(Luận văn) nghiên cứu một số kỹ thuật tạo chuyển động theo điểm điều khiển trong thực tại ảo

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ĐINH THỊ HOA lu NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT TẠO an va CHUYỂN ĐỘNG THEO ĐIỂM ĐIỀU KHIỂN n TRONG THỰC TẠI ẢO p ie gh tn to Chuyên ngành: Khoa học máy tính d oa nl w Mã số: 60.48.01 va an lu ll u nf LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH oi m z at nh z Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ NĂNG TOÀN an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN m co l gm @ Thái Nguyên – 2015 ac th i si ````````````````````````````````````````` LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn nội dung luận văn tự sƣu tầm, tra cứu xếp cho phù hợp với nội dung yêu cầu đề tài Nội dung luận văn chƣa đƣợc cơng bố hay xuất dƣới hình thức không đƣợc chép từ cơng trình nghiên cứu Tất phần mã nguồn chƣơng trình tơi tự thiết kế xây lu dựng, có sử dụng số thƣ viện chuẩn thuật toán đƣợc an n va tác giả xuất công khai miễn phí mạng Internet gh tn to Nếu sai tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm p ie Thái Nguyên, ngày tháng năm 2015 d oa nl w Ngƣời cam đoan va an lu ll u nf Đinh Thị Hoa oi m z at nh z m co l gm @ an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th i si LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập nghiên cứu lớp Cao học khóa 12 chuyên nghành Khoa học máy tính Khoa Cơng nghệ thơng tin - Đại học Thái Nguyên, nhận đƣợc nhiều bảo, dìu dắt, giảng dậy nhiệt tình thầy, giáo Viện cơng nghệ thông tin Việt Nam Các thầy cô giáo quản lý khoa Công nghệ thông tin - Đại học Thái Nguyên giúp đỡ, tạo điều kiện tốt cho tơi q trình cơng tác nhƣ học lu tập Nhân dịp xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới tập thể thầy, cô an giáo Viện công nghệ thông tin Việt Nam, thầy cô giáo Khoa va n công nghệ thông tin - Đại học Thái Nguyên to tn Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Đỗ Năng ie gh Tồn cho tơi nhiều ý kiến đóng góp q báu, tận tình hƣớng dẫn tạo p điều kiện cho tơi hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp nl w Tôi xin cảm ơn đồng nghiệp ngƣời thân động viên, giúp đỡ d oa tơi q trình nghiên cứu thực luận văn an lu Q trình thực đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót, mong tiếp va tục nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy, giáo, bạn đồng ll u nf nghiệp đề tài nghiên cứu tơi để đề tài đƣợc hồn thiện oi m z at nh Tôi xin trân trọng cảm ơn! tháng z Thái Nguyên, ngày m co l gm @ năm 2015 an Lu Đinh Thị Hoa n va ac th ii si DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu/ STT Chữ viết tắt Viết đầy đủ Ý nghĩa FK Forward kinematics Điều khiển tiến HD History Dependent Lƣợc sử phụ thuộc HI History Independent Lƣợc sử độc lập HMD Head Mounted Display IK Inverse kinematics Điều khiển ngƣợc Virtual Reality Thực ảo Three