ГОСТ Р ИСО 20685-2-2016

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Эргономика

МЕТОДОЛОГИЯ ТРЕХМЕРНОГО СКАНИРОВАНИЯ ДЛЯ СОЗДАНИЯ СОВМЕСТИМЫХ С МЕЖДУНАРОДНЫМИ АНТРОПОМЕТРИЧЕСКИХ БАЗ ДАННЫХ

Часть 2

Исследование показателей формы поверхности и повторяемости положения анатомических ориентиров

Ergonomics. 3D-scanning methodologies for internationally compatible anthropometric databases. Part 2. Research of surface form indicators and repeatability of anatomic landmarks

ОКС 13.180

Дата введения 2017-12-01

Предисловие

1 ПОДГОТОВЛЕН Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" (ОАО "НИЦ КД") на основе собственного перевода на русский язык англоязычной версии стандарта, указанного в пункте 4

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 201 "Эргономика, психология труда и инженерная психология"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 25 ноября 2016 г. N 1796-ст

4 Настоящий стандарт идентичен международному стандарту ИСО 20685-2:2015* "Эргономика. Методология трехмерного сканирования для создания совместимых с международными антропометрических баз данных. Часть 2. Протокол оценки формы поверхности и повторяемости относительного положения опорных точек" (ISO 20685-2:2015 "Ergonomics - 3-D scanning methodologies for internationally compatible anthropometric databases - Part 2: Evaluation protocol of surface shape and repeatability of relative landmark positions", IDT).

________________

* Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым в тексте, можно получить, обратившись в Службу поддержки пользователей. - Примечание изготовителя базы данных.         

Международный стандарт разработан ISO/TC 159 "Ergonomics".

Наименование настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5-2012 (пункт 3.5).

При применении настоящего стандарта рекомендуется использовать вместо ссылочных международных стандартов соответствующие им национальные стандарты, сведения о которых приведены в дополнительном приложении ДА     

5 ВЗАМЕН ГОСТ Р ИСО 20685-2013     

6 ПЕРЕИЗДАНИЕ. Август 2019 г.     

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

Введение

Антропометрические измерения имеют ключевое значение во многих международных стандартах. Они могут быть получены, например, с помощью 3D-сканера. Трехмерные (3D) сканеры применяют в антропометрии относительно недавно. 3D-сканеры создают трехмерное облако точек сканирования, покрывающих тело человека, что может быть использовано во многих случаях, в т.ч. при создании одежды и проектировании автомобилей, в технике и медицине. Цифровые модели тела человека, полученные при помощи 3D-сканирования, имеют разнообразное применение на этапе проектирования. Каждая сфера применения антропометрических данных требует от них необходимой точности.

Существующие системы сканирования основаны на ряде современных технологий. К ним относят стереофотограмметрию, использование ультразвука и светового излучения (лазерного излучения, белого света и инфракрасного излучения). Для обработки данных, поступающих со сканера, используются разные методы и программное обеспечение. Кроме того, методы получения анатомических ориентиров различны в разных существующих системах. Для некоторых систем анатомические ориентиры задают специалисты по антропометрии, в других же системах анатомические ориентиры автоматически вычисляются исходя из данных о форме поверхности. Точность анатомических ориентиров оказывает существенное влияние на качество данных, полученных с помощью сканирования, а также, в целом на цифровую модель тела человека, построенную на основе анатомических ориентиров.

Существующие принципиальные различия в применяемых технологиях, аппаратном и программном обеспечении приводят к тому, что полученные данные от разных систем для одного и того же человека могут существенно различаться. Применение систем 3D-сканирования требует разработки международных стандартов, ориентированных на пользователей 3D-сканера и тех, кто применяет полученные антропометрические данные.

Целью настоящего стандарта является обеспечение контроля качества процесса сканирования тела человека, особенно формы поверхностей и расположения анатомических ориентиров, в соответствии с ГОСТ Р ИСО 7250-1.

     1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на системы 3D-сканирования поверхности тела человека, предназначенные для получения информации о форме и размерах тела. Настоящий стандарт не применим, если при исследовании анатомические ориентиры изменяют свое положение в пространстве.

