IT202100030014A1 - Procedimento interamente virtuale per misurazioni di grandezze optometriche. - Google Patents
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Description
PROCEDIMENTO INTERAMENTE VIRTUALE PER MISURAZIONI DI
GRANDEZZE OPTOMETRICHE
La presente invenzione si riferisce a un procedimento interamente virtuale per misurazioni di grandezze optometriche.
Nello stato della tecnica sono noti sia procedimenti per misurazioni di grandezze optometriche sia per personalizzazioni di oggetti, quali ad esempio occhiali, attraverso l?utilizzo di misurazioni fisiche (e non virtuali) su oggetti di riferimento, es. montature di riferimento. Tuttavia la presente invenzione si riferisce a procedimenti interamente virtuali, senza alcun utilizzo di oggetti fisici.
Nello stato della tecnica sono noti procedimenti per misurare da remoto caratteristiche fisiche di una testa di una persona per realizzare occhiali personalizzati per mezzo di un procedimento di prova di occhiali virtuali su volti virtuali ripresi su volti virtuali acquisiti tramite dispositivi elettronici o generati digitalmente di una persona reale, come ad esempio procedimenti di prova virtuali denominati Virtual Try On (VTO) o Virtual Mirror (VM).
I procedimenti di prova virtuali esistenti sono di due tipi.
Un primo tipo di procedimento di prova virtuale prevede una simulazione fisica di un processo di posizionamento di un paio di occhiali su un viso tenendo conto di un attrito tra una montatura degli occhiali e il viso della persona indossatrice ed alcune caratteristiche fisiche simulate in forma digitale come per esempio peso degli occhiali, attrito tra occhiali e testa, elasticit? di una montatura degli occhiali.
Il procedimento di simulazione del posizionamento fisico comprende una previsione di collisioni tra la montatura degli occhiali ed il volto della persona calcolando matematicamente la posizione nella quale gli occhiali virtuali e la testa virtuale della persona si iniziano ad intersecare.
Nel caso di occhiali virtuali in acetato, la montatura viene spostata verso l'alto fino a che il ponte degli occhiali virtuali appoggia sopra un naso della testa virtuale rappresentando una profondit? di posizionamento. Un rilevamento delle collisioni viene utilizzato per trovare un posizionamento verticale fisicamente realistico.
Nel caso di occhiali virtuali in metallo e materiale misto, spesso sono le collisioni tra il naso di chi lo indossa e i naselli degli occhiali che determinano il posizionamento.
Questo posizionamento virtuale si rivela efficace a fini estetici per mostrare chiaramente ad una persona come sta con indosso gli occhiali.
Svantaggiosamente questo tipo di procedimento ? particolarmente oneroso in termini di tempi di calcolo.
Svantaggiosamente la modellazione fisica del sistema viso-occhiale richiede enormi sforzi di approssimazione e formalizzazione. Inoltre i singoli modelli di occhiale necessitano di un gran numero di parametri come ad esempio le propriet? fisiche di ogni materiale di cui ? composto l?occhiale fisico.
Un secondo tipo di procedimento di prova virtuale, come ad esempio EP3425446B1 o EP3649505B1, prevede trasformazioni affini comprendendo una serie di punti di riferimento preimpostati per un modello di testa virtuale 3D ed una corrispondente serie di punti di riferimento preimpostati per un modello di occhiali virtuali 3D. La serie di punti di misurazione preimpostati possono comprendere due punti di un naso e due punti di orecchie. Il procedimento comprende una ricerca della trasformazione affine ottimale nella forma di una matrice di rotazione e di traslazione che minimizzi una somma di distanze tra corrispondenti punti di riferimento preimpostati su un modello di testa virtuale e sul modello di occhiali virtuali. Il vantaggio principale delle trasformazioni affini ? che consentono una formalizzazione fine del problema. Procedimenti esistenti si basano su regole formalizzate da esperti in materia o inferite automaticamente dai dati. Svantaggiosamente ? necessario pre-impostare ed annotare i punti di riferimento utilizzati durante la fase di ottimizzazione sopra il modello 3D della testa ed il modello degli occhiali 3D.
Svantaggiosamente l?allineamento dei punti di riferimento non consente di risolvere completamente il problema di riuscire a misurare le grandezze optometriche da remoto in modo cos? fine da ottenere misure per la manifattura di lenti degli occhiali.
Scopo della presente invenzione consiste nel fatto di realizzare un procedimento per misurazioni di grandezze optometriche e di manipolazioni di una montatura da remoto necessarie per la manifattura delle lenti, per produrre occhiali personalizzati, per restituire indicazioni estetiche sulla corretta posizione degli occhiali rispetto alla testa della persona, per valutare un grado di confortevolezza in relazione alla possibilit? di deformazione di stanghette e montatura, che superi gli svantaggi dello stato della tecnica nota.
In accordo con l?invenzione tale scopo ? raggiunto con un procedimento per misurazioni di grandezze optometriche e per manipolazioni di una montatura secondo la rivendicazione 1.