Dimension Ba Chiều lu an n va hiển thị nl w p ie gh tn to Mũ đội đầu có 3D d oa VR ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th iii si DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ lu an n va p ie gh tn to Hình 1 Giao diện ngƣời sử dụng hệ thống máy tính 3D Hình Thiết bị mơ phịng Sensorrama - 1960 Hình Thiết bị mơ HMD-1970 Ivan Sutherland Hình Thiết bị VIDEOPLACE-1970 Myron Kreuger Hình Thiết bị HMD-1984 NASA Hình Các thành phần hệ thống VR Hình Mô thiết kế kiến trúc cầu 3D 11 Hình Mô thiết kế kiến trúc nhà 3D 12 Hình Ứng dụng công nghệ VR huấn luyện tập nhảy dù 13 Hình 10 Ứng dụng cơng nghệ VR đào tạo phẫu thuật ảo 14 Hình 11 Ứng dụng cơng nghệ VR Du lịch 15 Hình 12 Các logo phim dùng 3D ảo 16 Hình 13 Hệ thống lĩnh vực giải trí 3D 16 Hình 14 Dàn máy tính HP cấu hình cao hỗ trợ xử lý đồ họa 3D 17 Hình 15 Chuột SpaceBall hệ thống VR khơng có tính nhúng 18 Hình 16 Máy chiếu cơng nghệ DLP hệ thống VR bán nhúng 19 Hình 17 Kính ShutterGlasses hệ thống VR Bán nhúng 20 Hình 18 Hệ thống chiếu ảnh rộng kết hợp 21 Hình 19 Thiết bị Data glove hệ thống VR nhúng toàn phần 22 Hình 20 Thiết bị HMD hệ thống VR nhúng tồn phần 23 Hình 21 Ba đặc tính VR 26 oa nl w d Hình Mơ tả chuyển động theo thời điểm 29 Hình 2 Một Zoetrope 31 Hình Nội suy tuyến tính cho Keyframe theo thời gian 36 Hình Nội suy bậc hai cho Keyframe 37 Hình Mơ tả chuyển động theo đƣờng cong xác định trƣớc 45 Hình Mơ tả chuyển động theo ràng buộc thuộc tính 47 Hình Tạo xƣơng cho khủng long 48 Hình Mơ hình khung xƣơng ngƣời 50 Hình Hình ảnh điều khiển IK đƣợc thêm cho nhánh xƣơng 53 Hình 10 Sử dụng giải pháp IK để làm cho bàn tay nhân vật đạt đƣợc mục tiêu 55 Hình 11 Một liên kết IK đơn 55 Hình 12 Một liên kết đôi IK 56 Hình 13 Một IK có nhiều giải pháp 57 Hình 14 Xoay liên kết cuối cách sử dụng kỹ thuật Phối hợp Descent Cylic cho IK 59 ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th iv si Hình 15 Quay liên kết trung gian cách sử dụng kỹ thuật Phối hợp Descent Cylic cho giải pháp IK 60 Hình 16 Hệ thống xƣơng ứng dụng xử lý HI solver 63 Hình 17 Xác định chốt chuỗi xƣơng 65 Hình 18 Sử dụng IK để tạo chuyển động cho chân thao tác với bóng 67 Hình Trạng thái nghỉ (Idle) 71 Hình Tạo chuyển động cho cánh tay 72 Hình 3 Chuyển động kết hợp tay, đàu vai 73 lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th v si MỤC LỤC lu an n va p ie gh tn to LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỤC LỤC Chƣơng KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ TẠO CHUYỂN ĐỘNG TRONG THỰC TẠI ẢO 1.1 Khái quát thực ảo (Virtual Reality-VR) 1.1.1 Thế thực ảo? 1.1.2 Sơ lƣợc lịch sử phát triển thực ảo 1.1.3 Các thành phần hệ thống thực ảo 1.1.4 Các lĩnh vực ứng dụng thực ảo 10 1.1.5 Phân loại hệ thống thực ảo 17 1.2 Chuyển động thực ảo 25 1.2.1 Vai trò việc tạo chuyển động 25 1.2.2 Cơ sở lý thuyết tạo chuyển động 25 Chƣơng 29 MỘT SỐ KỸ THUẬT TẠO CHUYỂN