Настоящий стандарт применим к сканерам всего тела, но также может быть применен к сканерам отдельных частей тела (сканерам головы, кистей, стоп). Настоящий стандарт применяют к 3D-сканерам, которые формируют один снимок поверхности. При анализе портативного сканера следует иметь в виду, что оператор сканера может вносить вклад в общую неопределенность результата. В системах с вращающимся объектом сканирования в общую неопределенность результата вносит вклад движение объекта. При применении настоящего стандарта используют анатомические ориентиры, установленные специалистом по антропометрии. Стандарт не может быть применен для случая автоматического расчета анатомических ориентиров программными средствами на основе данных сканирования.

Качество сканирования поверхности тела человека и анатомические ориентиры зависят от характеристик 3D-сканера; персонала, выполняющего сканирование и исследуемых объектов. Настоящий стандарт распространяется также на процессы сканирования объектов, отличных от тела человека или его частей.

Применяемые средства измерения должны обладать точностью до миллиметра. Их пригодность может быть проверена путем сравнения со шкалой, откалиброванной в соответствии с международным эталоном длины. Для проверки и определения точности сканирования тела при помощи 3D-сканера используют калиброванный объект, обладающий известной формой и размерами.

Настоящий стандарт предназначен для организаций и лиц, использующих 3D-сканеры в целях создания антропометрических баз данных; пользователей антропометрических баз данных, полученных с помощью 3D-сканеров, проектировщиков и изготовителей 3D-сканеров. Стандарт обеспечивает основу для принятия соглашения о характеристиках сканера тела человека между его пользователями и поставщиками, а также между поставщиками 3D-антропометрических баз данных и их пользователями.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ISO 7250-1 Basic human body measurements for technological design - Part 1: Body measurement definitions and landmarks (Основные антропометрические измерения для технического проектирования. Часть 1. Определения и основные антропометрические точки)

ISO 10360-8 Geometrical product specifications (GPS) - Acceptance and reverification tests for coordinate measuring systems (CMS) - Part 8: CMMs with optical distance sensors (Геометрические характеристики изделий (GPS). Приемочные и повторные проверочные испытания координатно-измерительных машин. Часть 8. Координатно-измерительные машины (CMM), оборудованные оптическими дистанционными датчиками)

ISO 20685 3D-scanning methodologies for internationally compatible anthropometric databases (Методология трехмерного сканирования для разработки совместимых с международными антропометрических баз данных)    

     3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 ошибка исследования сферической формы (error of spherical form measurement): Разность между радиальными расстояниями точек наиболее и наименее удаленных от центра сферы, построенной методом наименьших квадратов по точкам, полученным при сканировании тестовой сферы.

Примечание - Ошибка исследования сферической формы зависит от особенностей сканера и сферичности формы тестовой сферы.

3.2 показатель разброса сферической формы (spherical form dispersion value): Наименьшая разность радиусов двух сферических оболочек с центром, расположенным в центре сферы наилучшего приближения, между которыми находится n (в процентах) точек от общего количества точек, полученных при сканировании тестовой сферы.

Примечание 1 - См. рисунок 1, справа.

Примечание 2 - Значение n должно равняться 90%.

3.3 стандартное отклонение радиального расстояния (standart deviation of radial distances): Стандартное отклонение расстояний от точек, полученных при сканировании тестовой сферы, до центра сферы наилучшего приближения, определяемое в направлении радиуса сферы наилучшего приближения.

Примечание - Стандартное отклонение радиального расстояния выступает как индикатор ошибки исследования сферической формы и обладает с ней высокой корреляцией (90%).

3.4 ошибка измерения диаметра (error of diameter measurement): Разность между диаметром сферы наилучшего приближения, полученной методом наименьших квадратов и диаметром тестовой сферы.

Примечание 1 - См. рисунок 1, слева.

Примечание 2 - Данную величину рассчитывают как разность диаметра, определенного по результатам сканирования тестовой сферы, и диаметра, установленного при ее калибровке.