Un ulteriore scopo della presente invenzione consiste nel fatto di realizzare un programma per elaboratore caricabile nella memoria di un calcolatore elettronico comprendente istruzioni che, quando il programma ? eseguito dal calcolatore, attuano un procedimento per misurazioni di grandezze optometriche e per manipolazioni di una montatura da remoto necessarie per la manifattura delle lenti, per produrre occhiali personalizzati, per restituire indicazioni estetiche sulla corretta posizione degli occhiali rispetto alla testa della persona, per valutare un grado di confortevolezza in relazione alla possibilit? di deformazione di stanghette e montatura, che superi gli svantaggi dello stato della tecnica nota.
In accordo con l?invenzione tale ulteriore scopo ? raggiunto con un programma per elaboratore secondo la rivendicazione 11.
Altre caratteristiche sono previste nelle rivendicazioni dipendenti.
Le caratteristiche ed i vantaggi della presente invenzione risulteranno maggiormente evidenti dalla descrizione seguente, esemplificativa e non limitativa, riferita ai disegni schematici allegati nei quali:
la figura 1 ? uno schema a blocchi del procedimento per misurazioni di grandezze optometriche e per manipolazioni di una montatura per mezzo di un procedimento per posizionare una montatura di occhiali virtuale sopra una testa virtuale di una persona secondo la presente invenzione;
la figura 2 ? una vista schematica di un modello tridimensionale di occhiali virtuali;
la figura 3 ? una vista schematica di un modello tridimensionale di una testa virtuale di una persona; la figura 4 ? uno schema a blocchi di un procedimento di caricamento di un modello virtuale di una testa;
la figura 5 ? uno schema a blocchi di un procedimento per posizionare la montatura virtuale sulla testa virtuale;
la figura 6 ? uno schema a blocchi di una operazione di ottimizzazione vincolata multistadio;
la figura 7 ? uno schema a blocchi di un procedimento alternativo per posizionare la montatura virtuale sulla testa virtuale;
la figura 8 ? uno schema a blocchi di una terza procedura iterativa alternativa a quella di figura 7.
Con riferimento alle figure citate viene mostrato un procedimento interamente virtuale per misurazioni di grandezze optometriche e per manipolazioni di una montatura 100 per mezzo di un procedimento per posizionare 400 una montatura di occhiali virtuali 10 sopra una testa virtuale 20 in modo ottimale.
Per misurazione di grandezze optometriche si intendono misurazioni optometriche, come ad esempio centratura lente, angolo pantoscopico, atte a ottenere tutti i dati necessari per realizzare lenti di occhiali.
Per manipolazioni di una montatura si intendono aggiustamenti alla forma geometrica della montatura reale grazie al procedimento della presente invenzione.
Per interamente virtuale si intende che il procedimento non utilizza misurazioni fisiche su oggetti di riferimento, ad esempio non utilizza misurazioni fisiche su montature di occhiali di riferimento. Il procedimento 100 secondo la presente invenzione ? interamente virtuali, cio? senza alcun utilizzo di oggetti fisici.
Vantaggiosamente il procedimento 100 della presente invenzione consente di produrre montature di occhiali personalizzate che abbiano ad esempio naselli su misura o stanghette personalizzate su una testa della persona.
Vantaggiosamente il procedimento 100 consente anche di restituire indicazioni estetiche sulla corretta posizione degli occhiali rispetto alla testa della persona, valutazione di un grado di confortevolezza in relazione alla possibilit? di deformazione di stanghette, naselli ed in generale della montatura nel suo complesso.
Per modo ottimale si intende posizionare la montatura di occhiali virtuali 10 sopra la testa virtuale 20 con un?accuratezza tale da permettere misurazioni delle grandezze optometriche ed in particolare relativamente alle misure necessarie per realizzare le lenti degli occhiali, oltre che per definire come manipolare la montatura reale degli occhiali.
Il procedimento per misurazioni di grandezze optometriche e per manipolazioni di una montatura 100 ? implementato in un calcolatore elettronico comprendente almeno un processore per eseguire operazioni e almeno una memoria per immagazzinare dati.
Il procedimento 100 comprende un procedimento di caricamento 200 di detta testa virtuale 20 in detta almeno una memoria ed un procedimento di caricamento 300 di detta montatura di occhiali virtuali 10 in detta almeno una memoria.
Il procedimento per misurazioni di grandezze optometriche e per manipolazioni di una montatura 100 comprende il procedimento per posizionare 400 la montatura degli occhiali virtuali 10 sopra la testa virtuale 20.
Il procedimento di caricamento 200 di detta testa virtuale 20 in detta almeno una memoria comprende preferibilmente un procedimento di misurazione da remoto 201 di caratteristiche fisiche di una testa di una persona che vuole indossare la montatura degli occhiali ed un procedimento di calcolo 202 di un modello virtuale della testa della persona 20, altrimenti detta testa virtuale 20.
