MƠ HÌNH HĨA CƠ THỂ BẰNG KỸ THUẬT
ĐỒ HỌA MÁY TÍNH
Nguyễn Phương Thảo, Đỗ Kiều Trang,
Trần Thị Thiên Hương, Nguyễn Ngọc Tố Uyên
Khoa Kiến Trúc Mỹ thuật, Trường Đại học Cơng nghệ TP.Hồ Chí Minh
GVHD: TS. Nguyễn Thị Ngọc Qun

TĨM TẮT
Mơ hình hóa các đối tượng thực trong khơng gian ảo là một hướng nghiên cứu rất được quan tâm
trong lĩnh vực đồ họa máy tính. Kỹ thuật chủ yếu là mơ hình hóa dựa trên các dạng hình học cơ
bản, hình học tự do, dựa vào cấu trúc vật lý, giải phẫu học và nhân trắc học cơ thể con người
Từ khóa: Mơ hình hóa cơ thể, đồ họa máy tính, hình học cơ bản, mơ phỏng.

1 CÁC PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH HĨA CƠ THỂ
1.1 Mơ hình hóa từ các dạng hình học cơ bản
Một trong những nghiên cứu sớm nhất được xem là cột mốc quan trọng trong mơ hình hóa từ các
dạng hình học cơ bản được trình bày bởi Barr [ Barr – 1984]. Trong thời gian này, người ta sử dụng
các dạng hình học cơ bản để thiết kế các mơ hình mong muốn. Barr đã dùng phương pháp di
chuyển góc, hướng của các hình học cơ bản để thiết kế các mơ hình phức tạp theo các tham số
đường cong. Từ các điểm lồi, lõm, góc của hình đa giác ngun thủy, Ơng đã xây dựng thành hình
đa giác 3 chiều phức tạp. Ngịai việc tạo hình 3 chiều từ các hình cơ bản, Ông cũng đã thực hiện
các phép biến đổi bảo toàn góc để uốn cong và xoắn các hình trong khơng gian 3 chiều. Hình 1 là
một điển hình cho thiết kế hình đa giác 3 chiều từ hình đa giác nguyên thủy 2D.

Hình 1: Thiết kế hình đa giác 3D từ hình đa giác 2D

Sau thành cơng về mơ hình đa giác 3 chiều, Barr [Barr – 1984] tiếp tục phát triển nghiên cứu mơ
hình hóa mơ phỏng xoắn, uốn cong và kéo dài đỉnh các đối tượng hình học. Hướng thay đổi của
phương pháp này là tập trung vào không gian vector các bề mặt tiếp xúc cần biến thể, tìm các
vector tiếp tuyến của mơ hình biến thể và vector tịnh tiến vị trí của mơ hình biến thể. Barr lấy cảm
613

hứng từ các mơ hình động cơ thể như sự uốn cong của khủyu tay, chân, chỗ to, chỗ nhỏ của các
khối cơ bắp trên cơ thể được biến thể.
Chức năng biến thể của Barr được sử dụng để đạt được các biến thể dọc theo trục tại các đỉnh của
mơ hình. Blanc [Blanc – 1994 ] tổng qt các chức năng này để đạt tới khả năng biến dạng tồn bộ
mơ hình, trong đó tại mỗi đỉnh của mơ hình trong khơng gian được ánh xạ tới đỉnh khác trong cùng
mặt phẳng không gian. Các chức năng biến thể được thực hịên như: thắt nút, vuốt nhọn, xoắn, biến
dạng, uốn cong. Kết quả của kỹ thuật biến thể này được thể hiện ở Hình 2.

Hình 2: Kết quả các biến thể trên mơ hình

1.2 Tạo mơ hình biến thể từ các dạng hình học tự do
Kế tiếp cơng việc của Barr, Sederberg và Parry [Sederberg và Parry - 1986 ] đã đưa ra kỹ thuật biến
thể các dạng hình học tự do (gọi tắt là FFD), kỹ thuật này rất thơng dụng và có nhiều hướng mở để
giải quyết các vấn đề về biến thể mơ hình. Trong kỹ thuật này, mơ hình được đưa vào một khung
lưới gồm nhiều điểm kiểm sốt và thực hiện biến thể mơ hình. Thay vì dịch chuyển trên bề mặt đỉnh
của mơ hình, các điểm trên lưới sẽ dịch chuyển và sẽ tạo sự biến thể mơ hình, điều này được thể
hiện ở Hình 3.

Hình 3: a: Biến thể từ kỹ thuật FFD, uốn con ĩnh vực y tế, mơ hình cơ thể thật được mơ phỏng bằng phương
pháp mơ hình hóa vật lý. Trong ứng dụng này đ i hỏi độ chính xác các mơ hình, cách thực hiện
theo giải phẫu học của mơ hình hóa vật lý sẽ cho kết quả tốt hơn. Trong trường hợp các thuật toán
bị hạn chế, phương pháp mơ hình hóa hình học sẽ được sử dụng phù hợp.
Nhân trắc học là khoa học về đo lường cơ thể tập trung vào các biến đổi vật lý các kích thước cơ thể.
Xét mơ hình cơ thể người trong không gian ảo, kiến thức về nhân trắc học được đưa vào đồ họa vi
tính thiết kế mơ hình cơ thể theo các kích thước khác nhau, ứng dụng mơ hình này cho nhiều lĩnh
vực khác nhau, ví dụ trong lĩnh vực dệt may. Ứng dụng các tính năng về nhân trắc học để tạo ra mơ
hình cơ thể ảo và mô phỏng quần áo lên cơ thể người và cả những thông tin về thông số của mơ
Hình 12.


