Luận văn Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot mang camera ứng dụng xây dựng hình ảnh 3D (Phần 1)

Nội dung text: Luận văn Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot mang camera ứng dụng xây dựng hình ảnh 3D (Phần 1)

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HẢI TRUNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT MANG CAMERA ỨNG DỤNG XÂY DỰNG HÌNH ẢNH 3D NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ - 605204 S KC 0 0 4 1 3 8 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2013
2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH LUẬN VĂN THẠC SĨ NGUYỄN HẢI TRUNG NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO ROBOT MANG CAMERA ỨNG DỤNG XÂY DỰNG HÌNH ẢNH 3D NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ – 605204 Hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN TRƯỜNG THỊNH Tp. Hồ Chí Minh, tháng 10/2013
3. LÝ LỊCH KHOA HỌC I. LÝ LỊCH SƠ LƢỢC: Họ & tên: NGUYỄN HẢI TRUNG Giới tính : Nam Ngày, tháng, năm sinh: 26/10/1985 Nơi sinh: Bình Định Quê quán: Hoài Tân, Hoài Nhơn, Bình Định Dân tộc: Kinh Địa chỉ liên lạc: 614/53B, Tổ 6, Khu phố 1, Phước Long B, Quận 9, TP.HCM. Điện thoại: 0979129356. E-mail: trungckm@gmail.com II. QUÁ TRÌNH ĐÀO TẠO: 1. Đại học: Hệ đào tạo: Chính qui Thời gian đào tạo: từ 9/2004 đến 9/2009 Nơi học (trường, thành phố): Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh Ngành học: Công nghệ Tự động. Tên luận án tốt nghiệp: Nghiên cứu so sánh các phần mềm CAM thông dụng hỗ trợ các lớp tập huấn công nghiệp. Ngày & nơi bảo vệ đồ án, luận án hoặc thi tốt nghiệp: tháng 7 năm 2009 tại Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Thành phố Hồ Chí Minh. Người hướng dẫn: TS Huỳnh Nguyễn Hoàng III. QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CHUYÊN MÔN KỂ TỪ KHI TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC: Thời gian Nơi công tác Công việc đảm nhiệm 9/2009 đến 4/2011 Công ty TNHH Việt Nam Nhân viên thiết kế Schréder - i -
4. LỜI CAM ĐOAN Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kì công trình nào khác. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 10 năm 2013 (Ký tên và ghi rõ họ tên) - ii -
5. CẢM TẠ Suốt quá trình thực hiện đề tài và hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận rất nhiều sự chỉ dẫn, giúp đỡ và động viên quí báu của rất nhiều người, nếu không có sự giúp đỡ của họ thì đề tài chắc chắn khó mà thành công như ý muốn. Thông qua luận văn này tác giả gửi lời cảm ơn sâu sắc đến những người có liên quan. Đầu tiên, em xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc đối với Thầy Nguyễn Trường Thịnh, người thầy hướng dẫn đã tận tình chỉ cho tôi phương pháp nghiên cứu khoa học, tận tình hướng dẫn và theo dõi sát sao tiến trình đề tài, từ đó đóng góp những ý kiến kịp thời trong suốt quá trình nghiên cứu để thực hiện đề tài theo đúng tiến độ. Tác giả chân thành cảm ơn đến tất cả quý thầy cô thuộc Khoa Cơ khí Chế tạo máy trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã trang bị cho những kiến thức chuyên môn và kinh nghiệm thực tiễn, tập thể học viên cao học khóa 2011 – 2013B đã nhiệt tình giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu. Bên cạnh đó, tác giả gửi lời cảm ơn đến tập thể các bạn sinh viên ở Open Lab – trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã giúp đỡ hỗ trợ tôi rất nhiều trong việc thực hiện đề tài. Cuối cùng, tôi xin dành cho Ba, Mẹ và người thân trong gia đình những lời tốt đẹp nhất, những người đã tạo điều kiện tốt nhất cho tôi hoàn thành luận văn này. Tp. Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 10 năm 2013 Tác giả Nguyễn Hải Trung - iii -