Il procedimento di misurazione da remoto 201 di caratteristiche fisiche di una testa di una persona comprende preferibilmente un procedimento di scansione del volto mirato alla generazione di un modello 3D virtuale della testa della persona. Detto modello 3D generato ? basato su modelli statistici deformabili noti allo stato dell?arte
Il procedimento di calcolo 202 del modello virtuale della testa della persona 20 comprende un?operazione di realizzazione del modello virtuale di una testa di una persona 20 che deve indossare gli occhiali per mezzo di un reticolo di una molteplicit? di punti 21.
Il modello virtuale della testa virtuale 20 comprende il reticolo di detta molteplicit? di punti 21 disposti in tre dimensioni ad interpolare una reale testa di persona, in cui detta molteplicit? di punti 21 comprende una minore molteplicit? di punti di ancoraggio 22 ed una rispettiva molteplicit? di vettori normali 23 che partono da detti punti di ancoraggio 22, in cui ogni vettore normale 23 ? perpendicolare ad una superficie geometrica intorno al rispettivo punto di ancoraggio 22, in cui detta superficie geometrica rappresenta una superficie del modello virtuale della testa 20 intorno al rispettivo punto di ancoraggio 22. I vettori normali 23 sono usati per definire vincoli in termini di distanza punto-piano, come ad esempio vincoli di non penetrazione tra occhiali virtuali 10 e viso della testa virtuale 20. Per piano si intende la superficie geometrica di un intorno geometrico del punto 22 della testa virtuale 20 che interpola la reale forma della testa della persona.
Si noti bene che i punti di ancoraggio 22 della testa virtuale 20 vengono calcolati dal procedimento di calcolo 202 per mezzo di un?operazione iterativa di calcolo per individuare la molteplicit? di punti di ancoraggio 22 tra i punti 21 della molteplicit? di punti 21 del reticolo e non sono pre-impostati.
Il procedimento di calcolo 202 comprende un?operazione iterativa di calcolo che individua punti di ancoraggio 22 tra i punti 21 della testa virtuale.
Il procedimento di calcolo 202 comprende un?operazione di calcolo che in ogni punto di ancoraggio 22 individua un piano geometrico che interpola una forma della testa reale della persona e calcola un vettore normale 23 rispetto a detto piano geometrico che parte dal punto di ancoraggio.
Il procedimento di caricamento 200 prevede che la testa virtuale 20 venga caricata in detta almeno una memoria.
Il procedimento di caricamento 300 della montatura virtuale 10 prevede di caricare detta montatura virtuale 10 in detta almeno una memoria.
Detta montatura virtuale 10 ? preimpostata cio? precedentemente realizzata attraverso un procedimento di calcolo della montatura virtuale 10.
La montatura virtuale 10 comprende un reticolo virtuale tridimensionale di una molteplicit? di punti 11 disposti in tre dimensioni ad interpolare una reale montatura di occhiali, in cui detta molteplicit? di punti 11 comprende una minore molteplicit? di punti di ancoraggio 12.
Al contrario dei punti di ancoraggio 22 della testa virtuale che vengono calcolati 202, i punti di ancoraggio 12 sono punti 11 del reticolo della montatura virtuale 10 predefiniti in base alle caratteristiche della montatura reale.
I punti di ancoraggio 12 sono i punti 11 del reticolo che consentono, insieme a vincoli virtuali ottenuti dal procedimento di posizionamento 400, di ottenere i dati di posizionamento da parte del procedimento di posizionamento 400.
Il reticolo tridimensionale della molteplicit? di punti 11 della montatura virtuale 10 definisce la forma ed il tipo della montatura di occhiali da posizionare sulla testa della persona. Ogni tipo di montatura di occhiali comprende una rispettivo montatura virtuale 10 che la rappresenta attraverso un rispettivo reticolo virtuale tridimensionale di punti 11.
Detto almeno un processore elabora da detta almeno una memoria sia la montatura virtuale 10 sia la testa virtuale 20.
Il procedimento per posizionare 400 la montatura virtuale 10 sopra la testa virtuale 20 ? un procedimento iterativo che prevede che detto almeno un processore calcoli iterativamente dati di posizionamento sempre pi? precisi di una posizione della montatura virtuale 10 rispetto alla testa virtuale 20 fino a raggiungere un?accuratezza predefinita. I dati di posizionamento comprendono vincoli virtuali e punti di ancoraggio 12 della montatura degli occhiali virtuali 10, che sono i dati necessari per posizionare in modo ottimale la montatura degli occhiali virtuali 10 sulla testa virtuale 20 fino all?accuratezza tale da permettere misurazioni delle grandezze optometriche ed in particolare relativamente alle misure necessarie per realizzare le lenti degli occhiali.
Il procedimento 100 comprende un procedimento di salvataggio 500 dei dati di posizionamento, in cui detto almeno un processore salva in detta almeno una memoria i dati di posizionamento ottimizzati al termine del procedimento iterativo per posizionare 400 la montatura virtuale 10 sopra la testa virtuale 20.
Il procedimento 100 comprende inoltre un procedimento di calcolo 600 delle grandezze optometriche in cui detto almeno un processore elabora i dati di posizionamento ottimizzati e calcola le grandezze optometriche.