ĐỘNG CHO ĐỐI TƢỢNG 3D 29 2.1 Chuyển động theo thời điểm (Keyframe Animation) 29 2.2 Chuyển động theo đƣờng cong xác định trƣớc (Path Animation) 45 2.3 Chuyển động khơng tuyến tính với đoạn (Non linear Animation With 46 Track) 46 2.4 Chuyển động theo ràng buộc thuộc tính (Set Driven Key) 47 2.5 Phân loại đối tƣợng dƣới góc độ chuyển động 48 2.5.1 Đối tƣợng có xƣơng 48 2.5.2 Đối tƣợng khơng có xƣơng 51 2.6 Hỗ trợ tạo chuyển động áp dụng cho đối tƣợng có xƣơng 51 2.6.1 Sử dụng điều khiển ngƣợc IK (Inverse kinematics) 52 2.6.2 Sử dụng điều khiển tiến FK (Forward kinematics) 66 CHƢƠNG 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 68 3.1 Bài toán 68 3.2 Phân tích tốn 68 3.3 Chƣơng trình 70 PHẦN KẾT LUẬN 74 d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN vi ac th si MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, công nghệ thông tin phát triển triển mạnh mẽ đem lại thành tựu đáng kể cho nhiều lĩnh vực nhƣ y tế, giáo dục, kiến trúc, du lịch, giải trí,…Trên đà phát triển xuất mơ hình phát triển mà phạm vi ứng dụng có tiềm rộng lớn Cơng nghệ Thực ảo “Thực ảo” (virtual reality-VR) môi trƣờng ba chiều đƣợc phát sinh, tổng hợp điều khiển thơng qua máy tính nhằm mục đích mơ lu lại giới theo tƣởng tƣợng ngƣời Nó cho phép ngƣời an dùng thông qua thiết bị ngoại vi tƣơng tác với vật, tƣợng va n giới ảo giống nhƣ tƣơng tác với vật, tƣợng giới tn to thực ie gh Có thể nói lĩnh vực thực ảo lĩnh vực vô rộng lớn p cơng nghệ thơng tin Nó bao gồm nhiều hƣớng phát triển ứng dụng, nl w khơng thể khơng nói tới vấn đề điều khiển mơ hình tạo chuyển động d oa cho đối tƣợng cần thiết, quan trọng Việc tạo chuyển động đối tƣợng an lu có nhiều kỹ thuật, ví dụ nhƣ: chuyển động theo thời điểm chính, va chuyển động theo đƣờng cong xác định trƣớc, chuyển động khơng tuyến tính ll u nf với đoạn, chuyển động theo ràng buộc thuộc tính, oi m Khi có chuyển động, tƣơng tác đối tƣợng với đối tƣợng khác z at nh mơi trƣờng xung quanh Từ mơ hình trở nên chân thực sống động Vậy làm để tạo chuyển động cho đối tƣợng để có z thể thể đƣợc hành vi, trạng thái đối tƣợng giới thực không @ gm đơn giản Việc đòi hỏi ngƣời tạo chuyển động phải hiểu rõ đƣợc đối công cụ đƣa m co l tƣợng thực tế có kiến thức sâu hỗ trợ tạo chuyển động mà http://www.lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN an Lu Xuất phát hồn cảnh từ thành thực ảo đem ac th si lại nên định lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu số kỹ thuật tạo chuyển động theo điểm điều khiển thực ảo” việc làm khơng có ý nghĩa khoa học cịn mang đậm tính thực tiễn thực tế đặt yêu cầu đòi hỏi Nội dung luận văn đƣợc trình bày chƣơng: Chƣơng 1: Khái quát thực ảo tạo chuyển động thực ảo Trong chƣơng cung cấp cho ta nhìn tổng quan trình phát triển lĩnh vực ứng dụng thực ảo, đồng thời cung cấp nhìn khái quát tạo chuyển động thực ảo Tại chƣơng lu an em đƣa sở lý thuyết để làm sở