6. TÓM TẮT Nếu coi nhiếp ảnh là công cụ để tái hiện lại hiện thực thì ảnh 3D có thể coi là một bước tiến so với ảnh 2D cũng như ảnh màu so với ảnh đen trắng. Hơn thế nữa, khi quay tấm ảnh 3D ở các góc quan sát khác nhau, chúng ta còn cảm thấy vị trí tương đối giữa các đối tượng trong ảnh thay đổi, hệt như khi người quan sát đi vòng quanh vật thật. Có thể nói, hình ảnh 3D chính là giải pháp tốt nhất cho bạn giới thiệu sản phẩm của mình đến gần hơn với người tiêu dùng. Tuy nhiên công việc tạo ảnh 3D ở Việt Nam hiện tại còn mang tính thủ công tốn nhiều thời gian, công sức và tiền bạc. Trong đề tài này, tác giả sẽ đề cập đến một robot mang camera chụp tự động các đối tượng ở các góc độ được xác định trước để tạo ra hàng loạt các tấm ảnh 2D, sau đó dùng phần mềm chuyên dụng để ghép các tấm ảnh này từ đó tạo một ảnh tương tác 3D xoay 3600. Robot này gồm có ba khâu và ba khớp xoay, nhờ có ba động cơ mà nó có thể di chuyển như cánh tay con người. Robot được lập trình hoàn toàn tự động nhờ có sự trợ giúp của máy tính. - iv -
7. ABSTRACT If photography is considered as a tool to reconstruct realistic, 3D images can then be seen as a step forward compared with 2D images as well as color photos with black and white photos. Furthermore, when spinning 3D photos at different angles, we still feel the relative position between objects in image changing, just as observers go around the real thing. It goes without saying that the 3D image is the best solution for you to introduce your product closer to the consumer. However, creating 3D images in Vietnam is still handmade to take much time, effort and money. In this subject, the author will mention a robot carrying the camera to automatically shoot objects at different angles and create a series of 2D images, and then use specialized software to join these images from which make an interactive 3D picture and rotate 3600. This robot consists of three linkages and three joints. Thanks to three motors, it can move like human arms. Robot is programmed fully automatically with the help of computers. - v -
8. MỤC LỤC Trang tựa TRANG Quyết định giao đề tài Lý lịch khoa học i Lời cam đoan ii Cảm tạ iii Tóm tắt iv Abstract v Mục lục vi Danh sách các hình vẽ ix Danh sách các bảng xi Chƣơng 1: TỔNG QUAN Error! Bookmark not defined. 1.1 Đặt vấn đề Error! Bookmark not defined. 1.2 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước đã công bố. Error! Bookmark not defined. 1.2.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Error! Bookmark not defined. 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nước Error! Bookmark not defined. 1.2.3 Tình hình nghiên cứu trong nước Error! Bookmark not defined. 1.3 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn Error! Bookmark not defined. 1.4 Mục tiêu và nhiệm vụ của đề tài. Error! Bookmark not defined. 1.5 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu. Error! Bookmark not defined. 1.6 Phương pháp nghiên cứu. Error! Bookmark not defined. Chƣơng 2: THIẾT KẾ KẾT CẤU CƠ KHÍ ROBOT Error! Bookmark not defined. 2.1 Phân tích và lựa chọn kết cấu robot Error! Bookmark not defined. 2.1.1 Yêu cầu kỹ thuật của robot Error! Bookmark not defined. 2.1.2 Nguyên lý hoạt động của robot Error! Bookmark not defined. 2.1.3 Phương án đề xuất thiết kế cơ cấu tay máy Error! Bookmark not defined. 2.1.3.1 Phương án 1 Error! Bookmark not defined. - vi -