Per dati di posizionamento ottimizzati si intendono dati di posizionamento di accuratezza predefinita, in cui detta accuratezza predefinita ? tale da consentire di realizzare lenti per la montatura degli occhiali.
Il procedimento per posizionare 400 la montatura degli occhiali virtuali 10 sopra la testa virtuale 20 ? vantaggiosamente in grado di posizionare virtualmente la montatura virtuale 10 sopra la testa virtuale 20.
Il procedimento di posizionamento 400 si basa su una combinazione di ottimizzazione vincolata non lineare multistadio e simulazione fisica di corpo rigido.
Il procedimento per posizionare 400 la montatura virtuale 10 sopra la testa virtuale 20 comprende una prima procedura iterativa multistadio 410 che comprende una operazione di ottimizzazione non lineare vincolata multistadio 411, un'operazione di ottimizzazione non lineare vincolata 412 e successivamente una seconda procedura iterativa 420 che comprende una fase di rilevamento di collisioni 421.
Vantaggiosamente il procedimento per posizionare 400 la montatura virtuale 10 sopra la testa virtuale 20 consente di ottenere un'elevata precisione nelle misurazioni digitali effettuate su reticoli tridimensionali virtuali di punti 11, 21.
L?operazione di ottimizzazione non lineare vincolata multistadio 411 comprende una operazione di allineamento 431 della montatura virtuale 10 rispetto alla testa virtuale 20.
Questa operazione di allineamento 431 prevede che il processore inizialmente trovi un allineamento approssimativo e ragionevole tra il reticolo 11 del modello virtuale di occhiali 10 ed il reticolo 21 del modello virtuale di testa 20 basandosi sui punti di ancoraggio 12 rilevati dalla memoria in ingresso. In seguito partendo dall?allineamento approssimativo, il processore cambia iterativamente una molteplicit? di parametri che definiscono i due reticoli 11, 21 del modello virtuale di testa 20 e del modello virtuale di occhiali 10 in modo di minimizzare una funziona di costo di una distanza tra ogni punto 12 della prima serie di punti di ancoraggio 12 ed ogni rispettivo punto 22 della seconda serie di punti di ancoraggio 22. Ad esempio un primo punto 12 della prima serie di punti 12 ? un punto di ancoraggio 12 di una stanga 14 della montatura degli occhiali virtuali 10 ed il rispettivo secondo punto 22 della seconda serie di punti 22 ? un punto di ancoraggio 22 di un orecchio del modello della testa virtuale 20.
La funzione di costo ? una funzione che mappa un evento o valori di pi? variabili su un numero reale che rappresenta un costo associato all?evento. Una soluzione al problema di ottimizzazione minimizza la funzione di costo.
La funzione di costo minimizza le distanze tra punti 21 e punti 11 e dipende dalla somma delle distanze tra punti 21 corrispondenti sul volto della testa virtuale 20 ed i punti 11 degli occhiali virtuali 10.
L?ottimizzazione minimizza la funzione di costo entro uno spazio di ricerca che ? definito da una matrice di rotazione e traslazione degli occhiali virtuali 10. Il procedimento si interrompe quando il processore individua la matrice di rotazione e traslazione che minimizza la funzione di costo secondo una tolleranza predefinita che viene ritenuta accettabile.
Ad esempio si pu? fermare il processo quando la funzione di costo ha una tolleranza inferiore ad un ordine di grandezza di 10<-9 >o addirittura di 10<-12>.
La seconda procedura iterativa 420, vincolata dai dati della prima procedura iterativa multistadio 410, comprende l?operazione di rilevamento di collisioni 421 in realt? ? una operazione finalizzata ad evitare le collisioni (intersezioni) tra reticolo dei punti 21 della testa virtuale 20 e reticolo dei punti 11 della montatura virtuale 10, sfruttando i vincoli ottenuti dalla prima procedura iterativa multistadio 410.
La seconda procedura iterativa 420 ? soggetta a un insieme di vincoli mirati ad evitare intersezioni tra i reticoli tridimensionali 11, 21 degli occhiali 10 e della testa 20. Per fare ci?, i vincoli sono definiti in termini di distanze punto-piano, dove i punti sono i vertici di ancoraggio 12, 22 sul reticolo degli occhiali 10 e i piani sono definiti dai vertici di ancoraggio 22 sul reticolo della testa 20 ed i corrispondenti vettori normali 23.
L?imposizione che una distanza punto-piano sia maggiore di zero implica che un vertice sul reticolo 11 degli occhiali virtuali 10 sia esterno o non intersechi il reticolo 21 della testa virtuale 20. La distanza punto-piano offre vantaggi di tempi di calcolo minori.
Alternativamente ? possibile prevedere una distanza differente da quella punto-piano.
Il procedimento per posizionare 400 in modo ottimale il modello virtuale della montatura degli occhiali 10 con il modello virtuale della testa della persona 20 comprende una operazione di salvataggio 500 nella quale il processore salva in memoria i parametri ottimizzati del reticolo 11 del modello di occhiali virtuali 10, che sono i punti di ancoraggio ottimizzati 12 e i vincoli virtuali, definendo con questi parametri una matrice di roto-traslazione di un'ottimizzazione non lineare vincolata, che ? una soluzione. Si noti che i punti 22 della testa virtuale 20 restano invariati e vengono modificati solo i punti 12 degli occhiali virtuali 10. La soluzione salvata in memoria ? la matrice di rotazione e traslazione da applicare al reticolo 11 degli occhiali virtuali 10.