cho trình bày n va số kỹ thuật tạo chuyển động cho đối tƣợng 3D chƣơng tn to Chƣơng 2: Một số kỹ thuật tạo chuyển động cho đối tƣợng 3D gh Trong chƣơng này, em xin giới thiệu bốn kỹ thuật tạo chuyển động p ie cho đối tƣợng Đó tạo chuyển động theo thời điểm chính, tạo w chuyển động theo đƣờng cong xác định trƣớc, tạo chuyển động khơng tuyến oa nl tính với đoạn, tạo chuyển động theo ràng buộc thuộc tính d Ngoài chƣơng nghiên cứu đối tƣợng có xƣơng, đối lu va an tƣợng khơng xƣơng tìm hiểu số phƣơng pháp điều khiển chuyển động u nf áp dụng cho đối tƣợng có xƣơng ll Chƣơng 3: Chƣơng trình thử nghiệm m oi Chƣơng mơ chuyển động cho đối tƣợng có xƣơng z at nh z m co l gm @ an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si Chƣơng KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ TẠO CHUYỂN ĐỘNG TRONG THỰC TẠI ẢO 1.1 Khái quát thực ảo (Virtual Reality-VR) 1.1.1 Thế thực ảo? Thực ảo thuật ngữ xuất phát triển mạnh vòng vài năm trở lại đây, trở thành ngành công nghệ mũi nhọn nhờ khả ứng dụng rộng rãi lĩnh vực nhƣ: y tế, giáo dục, kiến trúc, quân lu sự, du lịch, giải trí, Hiện nay, có nhiều định nghĩa thực ảo, an n va định nghĩa đƣợc chấp nhận rộng rãi C.Burdea P.Coiffet có tn to thể hiểu thực ảo tƣơng đối xác nhƣ sau: VR-Thực ảo hệ gh thống giao diện cấp cao Ngƣời sử dụng Máy tính Hệ thống mô p ie vật tƣợng theo thời gian thực có tƣơng tác với ngƣời sử w dụng qua tổng hợp kênh cảm giác Đó ngũ giác gồm: thị giác, thính d oa nl giác, xúc giác, khứu giác vị giác [6] ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ http://www.lrc.tnu.edu.vn n va Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN an Lu Hình 1 Giao diện ngƣời sử dụng hệ thống máy tính 3D ac th si quan trọng phép điều khiển HI Solver khả tạo đƣợc nhiều chuỗi hệ thống để tăng thêm phần điều khiển cục Một ví dụ Cánh tay Bàn tay ngƣời Một giải pháp chạy từ vai đến ngón tay để điều khiển tồn hệ thống Một giải pháp khác chạy từ cổ tay đến ngón tay để điều khiển bàn tay giải pháp khác chạy từ cổ tay lên đến vai để điều khiển cách tay Điều cho phép bạn cần điều chỉnh cho chuỗi dễ dàng chuyển động 2.6.1.2 HD (History Dependent) Solver Bộ xử lí HD xử lí thích hợp với máy móc hoạt ảnh, đặc biệt lu an máy hoạt ảnh với phần lƣớt (slide) Nó cho phép ta thiết lập va n giới hạn khớp nối thứ tự trƣớc sau tn to Bộ xử lí HD hoạt động tốt chu trình hoạt ảnh ngắn ie gh Trong chu trình, xử lí sau nhiều thời gian để tính tốn p giải pháp Nó cho phép ta kết nối hiệu ứng cuối tới đối tƣợng Nó nl w sử dụng hệ thống tắt dần để xác định tham số khớp nối d oa Nó cho phép trƣợt giới hạn khớp nối mà đƣợc kết hợp với hoạt ảnh IK an lu Khơng giống nhƣ xử lí HI IK cho phép trƣợt giới hạn khớp nối ll 2.6.1.3 IK Limb Solver u nf va sử dụng chuyển động FK m oi Bộ xử lí limb IK hoạt động xƣơng chuỗi mắt xích Nó z at nh phận phân tích hoạt động nhanh Viewport, đƣợc sử dụng để tạo hoạt ảnh