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Analyse de la variabilité de la forme du corps humain à partir de données anthropométriques tridimensionnelles

Ben Azouz, Zouhour (2005). Analyse de la variabilité de la forme du corps humain à partir de données anthropométriques tridimensionnelles. Thèse de doctorat électronique, Montréal, École de Technologie Supérieure.

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Résumé

Les informations concernant la forme du corps humain sont fondamentales pour divers secteurs, notamment la conception de vêtements, d'automobiles et d'espaces de travail. Ceci justifie le rôle de l'anthropométrie qui est définie comme étant l'étude de mesures effectuées sur le corps humain. Traditionnellement les données anthropométriques manquent d'information sur la forme du corps humain et sont fastidieuses à prendre. Les systèmes denumérisation de surface permettent de surmonter ces problèmes en générant des modèles 3D de corps humain à haute résolution en une dizaine de secondes. Ces systèmes ont révolutionné le domaine de l'anthropométrie et favorisé la tenue de projets de numérisation de corps humain tel que le projet CAESAR.

Pour rendre les modèles 3D de corps humain utiles pour les concepteurs dans divers secteurs, il est essentiel de convertir le grand nombre de points de surface numérisés en une quantification compacte de la forme humaine. Les travaux publiés dans ce contexte font appel à des points de repère anatomiques pour développer une telle description. Une localisation efficace des points de repère sur les modèles 3D nécessite leur marquage sur le corps humain préalablement à la numérisation. Ce procédé sera éventuellement éliminé des futurs projets de numérisation à cause de sa lenteur.

Dans cette thèse on propose une méthode pour analyser la variabilité de la forme du corps humain au sein d'une population ciblée sans utilisation de points de repère anatomiques.

Nous proposons d'abord un algorithme de fermeture des trous des modèles 3D. Ces troussont principalement dus à l'occlusion de certaines parties du corps humain au cours dela numérisation. Ensuite nous avons développé une quantification compacte de la forme humaine par application de l'analyse en composantes principales (ACP) sur une représentation volumétrique des modèles 3D d'une population donnée. La représentation volumétrique fournie une correspondance entre les différents modèles sans recours aux points de repère. L'ACP permet d'extraire un nombre réduit de composantes principales qui forment une base orthonormale de l'espace de forme du corps humain. Chaque modèle 3D peut être décrit et reconstruit à partir des coefficients de sa projection sur cette base. Les composantes extraites représentent les principaux modes de variation de la forme humaine dans l'ensemble des modèles 3D étudié. Enfin, nous proposons un outil pour visualiser ces modes afin de comprendre la variation de forme qu'ils induisent.

Titre traduit

Analysis of the human shape variability using three-dimentional anthropometric data

Résumé traduit

Information about the human body shape is fundamentally important in many industries such as the design of apparel, automobiles and workstations. Traditional anthropometry characterizes the human body with a set of one-dimensional measurements, which provide poor information about the human shape. Moreover, their collection is a long and tedious process. These limitations are overcome by 3-D scanning technology that digitizes the surface of the human body with a high resolution in a few seconds. This technology is radically changing the field of anthropometry and has encouraged the inception of large scale 3-D anthropometric surveys such as the CAESAR project.

The generated 3-D human models are characterized by a large number of surface points. In order to make these models useful for designers, it is necessary to convert them to a compact quantification of the human shape. Approaches that deal with this issue make use of anatomical landmarks. They are efficiently identified on the 3-D models when markers are placed on the body before scanning. The marking process is long and most likely will be eliminated in future 3-D anthropometric surveys.

In this thesis, we propose a method for analysing human shape variability within a given population without using anatomical landmarks.

We first propose an algorithm for filling the holes in the 3-D models, which are mainly due to occlusion during scanning. We then developed a compact quantification of the human shape by applying the Principal Component Analysis (PCA) on a volumetric representation of the 3-D models. The volumetric representation provides a correspondence between different 3-D models without using landmarks. The PCA extracts a reduced number of components that form an orthonormal basis of the space of human shape within the studied population. The 3-D models are then described and reconstructed from the coefficients of their projection on this basis. The extracted components represent the main modes of shape variation within the studied set of 3-D models. Finally, we developed a tool to visualize the changes of the body shape along the main components. The visualization assists designers to understand the variability of the human shape within the targeted population.

Type de document: Mémoire ou thèse (Thèse de doctorat électronique)
Renseignements supplémentaires: "Thèse présentée à l'École de technologie supérieure comme exigence partielle à l'obtention du doctorat en génie". Bibliogr.: f. [127]-134. Chap. 1. Anthropométrie -- Chap. 2. Traitement des données anthropométriques 3D -- Chap. 3. Description compacte et générative des modèles 3D de corps humain -- Chap. 4. Fermeture des trous dans les modèles 3D de corps humain et calcul des cartes de distances signées -- Chap. 5. Application de l'analyse en composantes principales aux modèles 3D représentés par des cartes de distances signées -- Chap. 6. Visualisation et interprétation des principaux modes de variation de la forme du corps humain.
Mots-clés libres: 3d, Acp, Algorithme, Analyse, Anthropometrique, Composant, Corps, Dimension, Donnee, Forme, Homme, Humain, Methode, Principal, Remplissage, Tridimensionnel, Trois, Trou, Variabilite
Directeur de mémoire/thèse:
Directeur de thèse
Lepage, Richard
Co-directeurs de mémoire/thèse:
Co-directeurs de thèse
Rioux, Marc
Programme: Doctorat en génie > Génie
Date de dépôt: 26 janv. 2011 15:00
Dernière modification: 31 oct. 2016 23:39
URI: http://espace.etsmtl.ca/id/eprint/342

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