Preferibilmente il procedimento per posizionare 400 in modo ottimale il modello virtuale della montatura degli occhiali 10 con il modello virtuale della testa della persona 20 comprende una operazione di ottimizzazione vincolata 430 del modello virtuale degli occhiali 10.
L'output dell?operazione di allineamento 431 degli occhiali virtuali 10 fornisce un allineamento iniziale accettabile, ma ? preferibile soddisfare ulteriori requisiti per ottenere un posizionamento il pi? realistico possibile.
Queste operazioni di ottimizzazione non lineare vincolate 411, 412 del modello virtuale degli occhiali 10 mira a perfezionare il posizionamento degli occhiali virtuali 10 risolvendo un'ulteriore ottimizzazione vincolata in cui una seconda funzione di costo ? ancora definita in termini di distanze euclidee tra punti di ancoraggio 12, 22, vincoli ancora definiti in termini di distanze punto-piano, ma la regione di ricerca dei valori minimi di distanza tra i rispettivi punti 12, 22 della prima 12 e della seconda serie di punti di ancoraggio 22 ? limitata entro un intervallo di valori predefinito rispetto alla soluzione precedente.
L?intervallo di valori predefinito ? uno degli iper-parametri attraverso i quali si modellizza il problema del posizionamento. Tali intervalli sono ottenuti in maniera induttiva attraverso l?analisi e la modellizzazione dei requisiti espressi dagli esperti in materia.
L?intervallo di valori di ricerca si assesta intorno ai parametri trovati precedentemente, ad esempio si pu? assestare tra il 2% e l?8%, preferibilmente 5%.
Ancora pi? preferibilmente il procedimento per posizionare 400 in modo ottimale il modello virtuale della montatura degli occhiali 10 con il modello virtuale della testa della persona 20 comprende una terza procedura iterativa 430 che comprende una operazione di regolazione 433 degli occhiali virtuali 10.
Durante questa operazione di regolazione 433 degli occhiali virtuali 10 vengono risolti vantaggiosamente tutti i problemi di collisione rilevanti, ancora esistenti, evitando la violazione di quei vincoli rispettati durante le fasi precedenti.
Durante la regolazione 433 degli occhiali virtuali 10 viene simulato uno scivolamento degli occhiali virtuali 10 lungo un naso virtuale del modello virtuale della testa 20 per garantire una inforcatura realistica degli occhiali o anche fornire agli utenti diversi livelli di aderenza a seconda delle proprie preferenze di inforcatura.
Poich? nella parte multistadio della metodologia proposta gli occhiali virtuali 10 sono trattati come corpi rigidi e indeformabili, la soluzione di output mostra sempre gravi collisioni tra le aste 14 degli occhiali virtuali 10 e le tempie della testa virtuale 20. La montatura degli occhiali virtuali 10 viene quindi sottoposta alla successiva fase di deformazione.
Ancora pi? preferibilmente la terza procedura iterativa 430 comprende una quarta operazione di deformazione 434 delle aste 14 del modello virtuale degli occhiali 10.
La quarta operazione di deformazione 434 deforma le stanghe virtuali 14 della montatura virtuale 10 ed una quinta operazione di rilevamento di collisioni in due dimensioni 435 tra stanghe virtuali 14 e testa virtuale 20 utilizzando algoritmi di rilevamento delle collisioni per rilevare quando si verificano collisioni tra gli occhiali virtuali 10 e la testa virtuale 20.
Preferibilmente per l?operazione di rilevamento di collisioni 435 tra stanghe virtuali 14 e testa virtuale 20 viene utilizzato un algoritmo di Gilbert-Johanson-Keerthi (GJK), che ? progettato per l'uso con poliedri convessi in 2D e 3D e viene utilizzato per superare questo problema in modo efficiente. GJK ? un algoritmo per rilevamento delle collisioni.
Sebbene GJK sia progettato per funzionare sia in 2D che in 3D, preferibilmente ? previsto di ridurre questo problema 3D a un problema 2D. La soluzione riduce la dimensionalit? del problema a un problema planare 2D determinando su quale piano bidimensionale 2D si trovano le stanghe 14 del modello di occhiali 10 e affettando il reticolo tridimensionale di punti 11 lungo questo piano. Per affettare si intende spostarsi nel piano XZ, considerando la sezione della testa virtuale 20 passante per i punti di ancoraggio 22 in corrispondenza delle orecchie della testa virtuale 20. La raccolta di vertici dei poliedri convessi risultante former? una base di soluzione per l'algoritmo GJK che definisce una soluzione convessa dei poliedri convessi. L?insieme risultante dei vertici former? l?inviluppo o la chiusura dell?insieme dei vertici per l?algoritmo GJK. Qualora l?inviluppo non risulti completo, ? necessaria una procedura di interpolazione, preferibilmente attraverso l?algoritmo Dyn-Levin-Gregory.