9. 2.1.3.2 Phương án 2 Error! Bookmark not defined. 2.1.4 Chỉ tiêu đánh giá và chọn lựa cơ cấu: Error! Bookmark not defined. 2.1.5 Tính toán chiều dài từng khâu: Error! Bookmark not defined. 2.2 Bài toán động học tay máy Error! Bookmark not defined. 2.2.1 Bài toán động học thuận Error! Bookmark not defined. 2.2.2 Bài toán động học ngược Error! Bookmark not defined. 2.3 Bài toán động lực học Error! Bookmark not defined. 2.4 Tính toán chọn công suất động cơ điện Error! Bookmark not defined. 2.5 Tính toán chọn cơ cấu truyền động robot Error! Bookmark not defined. 2.6 Thiết kế các bộ phận của robot Error! Bookmark not defined. Chƣơng 3: THIẾT KẾ QUỸ ĐẠO CHUYỂN ĐỘNG ROBOTError! Bookmark not defined. Chƣơng 4: THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ROBOTError! Bookmark not defined. 4.1 Cấu trúc hệ thống điều khiển Error! Bookmark not defined. 4.2. Thiết kế phần điện tử Error! Bookmark not defined. 4.2.1 Bộ nguồn Error! Bookmark not defined. 4.2.2 Mạch cầu H Error! Bookmark not defined. 4.2.3 Mạch vi điều khiển trung tâm Error! Bookmark not defined. 4.3 Giải thuật và giao diện điều khiển Error! Bookmark not defined. 4.3.1 Điều khiển vi ̣trí và vâṇ tốc cho đôṇ g cơ DC Error! Bookmark not defined. 4.3.2 Giao diện điều khiển Error! Bookmark not defined. Chƣơng 5: KẾT QUẢ VÀ THỰC NGHIỆM Error! Bookmark not defined. 5.1 Phần cơ khí Error! Bookmark not defined. 5.2 Phần điện tử Error! Bookmark not defined. 5.2.1 Bộ nguồn Error! Bookmark not defined. 5.2.2 Mạch cầu H Error! Bookmark not defined. 5.2.3 Mạch vi điều khiển trung tâm Error! Bookmark not defined. 5.2.4 Tủ điều khiển Error! Bookmark not defined. 5.3 Hệ thống điều khiển Error! Bookmark not defined. 5.4 Giao diện điều khiển Error! Bookmark not defined. - vii -
10. 5.5 Thực nghiệm Error! Bookmark not defined. Chƣơng 6: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Error! Bookmark not defined. 6.1 Kết luận Error! Bookmark not defined. 6.2 Hướng phát triển Error! Bookmark not defined. TÀI LIỆU THAM KHẢO Error! Bookmark not defined. PHỤ LỤC 1: Tính toán bộ truyền xích Error! Bookmark not defined. PHỤ LỤC 2: Tính toán bộ truyền bánh răng Error! Bookmark not defined. PHỤ LỤC 3: Tập bản vẽ chi tiết 70 - viii -
11. DANH SÁCH CÁC HÌNH HÌNH TRANG Hình 1.1 Bán hàng trực tuyến với hình ảnh 2D từ InternetError! Bookmark not defined. Hình 1.2 Mô phỏng sự chập hình của hai mắt Error! Bookmark not defined. Hình 1.3 Hình ảnh phim 3D AVATAR Error! Bookmark not defined. Hình 1.4 Hình ảnh 3D của sản phẩm Error! Bookmark not defined. Hình 1.5 Hình ảnh sản phẩm được chụp ở các góc độ khác nhauError! Bookmark not defined. Hình 1.8 Robotic Arm Error! Bookmark not defined. Hình 1.6 Robot Vario Error! Bookmark not defined. Hình 1.7 Robot Vario XL Error! Bookmark not defined. Hình 2.1 Phương pháp tạo ảnh 3D mang tính thủ công Error! Bookmark not defined. Hình 2.2 Robot kiểu tọa độ cầu Error! Bookmark not defined. Hình 2.3 Cơ cấu dạng một Error! Bookmark not defined. Hình 2.4 Cơ cấu dạng hai Error! Bookmark not defined. Hình 2.5 Vùng không gian hoạt động (V) của camera . Error! Bookmark not defined. Hình 2.6 Vùng không gian hoạt động (K) của robot cameraError! Bookmark not defined. Hình 2.7 Không gian hoạt động của camera và robot Error! Bookmark not defined. Hình 2.8 