618


Hình 12: Trình bày các mốc đo nhân trắc trong thiết kế

Một trong những hệ thống trước đây dựa trên mơ hình hóa cơ thể ảo được phát triển bởi
Magnenat-Thalmann [Magnenat-Thalmann -1987]. Hệ thống này có tên là ‚hệ thống nhà máy tạo
con người‛ và gồm phương pháp mơ hình hóa hình học và vật lý. Hệ thống này thiết kế theo cấu
trúc từng modul và mỗi modul đều có khả năng kiểm soát trên người ảo. Hệ thống này điều khiển
xương, khuôn mặt dựa trên các modul cho phép một khung mơ hình hóa cơ thể hồn chỉnh. Sử
dụng hệ thống này, tác giả đã thực hiện một bộ phim 7 phút ‘Rendez-Vous a Montreal’ bởi
Magnenat-Thalmann [Magnenat-Thalmann -1987].
Ngày nay, theo sự phát triển cơng nghệ, hiệu ứng hình ảnh phức tạp hơn, tiếng nói, cơng nghệ
nhận dạng, nhận dạng khuôn mặt giống như các modul đều được đề cập trong hệ thống này.
Song song việc thực hiện các modul, u cầu phải có thuật tốn xây dựng mơ hình phù hợp.
Biến dạng về mơ hình cơ thể người khơng chỉ tạo ra các mơ hình với kích thước khác nhau. Nó cịn
sử dụng để tạo các mơ hình động và sự biến đổi trạng thái vật lý trên khuôn mặt. MagnenatThalmann [Magnenat-Thalmann -1988 ] đã phát triển hệ thống bằng việc tạo biến dạng từng phần
(JLD) để tạo biến dạng mơ hình cánh tay con người cho phim hoạt hình. Mỗi thao tác biến dạng
(JLD) của diễn viên là một kiểu riêng được lưu giữ và nó được xác định như một thao tác của sự vận
động khớp. Cấu trúc xương của cánh tay được sử dụng để thực hiện mơ hình các khớp. Sau đó
Magnenat-Thalmann [Magnenat-Thalmann -1988] sử dụng cùng một phương pháp cho cơ thể
động với đầy đủ các khớp xương. Các cấp độ khớp xương và ứng dụng kỹ thuật trên được trình bày
ở Hình 13.

.
Hình 13: Mơ hình diễn viên

619



Wilhelms [Wilhelms -1995] thực hiện một phương pháp mới mà trong phương pháp này các lớp cơ
thể được xác định trong một cấu trúc theo từng cấp bậc. Cách này làm cho có thể thêm hoặc bỏ
các xương, cơ bắp và da trong từng cấp. Sự linh hoạt của phương pháp này được sử dụng để xác
định các phần cấu trúc cơ thể theo xương và cơ bắp khác nhau. Theo phương pháp nhiều lớp này,
mỗi cấu trúc được đưa vào khung để tính tốn đơn giản. Ngồi ra, sử dụng mơ hình elip thay vì cấu
trúc cơ bắp để làm tăng hiệu quả. Thể hiện ở Hình 14. Theo sự tương tác của cấu trúc này, bề mặt
da được biến dạng cho mơ hình thực tế.

Hình 14: Mẫu các điểm nút tại các khớp

Một ví dụ về sự biến dạng dựa trên nhân trắc học được nghiên cứu bởi DeCarlo [DeCarlo -1998]. Hệ
thống sẽ tự động tạo ra các mơ hình khn mặt mới từ một thư viện mẫu và phân tích thống kê.
Việc biến dạng sẽ theo các số đo được quy định sẵn và biến đổi mẫu theo kỹ thuật mơ hình. Hình
15 và Hình 16.

Hình 15: Mơ hình bắp tay

Hình 16: Biến thể mơ hình đầu theo nhân trắc học

2 KẾT LUẬN
Mơ hình hóa cơ thể bằng thiết kế đồ họa máy tính dựa trên các dạng hình học, đặc điểm vật lý, giải
phẫu học và nhân trắc học có thể cho ra kết quả mơ hình 3D tĩnh và động trong khơng gian ảo.
Cơng nghệ này có thể ứng dụng trong lĩnh vực thiết kế phim hoạt hình, nhân vật ảo trên game... Đối
với ứng dụng thu thập dữ liệu từ hình dáng con người thực tế để đo nhân trắc thì hiện vẫn chưa có.
Tuy nhiên để thực hiện cơng nghệ này đ i hỏi thuật tốn phải mạnh, người thực hiện phải có sự am
620


hiểu kiến thức về cấu trúc cơ thể con người và chun mơn đồ họa máy tính. Phương pháp tạo mơ

hình mới bằng các biến thể từ mơ hình cũ, có thể biến thể một bộ phận hoặc cả mơ hình nhờ vào
việc phân vùng cơ thể và nghiên cứu các tư thế động tác. Ứng dụng này chưa đảm bảo thực tế và
tính chính xác khi lắp ráp các bộ phận với nhau tạo thành mơ hình hồn chỉnh. Vì vậy các phương
pháp này sẽ khơng phù hợp để nghiên cứu nhân trắc học ngành may.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]

Lee, W.Gu, Magnenat-Thalmann (2000) Generating animatable 3D virtual humans from
photographs. Eurographics, Computer Graphics forum, 19(3).

[2]

Wang, Chang, Yuen (2003) Virtual human modeling from photographs for garment industry.
Computer-Aided design.

621