Se la base di soluzione non fa risultare il poliedro convesso, allora viene applicato un algoritmo separato per renderlo convesso. L?algoritmo GJK prevede infatti per ipotesi che la forma sia convessa.
L?operazione di regolazione 430 degli occhiali virtuali 10 prevede che le stanghe virtuali 14 vengano spostate dal processore dall?interno verso l?esterno fino a quando non smetteranno di entrare in collisione con le tempie virtuali della testa 20 e verranno annotati in memoria i punti di contatto da parte del processore. Questi punti di contatto diventeranno i centri dei punti di ancoraggio 22 di riferimento per le tempie della testa virtuale 20.
I vincoli sono definiti per il problema di minimizzazione e non vengono cambiati, n? salvati.
Vantaggiosamente il procedimento 100 adotta regole esplicite in una forma che facilita l'integrazione di nuove regole da parte di esperti in materia o dedotte dai dati.
Vantaggiosamente il tempo di calcolo dell'algoritmo GJK ? notevolmente ridotto tramite la sua riformulazione bidimensionale 2D.
Vantaggiosamente il procedimento 100 consente il posizionamento di occhiali virtuali 10 sul viso virtuale 20 come combinazione di ottimizzazione vincolata non lineare multistadio e algoritmi di rilevamento delle collisioni.
Ancora pi? preferibilmente ? possibile utilizzare i dati ottimizzati del procedimento per posizionare 400 la montatura virtuale 10 sopra la testa virtuale 20 per far apprendere ad una intelligenza artificiale come individuare i punti di ancoraggio 22 della testa virtuale 20 in modo di determinare dati iniziali da cui far partire il procedimento 100.
Vantaggiosamente le operazioni di ottimizzazione sono soggette a vincoli ad hoc che possono essere guidati dai dati ottenuti dal procedimento 100 o suggeriti da esperti in materia, come ad esempio ottici, infatti ? possibile formalizzare vincoli espliciti espressi dagli esperti in materia, gli ottici, oppure usare il machine learning per inferire regole da pattern ricorrenti in un?eventuale database di esempi di fitting corretti.
Vantaggiosamente l?implementazione del procedimento 100 attraverso un?intelligenza virtuale pu? consentire di mappare i punti di riferimento ottimali sul viso che sono fortemente correlati a diverse caratteristiche relative al soggetto, come ad esempio una forma del naso, prominenza delle guance, ecc e alle caratteristiche degli occhiali come ad esempio materiale degli occhiali, geometria dei naselli, ecc.
L?intelligenza artificiale consente di apprendere automaticamente i punti di ancoraggio ottimali 22 del viso 20 sfruttando le informazioni provenienti dalle misurazioni fisiche delle teste di persone reali o dal procedimento per posizionare 400 in modo ottimale il modello virtuale della montatura degli occhiali 10 con il modello virtuale della testa della persona 20.
Il procedimento per posizionare 400 in modo ottimale il modello virtuale della montatura degli occhiali 10 con il modello virtuale della testa 20 della persona implementato con l?intelligenza artificiale comprende una operazione di insegnamento dell?intelligenza artificiale attraverso l?inserimento di dati che comprendono modelli virtuali di occhiali 10 e modelli virtuali di teste 20 gi? accoppiati in modo che siano noti la serie di punti di ancoraggio 12, 22 ed i vincoli.
L?intelligenza artificiale viene istruita dal sistema di apprendimento a riconoscere i punti di ancoraggio ottimali 12, 22 e i vincoli ottimizzati in base a dati accoppiati gi? noti.
In modo analogo ? possibile insegnare all?intelligenza artificiale ad individuare i punti di ancoraggio 12 dell?occhiale virtuale 10 sia basandosi sulle geometrie del modello 3D della montatura 10, sia tenendo conto delle caratteristiche del viso 20 dell?utente.
Durante la fase di apprendimento dell?intelligenza artificiale, l?operazione di posizionamento degli occhiali virtuali 10 sul volto avviene per mezzo dello stesso algoritmo multi-stadio dettagliato nelle pagine precedenti. Durante questa fase, la rete neurale ?impara? quali sono i punti ottimi di ancoraggio sul reticolo del volto. Il concetto di ottimo, in questo caso, si riferisce alla minimizzazione di una funzione di costo basata sulla misurazione fisica in esame.
Durante la fase di inferenza, invece, dato un reticolo del volto ed il reticolo 11 degli occhiali virtuali 10, la rete fa una predizione (inferenza) dei punti di ancoraggio sul reticolo del volto da utilizzare durante la procedura di posizionamento degli occhiali virtuali (procedura identica a quella descritta in precedenza).
