KỸ THUẬT ĐỒ HỌA 3D. ThS. Phan Thanh Toàn

BÀI KỸ THUẬT ĐỒ HỌA 3D ThS Phan Thanh Tồn TÌNH HUỐNG DẪN NHẬP Hầu hết hình ảnh giới thực đối tượng chiều, thiết bị hiển thị chiều • Hiển thị đối tượng chiều thiết bị chiều nào? • Biểu diễn đối tượng chiều nào? MỤC TIÊU Trình bày khái niệm đồ họa 3D Phân biệt phép chiếu song song, trực giao, phối cảnh Trình bày phương pháp khử mặt khuất, chiếu sáng tơ bóng Trình bày phép biến đổi đồ họa 3D NỘI DUNG 1 Tổng quan đồ họa 3D Mô hình khung dây Quy trình hiển thị đối tượng 3D Các phép chiếu: song song, trực giao, phối cảnh Khử mặt khuất Chiếu sáng tạo bóng Các phép biến đổi hình học 3D 3.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA 3D • Giới thiệu đồ họa 3D  Hình ảnh giới thực 3D, thiết bị hiển thị 2D => Cần chuyển từ mơ hình 3D sang 2D  Thường dùng phương pháp giả lập để biểu diễn đối tượng 3D 3.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA 3D (tiếp theo) • Biểu diễn đối tượng chiều  Điểm: không gian chiều mồi điểm biểu diễn tọa độ x,y,z  Véc tơ: xác định giá trị dx, dy, dz mô tả hướng độ dài véc tơ  Đoạn thẳng không gian chiều biểu diễn tổ hợp tuyến tính điểm Dạng tham số: P = P1 + t*( P2 - P1 )  , ( ≤ t ≤ 1) Tia (Ray) : đoạn thẳng với đầu nằm vô cực Dạng tham số: P = P1 + t*V , ( ≤ t < ∞)  Đường thẳng (Line): đoạn thẳng với hai đầu nằm vô cực Dạng tham số: P = P1 + t*V , ( ∞ ≤ t < ∞) 3.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA 3D (tiếp theo)  Đa giác (Polygon): vùng giới hạn hạn dãy điểm đồng phẳng ( Các điểm cho theo thứ tự ngược chiều kim đồng hồ )  Mặt phẳng (Plane): Phương trình mặt phẳng: Ax + By + Cz + D =0 CÂU HỎI THẢO LUẬN Biểu diễn điểm khơng gian 3D máy tính nào? 3.2 MƠ HÌNH KHUNG DÂY • Mơ hình khung nối kết biểu diễn đối tượng bởi:  Tập hợp đỉnh  Tập hợp cạnh 3.2 MÔ HÌNH KHUNG DÂY (tiếp theo) 10 3.7 CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI HÌNH HỌC 3D • Một số khái niệm • Các phép biến đổi hình học 43 3.7.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM • Phép biến đổi afine Phép biến đổi afine phép biến đổi tuyến tính, khả nghịch Phép biến đổi bảo tồn tính song song đường thẳng bảo tồn tính tỷ lệ khoảng cách đoạn thẳng • Hệ toạ độ  Mỗi điểm (x,y,z) không gian biểu diễn toạ độ toạ độ (hx, hy, hz, h) Để thuận lợi ta thường chọn h=1  Mỗi điểm (x, y, z) không gian chiều biểu diễn toạ độ (x, y, z, 1) hệ toạ độ  Điểm (x, y, z, w) hệ toạ độ (với w  0) biểu diến thành điểm (x/w, y/w, z/w) hệ toạ độ đề chiều 44 3.7.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM (tiếp theo) • Ma trận phép biến đổi Dạng ma trận phép biến đổi afine hệ toạ độ là: 45 3.7.2 CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI HÌNH HỌC CƠ BẢN • Phép tịnh tiến Giả sử véctơ tịnh tiến (trx, try, trz) 46 3.7.2 CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI HÌNH HỌC CƠ BẢN (tiếp theo) • Phép biến đổi tỉ lệ Sx, Sy, Sz hệ số tỷ lệ theo trục x, y, z Tâm: gốc tọa độ 47 3.7.2 CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI HÌNH HỌC CƠ BẢN (tiếp theo) • Phép biến dạng Biến dạng theo trục toạ độ bị ảnh hưởng toạ độ tương ứng với hai trục lại Tâm gốc tọa độ 48 3.7.2 CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI HÌNH HỌC CƠ BẢN (tiếp theo) 49 3.7.2 CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI HÌNH HỌC CƠ BẢN (tiếp theo) • Phép quay quanh trục oz 50 3.7.2 CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI HÌNH HỌC CƠ BẢN (tiếp theo) • Phép đối xứng qua mặt phẳng yOx 51 Câu hỏi trắc nghiệm Trong mơ hình khung nối kết, đối tượng 3D biểu diễn bởi? • Tập đỉnh • Tập đỉnh tập cạnh • Tập cạnh • Tập đỉnh, tập cạnh tập mặt phẳng 52 TỪ ĐIỂN THUẬT NGỮ • Hệ tọa độ đối tượng: đối tượng thể hệ tọa độ riêng gọi hệ tọa độ đối tượng • Modelling transform: phương pháp biến đổi đối tượng hệ tọa độ đối tượng sang hệ tọa độ mơ hình • Solid modelling: mơ hình mơ tả đối tượng bên • Boudary representation: mơ hình quan tâm đến bề mặt đối tượng • Trivial rejection: Loại bỏ đối tượng khơng nhìn thấy • Illumination: Chiếu sáng đối tượng, gán mầu sắc cho đối tượng dựa đặc tính chất tạo vật thể nguồn sáng tồn cảnh vật 53 FAQ Hãy sử dụng phần NNLT để viết thủ tục biểu diễn lưu trữ đỉnh cạnh hình 3D sau mơ hình khung nối kết 54 FAQ • Gợi ý: khai báo cấu trúc điểm struct point { int x; int y; int z; }; Khai báo cấu trúc cạnh: struct Edge { struct point dau, cuoi; } 55 FAQ Khái niệm độ sâu mầu, nguyên tắc tính nhớ tối thiểu hình hiển thị đồ họa dựa độ phân giải hình độ sâu mầu • Gợi ý:  Xem pixel chiếm bit  Xét loại ảnh: 16 bit/32 bit,…  Độ phân giải: 1280x800? 1024x768?  Độ phân giải điểm ảnh hình  Bộ nhớ tối thiểu = độ phân giải * bitdepth 56 FAQ Xây dựng cơng thức tính ma trận phép chiếu xiên khơng gian 3D • Gợi ý: Xp = x + L*Cos( ) Yp = y + L*Sin( ) Zp = 57