Hệ tọa độ của Robot Error! Bookmark not defined. Hình 2.9 Phân tích động lực học kết cấu Error! Bookmark not defined. Hình 2.10 Sơ đồ động của robot camera Error! Bookmark not defined. Hình 2.11 Mô hình Robot mang Camera Error! Bookmark not defined. Hình 2.12 Cánh tay Robot Error! Bookmark not defined. Hình 2.13 Khung đỡ Robot Error! Bookmark not defined. Hình 2.14 Bàn xoay Error! Bookmark not defined. Hình 3.1 Các đường dịch chuyển có thể xảy ra của một khâu robotError! Bookmark not defined. Hình 3.2 Đồ thị góc quay của các khớp theo t Error! Bookmark not defined. Hình 3.3 Quỹ đạo mong muốn của robot khi di chuyểnError! Bookmark not defined. - ix -
12. Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển Robot Error! Bookmark not defined. Hình 4.3 Sơ đồ khối hoạt động vi điều khiển Slave trong RobotError! Bookmark not defined. Hình 4.4 Sơ đồ khối tổng quát bộ nguồn Error! Bookmark not defined. Hình 4.5 Mạch cầu H điều khiển chiều động cơ Error! Bookmark not defined. Hình 4.6 Các modun của mạch điện điều khiển trung tâmError! Bookmark not defined. Hình 4.7 Lưu đồ hoaṭ đôṇ g của vòng điều khiển vi ̣trí . Error! Bookmark not defined. Hình 4.8 Sơ đồ xây dựng chương trình mô phỏng hoạt động của RobotError! Bookmark not defined. Hình 5.1 Thiết kế khâu 1 của robot Error! Bookmark not defined. Hình 5.2 Thiết kế khâu 2 của robot Error! Bookmark not defined. Hình 5.3 Khớp nối khâu 1 và khâu 2 Error! Bookmark not defined. Hình 5.4 Thiết kế khâu 3 Error! Bookmark not defined. Hình 5.5 Khớp nối khâu hai và ba Error! Bookmark not defined. Hình 5.6 Mô hình thực tế của robot camera Error! Bookmark not defined. Hình 5.7 Không gian làm việc của robot Error! Bookmark not defined. Hình 5.8 Bộ nguồn 24V – 10A Error! Bookmark not defined. Hình 5.9 Hình chụp mạch cầu H Error! Bookmark not defined. Hình 5.10 Hình chụp mạch vi điều khiển trung tâm Error! Bookmark not defined. Hình 5.11 Tủ điều khiển và Panel điều khiển Error! Bookmark not defined. Hình 5.13 Giao diện chính của Robot Error! Bookmark not defined. Hình 5.14 Quỹ đạo di chuyển robot bán kính 1,2 m Error! Bookmark not defined. Hình 5.15 Quỹ đạo di chuyển robot bán kính 0,7 m Error! Bookmark not defined. Hình 5.16 Độ ổn định robot khi di chuyển bán kính 1,2 mError! Bookmark not defined. Hình 5.17 Quá trình robot chụp sản phẩm máy tính Error! Bookmark not defined. Hình 5.18 Kết quả mẫu chụp ở các góc độ khác nhau Error! Bookmark not defined. - x -
13. DANH SÁCH CÁC BẢNG BẢNG TRANG Bảng 2.2: Thông số khối lượng các bộ phận của robot 27 Bảng 5.1: Đặc trưng của robot mang camera Error! Bookmark not defined. Bảng 5.2: Bảng thông số kết quả thực nghiệm độ lệch tâm 58 - xi -
14. Chƣơng 1 TỔNG QUAN Chương này sẽ trình bày về nhu cầu cấp thiết hiện nay của đề tài, mang lại những lợi ích gì cho xã hội, ý nghĩa khoa học và thực tiễn, tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu: về ảnh 3D, nguyên lý và các phương pháp tạo ảnh 3D. Nêu tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước từ đó đề xuất hướng nghiên cứu của đề tài, nhiệm vụ và phương pháp nghiên cứu để giải quyết được nhiệm vụ đặt ra của đề tài. 1.1 Đặt vấn đề Vài năm gần đây, do sự phổ biến của Internet và các dịch vụ dựa trên nền tảng Internet có những bước phát triển mạnh mẽ, trong đó lĩnh vực kinh doanh online hay là thương mại điện tử là một trong những lĩnh vực mới mẻ và được rất nhiều doanh nghiệp quan tâm và đầu tư phát triển. Tới thời điểm hiện nay, hàng ngày có hàng chục thậm chí hàng trăm website thương mại điện tử mới ra đời càng làm cho thị trường nguồn cung trực tuyến ngày càng phát triển nóng và song song với nó, nhu cầu mua sắm trên mạng cũng tăng mạnh và trở thành thói quen phổ biến của người tiêu dùng và các tổ chức cơ quan, doanh nghiệp. - 1 -