L'input del sistema ? costituito da reticoli di facce 3D 20. Un'architettura basata sul deep learning estrae una serie di caratteristiche che, in questo specifico scenario, rappresentano i punti di riferimento del viso 21 da utilizzare durante il procedimento per posizionare 400 in modo ottimale il modello virtuale della montatura degli occhiali 10 con il modello virtuale della testa della persona 20. Queste caratteristiche, insieme ai punti di ancoraggio 12 degli occhiali virtuali 10, alimentano il sistema di posizionamento virtuale descritto sopra in modo deterministico. Il reticolo 21 della testa virtuale 20 con gli occhiali virtuali 10 indossati subisce un processo di ottimizzazione che fornisce una stima della quantit? fisica di interesse come ad esempio posizione delle pupille, forma del viso e forma della montatura degli occhiali.
Durante la fase di istruzione dell?intelligenza artificiale, per ogni input come ad esempio pupille, viso e occhiali, ? presente un valore di verit? fondamentale per la quantit? fisica di interesse. I parametri dell'architettura vengono appresi in modo da minimizzare una funzione di costo.
L?intelligenza artificiale addestrata come descritto rappresenta un estrattore di caratteristiche che, dato un reticolo del viso 20 in ingresso ed un reticolo degli occhiali 10, ? in grado di prevedere i punti di ancoraggio migliori 12, 22 del viso virtuale 20 e degli occhiali virtuali 10 da utilizzare per il posizionamento virtuale degli occhiali 10. Tale modello migliora vantaggiosamente il risultato finale del montaggio della lente degli occhiali pur conservando l'approccio esplicito basato su regole della procedura di montaggio della lente, con i suddetti vantaggi dell'ispezione dei risultati e del miglioramento continuo tramite regole e perfezionamenti dei vincoli e dei punti di ancoraggio 12, 22.
In generale il procedimento per posizionare 400 in modo ottimale il modello virtuale della montatura degli occhiali con il modello virtuale della testa della persona ? implementato per mezzo di un?intelligenza artificiale che ? addestrata fornendo in input i dati combinati che ottimizzano i punti di ancoraggio 12, 22 tra modelli virtuali di occhiali 10 e modelli virtuali di teste 20, in cui detta intelligenza artificiale addestrata riceve in input un reticolo tridimensionale della testa 21 ed un reticolo tridimensionale degli occhiali 11, in cui l?intelligenza artificiale prevede i punti di ancoraggio ottimizzati 12, 22 da utilizzare per il posizionamento virtuale degli occhiali 10 in base all?addestramento ricevuto.
Vantaggiosamente il procedimento per posizionare 400 in modo ottimale il modello virtuale della montatura degli occhiali 10 con il modello virtuale della testa della persona 20 implementato con l?intelligenza artificiale comprende tecniche di apprendimento automatico informate sulla fisica in cui la fase di apprendimento ? supportata da fenomeni interpretabili fisicamente.
Vantaggiosamente tale soluzione preserva la possibilit? di formulazione di regole esplicite separando le componenti dell'apprendimento automatico dalla parte informata sulla fisica.
Il procedimento 100 dell?invenzione pu? essere implementato in un programma per elaboratore comprendente un codice di computer che gira sul calcolatore elettronico che compie operazioni del procedimento 100.
Alternativamente ? previsto che il procedimento 100 non comporti necessariamente la misurazione da remoto 201 della testa della persona, ma che la testa virtuale 20 sia caricata in memoria da precedenti misure attraverso il procedimento di caricamento 200 del modello virtuale di testa 20.
Alternativamente ? possibile prevedere che anche i punti di ancoraggio 12 della montatura virtuale 10 possono essere inferiti in modo automatico nella stessa modalit? spiegata per i punti di ancoraggio 22 della testa virtuale 20. In tal caso il procedimento di caricamento 300 prevede di calcolare i punti di ancoraggio 12.
Vantaggiosamente il procedimento per misurazioni di grandezze optometriche e per manipolazioni di una montatura 100 consente di superare gli svantaggi dello stato della tecnica nota consentendo di ottenere un?accuratezza tale da avere tutti i dati per realizzare lenti per montature di occhiali prendendo misure da remoto necessarie per la manifattura delle lenti, per produrre occhiali personalizzati, per restituire indicazioni estetiche sulla corretta posizione degli occhiali rispetto alla testa della persona, per valutare un grado di confortevolezza in relazione alla possibilit? di deformazione di stanghette e montatura.
L?invenzione cos? concepita ? suscettibile di numerose modifiche e varianti, tutte rientranti nell?ambito del concetto inventivo. In pratica i materiali utilizzati, nonch? le dimensioni, potranno essere qualsiasi a seconda delle esigenze tecniche.
