn Tiến Công [...]... cấu tạo hệ tiêu hóa của ngƣời Sơ đồ mô phỏng hệ tiêu hóa của ngƣời : Hình 2.1 Sơ đồ mô phỏng hệ tiêu hóa của ngƣời 2.1.2.1 Mô tả chung hệ tiêu hóa : a) Cấu tạo: Hệ tiêu hóa của ngƣời gồm hệ thống ống tiêu hóa và các tuyến tiêu hóa: - Hệ thống ống tiêu hóa gồm: khoang miệng→hầu thực quản→dạ dày→ruột non→ruột già - Các tuyến tiêu hóa gồm: tuyến nƣớc bọt, tuyến gan, tuyến tụy và nhiều tuyến nhỏ nằm trong. .. niêm mạc và lớp cơ vòng 2.2 CÔNG CỤ MÔ HÌNH HÓA 3D 2.2.1 Tổng quan về mô hình hóa 3D Trong kỹ thuật biểu diễn, ngƣời ta phân thành 2 nhóm : Mô hình hóa vật thể và Mô hình hóa hình học Kỹ thuật mô hình hóa hình học đƣợc phát triển trong các ngành công nghiệp tự động hóa và chủ yếu đƣợc sử dụng để thiết kế các hình dạng của xe hơi Hiện nay, mô hình này còn đƣợc ứng dụng trong các ngành nhƣ công nghiệp hàng... QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ MÔ HÌNH HÓA 3D 1.1 KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO 1.1.1 Sơ lƣợc lịch sử hình thành và phát triển Thực tại ảo (tiếng Anh là virtual reality, viết tắt là VR) hay còn gọi là thực tế ảo là thuật ngữ miêu tả một môi trƣờng mô phỏng bằng máy tính Đa phần các môi trƣờng thực tại ảo chủ yếu là hình ảnh hiển thị trên màn hình máy tính hay thông qua kính nhìn 3 chiều, tuy nhiên một vài mô phỏng... thiện hơn Chƣơng 2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG MÔ HÌNH HÓA 3D HỆ TIÊU HÓA 2.1 HỆ TIÊU HÓA 2.1.1 Mô tả cấu tạo hệ tiêu hóa của ngƣời Hệ tiêu hóa là hệ thống các cơ quan của động vật đa bào nói chung và của ngƣời nói riêng, với nhiệm vụ ăn, tiêu hóa thức ăn để tách lấy năng lƣợng và dinh dƣỡng, và đẩy các chất thải còn lại ra ngoài Thức ăn đƣợc đƣa vào đƣờng tiêu hóa và trải qua sự tiêu hoá, là quá trình phân hủy... lớn Có thể nói tóm lại một điều: 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 1.2 MÔ HÌNH HÓA 3D TRONG THỰC TẠI ẢO Hiện nay, thực tại ảo giúp các nhà nghiên cứu khoa học về lịch sử có thể duy trì các di sản văn hóa, cụ thể nhƣ nhóm Miralab đã phát triển các mô hình thực tại ảo của hai thánh đƣờng Hồi giáo Thổ Nhĩ Kỳ thuộc niên đại... Mô hình này cũng hỗ trợ chính cho việc điều khiển về mặt hình dạng Kỹ thuật mô hình hóa vật thể đƣợc xây dựng dựa trên các thông tin biểu diễn đầy đủ, chính xác, rõ ràng một đối tƣợng trong không gian, chúng có thể tạo ra các mô hình trên máy tính với khả năng phân loại bất kỳ điểm nào trong không gian 3 chiều : phía trong, phía ngoài, hoặc là trên bề mặt của đối tƣợng 2.2.2 Mô hình hóa 3D Hai mô hình. .. nghệ thực tại ảo (Ảnh: SGGP) Đây chỉ là một ví dụ trong dự án hồi sinh thành Thăng Long bằng công nghệ thực tại ảo, do nhóm chuyên gia công nghệ thông tin ở Hà Nội với 12 thanh niên còn rất trẻ thực hiện Kỹ sƣ Nguyễn Văn Trƣờng, thuộc Trung tâm Công nghệ mô phỏng, Học viện Kỹ thuật quân sự, 1 trong 4 “hạt nhân” của nhóm cho biết: “Chúng tôi đã bước đầu xây dựng được Chương trình sử dụng công nghệ thực. .. nào để mô hình hóa (modelling) và mô phỏng (simulation) các đối tƣợng của VR Ví dụ, nhƣ các ngôn ngữ (có thể tìm miễn phí) OpenGL, C++, Java3D, VRML, X3D, hay các phần mềm thƣơng mại nhƣ WorldToolKit, PeopleShop, Phần mềm của bất kỳ VR nào cũng phải bảo đảm 2 công dụng chính: Tạo hình vào Mô phỏng Các đối tƣợng của VR đƣợc mô hình hóa nhờ chính phần mềm này hay chuyển sang từ các mô hình 3D (thiết... những phân tử dinh dƣỡng nhỏ phải rời khỏi hệ tiêu hóa và đi vào cơ thể ngay trƣớc khi chúng có thể đƣợc sử dụng Điều này đƣợc hoàn thành bằng quá trình thứ hai đƣợc gọi là sự hấp thu, khi các phân tử thức ăn đi qua các màng huyết tƣơng của ruột non vào máu Quá trình tiêu hóa xảy ra trong đƣờng tiêu hóa hoặc ống tiêu hoá, trải dài từ miệng đến hậu môn Hệ tiêu hóa đƣợc chia thành từng phần, với mỗi phần... hay xúc giác Công nghệ thực tại ảo là một thuật ngữ mới xuất hiện khoảng đầu thập kỷ 90, nhƣng thực sự phát triển mạnh trong vòng vài năm trở lại đây Theo dự đoán của Gartner (tổ chức nghiên cứu thị trƣờng toàn cầu), VR đứng đầu danh sách 10 công nghệ chiến lƣợc năm 2009 Tại Mỹ và châu Âu thực tại ảo (VR) đã và đang trở thành một công nghệ mũi nhọn nhờ khả năng ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực (nghiên ... Mô cấu tạo hệ tiêu hóa ngƣời Sơ đồ mô hệ tiêu hóa ngƣời : Hình 2.1 Sơ đồ mô hệ tiêu hóa ngƣời 2.1.2.1 Mô tả chung hệ tiêu hóa : a) Cấu tạo: Hệ tiêu hóa ngƣời gồm hệ thống ống tiêu hóa tuyến tiêu. .. trong sống ứng dụng thực tế ảo để nghiên cứu phát triển hoàn thiện Chƣơng MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG MÔ HÌNH HÓA 3D HỆ TIÊU HÓA 2.1 HỆ TIÊU HÓA 2.1.1 Mô tả cấu tạo hệ tiêu hóa ngƣời Hệ tiêu hóa hệ. .. sử hình thành phát triển 1.1.2 Một số ứng dụng thực ảo 1.2 Chƣơng 2.1 Mô hình hóa 3D thực ảo 10 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG MÔ HÌNH HÓA 3D HỆ TIÊU HÓA 17 Hệ tiêu hóa 17 2.1.1 Mô