15. Hình 1.1 Bán hàng trực tuyến với hình ảnh 2D từ Internet Một trong những vấn đề tồn tại khi tham gia giao dịch mua sắm trên mạng là vấn đề cung cấp thông tin về sản phẩm lên website, đặc biệt là hình ảnh sản phẩm trưng bày trên trang web bán hàng. Hiện nay đa số các website bán hàng thường chỉ cung cấp hình ảnh hai chiều như hình 1.1 với các chi tiết không được rõ nét, chụp ở một vài góc độ, do vậy người mua hàng rất khó có thể chọn được sản phẩm phù hợp nếu chỉ nhìn qua một số hình ảnh cung cấp trên website bán hàng. Ngoài ra, nhược điểm lớn của môi trường trực tuyến là mọi người không thể chạm vào và cảm thấy sản phẩm của bạn. Tuy nhiên, xem cận cảnh với những hình ảnh chất lượng tốt ở nhiều góc độ vẫn có thể cung cấp cho người mua hàng những cảm nhận gần giống như họ đang được sờ nắn một sản phẩm thực tế, và điều đó là rất cần thiết cho những người mua hàng trực tuyến. Một trong những giải pháp tốt nhất là cung cấp giao diện ảnh ba chiều xoay 3600 của sản phẩm, cho phép người dùng có thể xem từng chi tiết của sản phẩm ở bất kể góc độ nào. Với giao diện ba chiều xoay 3600 cho phép hiển thị các hình ảnh tương tác với khách hàng, họ chỉ cần sử dụng con chuột của mình để xoay tròn 3600, dừng hình, phóng to, thu nhỏ, xoay chậm, xoay nhanh, chọn xem xét từng chi tiết quan trọng, mọi góc cạnh của sản phẩm. Điều này giúp khách hàng có thông tin tốt - 2 -
16. hơn để đưa ra quyết định mua sắm đúng đắn. Vì vậy, việc tạo ảnh ba chiều đối với sản phẩm là nhu cầu cấp thiết đối với các cơ quan doanh nghiệp nhằm tiết kiệm thời gian công sức và tạo lợi thế cạnh tranh, tăng doanh thu bán hàng. Tuy nhiên, các phương pháp tạo ảnh ba chiều hiện nay còn thủ công tốn rất nhiều thời gian công sức và tiền bạc nếu chụp với số lượng lớn mà độ chính xác lại không cao. Vì vậy, với đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot mang camera ứng dụng xây dựng hình ảnh 3D” để tạo các sản phẩm ảnh ba chiều xoay 3600 một cách hoàn toàn tự động nhằm tiết kiệm thời gian công sức tiền bạc, tăng độ chính xác sẽ mang lại lợi ích to lớn cho con người. 1.2 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố. 1.2.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Nếu coi nhiếp ảnh là công cụ để tái hiện lại hiện thực thì ảnh 3D có thể coi là một bước tiến so với ảnh 2D cũng như ảnh màu so với ảnh đen trắng. Ảnh màu mô tả thế giới chân thực hơn, đem lại nhiều thông tin hơn so với ảnh đen trắng nhờ màu sắc. Tương tự, ảnh 3D tái hiện lại hiện thực tốt hơn ảnh 2D truyền thống do hiển thị được đầy đủ ba chiều không gian của sự vật, giúp chúng ta định rõ được khoảng cách về chiều sâu giữa các đối tượng. Hơn thế nữa, khi quay tấm ảnh 3D ở các góc quan sát hơi khác nhau, ta còn cảm thấy vị trí tương đối giữa các đối tượng trong ảnh thay đổi, hệt như khi người quan sát đi vòng quanh sự vật thật. Vì vậy, có thể nói ảnh 3D là một công cụ xứng đáng hơn để các nhà nghệ thuật tái hiện lại thế giới. 3D (3-dimensional) ở đây được hiểu là không gian ba chiều. Các vật thể trong không gian ba chiều được đặc trưng bởi ba thông số là chiều rộng, chiều cao và chiều sâu. Con người chúng ta sống trong không gian vật chất, bằng thị giác của mình, chúng ta nhận thức được các vật thể xung quanh chúng ta là các hình khối, tức là hình ảnh ba chiều - 3D. Nguyên tắc để tạo được hình ảnh 3D là phải xây dựng lại được một hệ thống đánh lừa được đôi mắt, làm cho đôi mắt khi nhìn vào hình ảnh cảm nhận được ba chiều như trong không gian 3D thực tế mà ta đang sống. Do đó việc tạo hình 3D - 3 -