Claims (12)
1. Procedimento per misurare grandezze optometriche e per manipolazioni di una montatura (100) implementato in un calcolatore elettronico comprendente almeno un processore per eseguire operazioni ed almeno una memoria per immagazzinare dati,
in cui detto procedimento (100) comprende
un procedimento di caricamento (200) di un modello virtuale di una testa (20) di una persona in detta almeno una memoria comprendente,
un procedimento di calcolo (202) di detta testa virtuale (20) che comprende
un?operazione di realizzazione di detto modello virtuale di detta testa virtuale (20) comprendente un reticolo di una molteplicit? di punti (21),
un?operazione iterativa di calcolo che individua una molteplicit? di punti di ancoraggio (22) scelti tra punti (21) di detta molteplicit? di punti (21) della testa virtuale (20),
un?operazione di calcolo di una molteplicit? di vettori normali (23) che in corrispondenza di ogni punto di ancoraggio (22) della molteplicit? di punti di ancoraggio (22) individua un piano geometrico che interpola una porzione di una testa reale di una persona e calcola un vettore normale (23) che ? perpendicolare a detto piano geometrico,
un procedimento di caricamento (300) di una montatura virtuale (10) di occhiali in detta almeno una memoria, in cui detta montatura virtuale (10) comprende un reticolo tridimensionale di punti (11) che comprendono una molteplicit? di punti di ancoraggio un procedimento per posizionare (400) la montatura virtuale (10) sulla testa virtuale (20) che ? un procedimento iterativo che prevede che detto almeno un processore calcoli iterativamente una molteplicit? di dati di posizionamento di una posizione della montatura virtuale (10) rispetto alla testa virtuale (20) fino a raggiungere dati di posizionamento di un?accuratezza predefinita,
un procedimento di salvataggio (500) di detti dati di posizionamento di accuratezza predefinita in detta almeno una memoria,
un procedimento di calcolo (600) delle grandezze optometriche che prevede che detto almeno un processore elabora i dati di posizionamento di accuratezza predefinita e calcola le grandezze optometriche, in cui dette grandezze optometriche sono atte ad ottenere dati per realizzare lenti di occhiali.
2. Procedimento (100) secondo la rivendicazione 1, caratterizzato dal fatto che detto procedimento di caricamento (200) di detta testa virtuale (20) in detta almeno una memoria comprende un procedimento di misurazione da remoto (201) di caratteristiche fisiche di una testa di una persona atta ad indossare la montatura degli occhiali.
3. Procedimento (100) secondo la rivendicazione 2, caratterizzato dal fatto che detto procedimento di misurazione di caratteristiche fisiche della testa (201) comprende almeno una operazione di scansione tridimensionale della testa della persona.
4. Procedimento (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-3, caratterizzato dal fatto che procedimento per posizionare (400) la montatura virtuale (10) sopra la testa virtuale (20) comprende
una prima procedura iterativa multistadio (410) che comprende
una operazione di ottimizzazione non lineare vincolata multistadio (411),
un'operazione di ottimizzazione non lineare vincolata (412)
una seconda procedura iterativa (420) che comprende una operazione di rilevamento di collisioni (421).
5. Procedimento (100) secondo la rivendicazione 4, caratterizzato dal fatto che detta operazione di ottimizzazione non lineare vincolata multistadio (411) comprende una operazione di allineamento (431) della montatura virtuale (10) rispetto alla testa virtuale (10), in cui detto almeno un processore cambia iterativamente una molteplicit? di parametri che definiscono i due reticoli dei punti (11, 21) rispettivamente della montatura virtuale (10) e della testa virtuale (20) in modo da minimizzare una funzione di costo di una distanza tra ogni punto di ancoraggio (12) della montatura virtuale (10) ed ogni rispettivo punto di ancoraggio (22) della testa virtuale (20).
6. Procedimento (100) secondo la rivendicazione 5, caratterizzato dal fatto che la minimizzazione della funzione di costo avviene entro uno spazio di ricerca che ? definito da una matrice di rotazione e traslazione della montatura virtuale (10), in cui detta minimizzazione si interrompe quando il processore individua una matrice di rotazione e traslazione che minimizza la funzione di costo secondo una tolleranza predefinita.
7. Procedimento (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 4-6, caratterizzato dal fatto che il procedimento per posizionare (400) la montatura virtuale (10) sopra la testa virtuale (20) comprende
una terza procedura iterativa (430) che comprende una terza operazione di regolazione (433) degli occhiali virtuali (10) che simula uno scivolamento degli occhiali virtuali (10) su un naso virtuale della testa virtuale (20).2
8. Procedimento (100) secondo la rivendicazione 7, caratterizzato dal fatto che la terza procedura iterativa (430) comprende
una quarta operazione di deformazione (433) di stanghe (14) degli occhiali virtuali (10),
una quinta operazione di rilevamento di collisioni in due dimensioni (435) tra stanghe virtuali (14) e testa virtuale (20).
9. Procedimento (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 4-8, caratterizzato dal fatto che detta operazione di rilevamento di collisioni (421, 435) utilizza un metodo di calcolo della distanza punto piano.
10. Procedimento (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 4-8, caratterizzato dal fatto che detta operazione di rilevamento di collisioni (421, 435) utilizza un algoritmo di Gilbert-Johanson-Keerthi (GJK).
11. Procedimento (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-10 implementato con una intelligenza artificiale.
12. Programma per elaboratore caricabile nella memoria di un calcolatore elettronico comprendente istruzioni che, quando il programma ? eseguito dal calcolatore, attuano un procedimento per adattare occhiali in modo personalizzato ad una testa di una persona (100) secondo una qualsiasi delle rivendicazioni 1-11.
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