1 - сфера наилучшего приближения; 2 - показатель разброса сферической формы; 3 - центр сферы наилучшего приближения; - диаметр сферы наилучшего приближения; - радиальное расстояние от точек, полученных при сканировании до центра сферы наилучшего приближения

Примечание - Область разброса сферической формы, в пределах которой расположены n% общего числа точек, показана заштрихованной областью на рисунке справа (см. рисунок 1). Интервальную оценку показателя разброса сферической формы вычисляют в виде разности квантилей уровней (100-(100-n)/2) и (100-n)/2 распределения радиальных расстояний от точек, полученных при сканировании, до центра сферы наилучшего приближения.

Рисунок 1 - Ошибка измерения диаметра и показатель разброса сферической формы

     4 Исследование формы поверхности

4.1 Общие сведения

Условия окружающей среды должны соответствовать условиям эксплуатации 3D-сканера тела. Если сканирование исследуемого объекта требует модификации режима работы сканера, то это должно быть отражено в отчете об исследовании.

4.2 Тестовая сфера

Тестовая сфера должна быть изготовлена из стали, керамики или других подходящих материалов с диффузно отражающей поверхностью; ее используют для определения показателей качества сканирования: показателя разброса сферической формы и ошибки измерения диаметра. Рекомендуется выбирать диаметр сферы так, чтобы он был не менее 10% от максимального размера прямоугольного параллелепипеда, ограничивающего сканируемое пространство.

Тестовая сфера должна быть откалибрована, диаметр и форма тестовой сферы должны быть указаны в сертификате калибровки. Поскольку ошибка исследования сферической формы и шероховатость поверхности сферы влияют на результаты исследования, ошибка исследования сферической формы не должна превышать 1/5 от максимально допустимой ошибки, заявленной изготовителем сканера.

Свойства поверхности тестируемой сферы могут существенно влиять на результаты исследования. Материал, из которого изготовлена сфера, должен быть указан в отчете об исследовании.

Эталонная сфера, поставляемая вместе со сканером для целей калибровки, не должна быть использована для данной процедуры.

Пример тестовой сферы приведен в приложении А.

4.3 Методика

4.3.1 Исследование тестовой сферы

Сферу исследуют, как минимум, в девяти различных позициях в пределах сканируемого пространства. Позиции для исследования должны включать следующие девять позиций (см. рисунок 2): позиция 1 - центр сканируемого пространства на уровне пола; позиции 2-5 расположены на 500 мм, 1000 мм, 1500 мм и 2000 мм выше позиции 1; позиции 6 и 7 расположены на 250 мм впереди и сзади от позиции 1 и на 1000 мм от уровня пола; позиции 8 и 9 находятся на 400 мм справа и слева от центральной позиции и на уровне 1000 мм от пола.

В случае когда сфера не может быть исследована в указанных позициях, вследствие малого объема пространства для сканирования, следует исследовать сферу в точках, наиболее близких к описанным, и положения этих точек указать в отчете об исследовании.

4.3.2 Вычисление показателей качества сканирования

Точки, полученные при сканировании тестовой сферы следует отделять от точек, привнесенных в результат сканирования объектами отличными от сферы. Данную процедуру проводят в ручном режиме. Точки, полученные в результате отражения удаленных объектов, также должны быть исключены.

По полученным точкам определяют сферу наилучшего приближения. Вычисляют радиальное расстояние от центра сферы наилучшего приближения до всех полученных точек. Диаметр сферы наилучшего приближения вычисляют как среднее арифметическое всех радиальных расстояний.

Ошибку измерения диаметра вычисляют как разность диаметра сферы наилучшего приближения и диаметра тестовой сферы.

Интервальную оценку показателя разброса сферической формы (90%) вычисляют в виде разности квантилей уровней 95% и 5% распределения радиальных расстояний от точек, полученных при сканировании, до центра сферы наилучшего приближения.

Рассчитывается стандартное отклонение всех радиальных расстояний.

4.3.3 Отчет

Описание и результаты исследования тестовой сферы (диаметр и показатель разброса) должны быть отражены в отчете.

Для каждой позиции сканирования должны быть указаны: ошибка измерения диаметра, показатель разброса сферической формы (90%) и стандартное отклонение радиальных расстояний точек, полученных при сканировании. Графическое представление точек, полученных при сканировании тестовой сферы, служит наглядной интерпретацией результатов.

Пример процедуры исследования и отчета приведен в приложении В.