17. bao gồm hai yếu tố quan trọng nhất đó là hệ thống hình ảnh được tái dựng (ảnh, phim) và thị giác hai mắt. Khi quan sát xung quanh bằng mắt, có hai yếu tố làm ta cảm nhận được chiều sâu hay khoảng cách, đó là sự điều tiết của thủy tinh thể và góc chập của hai mắt. Ấn tượng chìm hay nổi của không gian và các đối tượng có được nhờ sự tổng hợp của não bộ từ các hình ảnh ghi nhận đồng thời từ mắt trái và mắt phải. Nhờ tiếp thu được thông tin từ hai góc nhìn khác nhau, thị giác hai mắt giúp chúng ta định được khoảng cách xa gần và do đó, nhận thức được tính vô tận và liên tục của ba chiều không gian. Hình 1.2 Mô phỏng sự chập hình của hai mắt Hình 1.2 cho thấy để nhìn rõ đối tượng thì hai mắt cùng phải hướng về đối tượng, đó là sự hợp thị và ta có điểm hợp thị và góc hợp thị α. Mỗi mắt cũng phải điều tiết hay lấy nét vào vật. Nhờ nhận thức của não bộ đối với góc chập α, ta có thể ước lượng được khoảng cách h tới đối tượng. Nguyên lý căn bản của hầu hết các thể loại hình ảnh nổi là sự mô phỏng thị giác hai mắt đối với đối tượng sự vật. Nói cách khác, hiệu ứng 3D ở các loại ảnh nổi đều giống nhau ở bản chất nhằm gửi đến mắt trái và mắt phải người quan sát một cách tách biệt hai hình ảnh tương ứng với góc lệch bên trái và bên phải của đối tượng. Nhờ sự chập ảnh vô thức của não bộ sẽ gây nên ấn tượng chìm hay nổi của đối tượng sự vật. Đó là sự khác biệt lớn nhất đối với hình ảnh 2D truyền thống - khi người quan sát dù đứng ở bất kỳ góc nào thì mắt trái và phải cũng chỉ nhìn thấy một khuôn hình giống hệt nhau. - 4 -
18. Ngoài ra, tùy thuộc vào độ phân giải mà hình ảnh sẽ có độ nét khác nhau. Độ phân giải ảnh là số điểm ảnh (pixel) có trên một đơn vị chiều dài của hình ảnh đó. Hình ảnh có độ phân giải càng cao thì càng sắc nét và màu sắc càng chính xác. Nhưng khi đó, dung lượng file cũng sẽ tăng theo, đòi hỏi nhiều bộ nhớ hơn. Hiện nay trên thị trường có ba phương pháp tạo ảnh 3D như sau: Thu trực tiếp hình ảnh 3D bằng các máy ảnh 3D hay máy quay 3D chuyên dụng. Các thiết bị này thường gồm hai ống kính để ghi lại hai hình ảnh trái và phải. Kỹ thuật này đem lại hình ảnh với độ chân thực cao. Đây chính là phương pháp sử dụng trong bộ phim 3D kinh điển AVATAR như hình 1.3. Hình 1.3 Hình ảnh phim 3D AVATAR [10] Dựng hình ảnh 3D bằng các phần mềm chuyên dụng. Hiện nay có rất nhiều phim hoạt hình 3D nổi tiếng với chất lượng tuyệt vời, nó được xây dựng bằng các phần mềm thiết kế đồ họa 3D chuyên dụng. Một số phần mềm dựng ảnh thông dụng như 3DMax, CAD3D, Maya, VRML, Tạo ảnh 3D từ các bức ảnh 2D thông thường bằng các phần mềm nội suy chuyên dụng. Đây chính là cách phổ biến tạo ra các bức ảnh hoặc các bộ phim bây giờ. Kỹ thuật này thường dùng để tạo ra tranh hoặc ảnh 3D với chất lượng cao với giá thành vừa phải. Nó được áp dụng ở đa số các tranh ảnh 3D hiện tại trên thị trường. Có nhiều cách để tạo ra ảnh 3D bằng phương pháp này nhưng đều được thực hiện qua ba bước: - 5 -
19. Đầu tiên, xây dựng dữ liệu ảnh 2D đầu vào là một chuỗi gồm nhiều ảnh được chụp đồng thời ở các góc chụp liên tiếp nhau theo một quy trình chụp đặc biệt nhằm lấy được đầy đủ ba chiều không gian của sự vật. Sau đó, tạo ảnh 3D bằng các phần mềm máy tính chuyên dụng. Cuối cùng, in ấn hiển thị tranh, ảnh trình diễn tương tác 3D. Vấn đề được đặt ra ở đây đó chính là tài liệu nghiên cứu ở thời điểm hiện tại chỉ tập trung vào việc xử lý ảnh 2D có sẵn mà chưa có đề tài nào nói về việc tạo ra chuỗi ảnh đó như thế nào.Vì vậy, cần thiết phải có đề tài nghiên cứu và tìm hiểu vấn đề về việc tạo ra dữ liệu ảnh 2D đầu vào cho ảnh 3D. Hình 1.4 Hình ảnh 3D của sản phẩm [11] Hình ảnh 3D ở hình 1.4 này được xây dựng nhờ vào một loạt các ảnh 2D của đối tượng được chụp từ những góc độ khác nhau, nhằm lấy được đầy đủ ba chiều không gian của sự vật. Sau đó, dùng phần mềm máy tính chuyên dụng để ghép các tấm hình này lại để tạo ảnh 3D. Với những hình ảnh này cho phép người sử dụng có thể xoay đối tượng đến 3600, phóng to hay thu nhỏ để xem mọi góc cạnh, chi tiết của đối tượng một cách rõ ràng. Những hình ảnh này được ứng dụng để làm hình ảnh quảng cáo sản phẩm cho Công ty, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí, tạo lợi thế cạnh tranh và nâng cao kết quả kinh doanh cho Công ty. Thông thường theo tính toán để xoay được sản phẩm và quay tròn được nó thì cần tối thiểu từ 12 đến 72 tấm ảnh như hình 1.5, điều này tùy thuộc vào độ phân - 6 -
20. giải ảnh để cho tấm hình độ rõ nét tốt nhất cho người xem, tuy nhiên nếu số lượng ảnh càng nhiều thì dung lượng sẽ càng lớn. Hình 1.5 Hình ảnh sản phẩm được chụp ở các góc độ khác nhau [11] Ngày này cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ ngày càng cao, các Robot ngày càng được ứng dụng vào thực tiễn nhằm thay thế con người làm những công việc đòi hỏi tính chính xác và ổn định lặp đi lặp lại, giúp nâng cao năng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm, nâng cao chất lượng cũng như khả năng cạnh tranh của sản phẩm tạo ra. Vì vậy, đề tài này sẽ tập trung vào việc nghiên cứu, thiết kế và chế tạo Robot mang camera ứng dụng xây dựng dữ liệu đầu vào với hàng loạt các ảnh 2D được chụp ở các góc độ khác nhau trên cùng một đối tượng, sau đó nhờ vào phần mềm chuyên dụng ghép các tấm ảnh này với nhau để nhằm mục đích tạo ra tấm ảnh tương tác 3D giúp người dùng có thể xoay đối tượng đến 3600 . 1.2.2 Tình hình nghiên cứu ngoài nƣớc Theo tham khảo từ Internet thì hiện nay chỉ có một công ty hãng Fotorobot của Cộng hòa Séc chuyên sản xuất các robot dạng này. Tùy theo phạm vi hoạt động của robot để đáp ứng nhu cầu đối với từng loại sản phẩm khác nhau từ các sản phẩm nhỏ và bóng loáng (trang sức, ly, đồng hồ, điện thoại di động, chai rượu ), đến các vật thể có kích cỡ trung bình (máy tính, thời trang, hàng hóa tiêu thụ ), cho tới những đối tượng có kích cỡ lớn (xe đạp, xe hơi, tủ lạnh, thiết bị nội thất, các máy công nghiệp ) mà công ty đã cho ra đời ba loại robot để đáp ứng nhu cầu hiện nay bao gồm: - 7 -
21. Hình 1.8 Robotic Arm [11] Hình 1.8 là Robotic Arm bao gồm một trụ đứng lớn, tay cầm giữ camera, các kết nối vững chắc và ống trượt giữ camera được điều khiển bằng thủy lực giúp đảm bảo hoạt động ổn định và tin cậy. Thích hợp cho việc mang những camera rất nặng tới 6 kg. Robot này được sử dụng cho các sản phẩm như thiết bị điện tử và điện thoại di động, giày dép và túi xách, đồng hồ, đồ trang sức và nước hoa, thủy tinh, đồ dùng nhà bếp, đồ nội thất, các công cụ và máy xén cỏ, nhạc cụ, xe máy, đồ thể thao, đồ chơi Hình 1.6 Robot Vario [11] - 8 -