cho tay chân mơ hình ngƣời Bộ xử lí limb z gm @ IK cho trò chơi game l Bộ xử lí limb IK sử dụng nhanh ta muốn tạo m co khung hoạt ảnh Nó sử dụng góc quay để điều chỉnh solver plane đặt http://www.lrc.tnu.edu.vn n va 64 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN an Lu vị trí gấp khúc khớp xoay Ta đặt đích góc quay tới vật ac th si thể khác để tạo chuyển động cho Bộ xử lí limb IK sử dụng góc thích hợp để xác định đƣợc hƣớng xoay, khớp xoay đƣợc uốn cong cách xác Nó cho phép ta chuyển IK FK cách thiết lập điều khiển IK thời điểm Nó có IK đặc biệt để FK đƣa chức bạn sử dụng IK để tạo khố FK 2.6.1.4 Spline IK Solver Bộ xử lí Spline IK sử dụng chốt để xác định độ cong chuỗi xƣơng đối tƣợng đƣợc liên kết lu an Các đỉnh chốt Spline IK đƣợc gọi nút Giống nhƣ đỉnh, va n nút đƣợc chuyển động đƣợc để thay đổi độ cong chốt tn to Số lƣợng khớp nối số lƣợng xƣơ ng Điều ie gh tạo dễ dàng để việc tạo hoạt ảnh cho cấu trúc xƣơng với p khớp nối d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z l gm @ m co Hình 17 Xác định chốt chuỗi xƣơng an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va 65 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si Spline IK cung cấp hệ thống hoạt ảnh linh động xử lí IK khác Các nút đƣợc chuyển động nơi không gian ba chiều, cấu trúc liên kết đƣợc tạo hình cách phức tạp Một đối tƣợng trợ giúp đƣợc đặt tự động nút Spline IK đƣợc phân bổ Mỗi nút đƣợc liên kết với phận trợ giúp tƣơng ứng Vì nút đƣợc dịch chuyển cách dịch chuyển trợ giúp Khơng giống nhƣ xử lí HI, hệ thống Spline khơng sử dụng mục tiêu Các vị trí nút không gian ba chiều nhân tố định tới hình dạng cấu trúc liên kết Các nút quay co dãn không ảnh hƣởng tới lu chốt trụ cấu trúc an n va 2.6.2 Sử dụng điều khiển tiến FK (Forward kinematics) tn to Ta thao tác đỉnh hệ đẳng cấp để tạo chuyển động cho chuỗi  Cấp bậc liên kết từ cha đến p ie gh FK có đặc trƣng sau: nl w  Kế thừa thay đổi vị trí, xoay co dãn từ cha tới d oa  Khi đối tƣợng liên kết với nhau, đối tƣợng trì vị trí, an lu quay co dãn mối quan hệ với đối tƣợng cha Những thay ll u nf xoay co dãn va đổi nhịp nhàng từ trụ cha tới trụ Ta dịch chuyển, oi m  Đối tƣợng kế thừa thay đổi cha nó, đối tƣợng cha z at nh lại kế thừa thay đổi từ đối tƣợng có cấp bậc cao (tổ tiên) Tuy nhiên, với điều khiển FK đối tƣợng không bị cƣỡng ép việc z liên kết với đối tƣợng cha Ta dịch chuyển, xoay co dãn đối tƣợng gm @ độc lập với đối tƣợng cha m co l Ngƣợc lại với điều khiển ngƣợc IK, điều khiển tiến FK yêu cầu xoay khớp xƣơng lần lƣợt tới có đƣợc vị trí mong muốn cho cảnh http://www.lrc.tnu.edu.vn n va 66 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN an Lu Việc phù hợp với chuyển động đơn giản cịn mơ hình u cầu ac th si chuyển động phức tạp dùng FK chậm không phù hợp gây cảm giác không uyển chuyển chán nản, trƣờng hợp FK đƣợc dùng để hỗ trợ cho IK lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu Hình 18 Sử dụng IK để tạo chuyển động cho chân thao tác với bóng oi m z at nh z m co l gm @ an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va 67 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si CHƢƠNG 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3.1 Bài toán Để củng cố phần lý thuyết đề ra, chọn kỹ thuật đƣa phần để mơ đối tƣợng cụ thể, chuyển động ngƣời lính gác cổng Bài tốn đƣợc đặt nhƣ sau: - Đầu vào Mơ hình nhân vật 3D, dƣới dạng lƣới đa giác (thƣờng tam giác), khung xƣơng tƣơng ứng Ở đây, sử dụng khung xƣơng có sẵn đƣợc lu thiết kế đăng tải miễn phí mạng internet an n va  Mơ hình bề mặt (mesh) - Dữ liệu animation (khung xƣơng) Đầu ra: p ie gh tn to  oa nl w + Chuyển động mô hình theo khung xương d 3.2 Phân tích tốn lu an Trong Bài tốn “mơ chuyển động ngƣời lính gác cổng” u nf va tạo diễn hoạt cho cánh tay ngƣời cần điều khiển chuyển động ll cánh tay ngƣời lính cách uyển chuyển giống thật m oi Trong thực tế, hầu hết cánh tay chuyển động từ vai, sau đến cùi z at nh chỏ, sau cổ tay Do đó, sử dụng kỹ thuật FK gần giống với tự nhiên Tuy nhiên, có chút phức tạp với IK – theo phƣơng pháp z gm @ này, cổ tay di chuyển đầu tiên, phần cịn lại cánh tay di chuyển theo nó, khiến trơng nhƣ cánh tay tự di chuyển Nhiệm vụ ta làm l tay trƣớc tiên an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va 68 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN m co có cảm giác nhƣ vai dẫn chuyển động, chí ta đặt vị trí cho cổ ac th si Một điều quan trọng khác diễn hoạt ngƣời u cầu phải có gắn kết phần thể Khi ngƣời di chuyển cột sống, đôi tay di chuyển Khi bạn giơ tay lên, cột sống di chuyển Một lần nữa, điều dễ đạt đƣợc với FK Nếu ta có cánh tay với FK ta di chuyển thể cánh tay (cả cổ tay) di chuyển theo, ta nhận thấy cánh tay đƣợc kết nối với toàn thể Với cánh tay IK, chuyển động cột sống khơng tự động ảnh hƣởng đến vị trí cổ tay Ta di chuyển thể cổ tay ngun vị trí cũ Vì thế, đơi ta có cảm giác nhƣ cánh tay (cổ tay) độc lập với thể Vậy, tạo diễn hoạt IK cho cánh tay, ta phải cố để truyền lu tải cảm giác chuyển động đƣợc làm chủ đôi vai, cánh an n va tay làm chủ Cơ bản, ta phải xử lý với IK, diễn hoạt cổ tay, cùi chỏ y nhƣ cách di chuyển cánh tay thật Ta cần xác định vị trí cánh tay, to gh tn đảm bảo cho di chuyển cùi chỏ truyền tải ý tƣởng: chuyển động p ie đƣợc đôi vai Phải thực ý đến cùi chỏ, nhƣ xƣơng đòn ngực làm việc với IK oa nl w Tuy nhiên cần gắn vật vào tay nhân vật, chẳng hạn nhƣ d đèn giải pháp FK đem lại nhiều phức tạp Bởi chuyển an lu động nhỏ cổ tay dẫn đến thay đổi lớn vị trí đèn Khi u nf va ta phải chỉnh lại đƣờng cong di chuyển đèn cho đầu đèn trạm đến ll đích Chỉnh cách vừa làm bàn tay bị bất động lãng phí thời gian oi m Ngồi ra, sử dụng FK, góc cổ tay bị ảnh hƣởng dịch z at nh chuyển (translation) khuỷu tay, cổ tay, khuỷu tay bị ảnh hƣởng chuyển động vai Thông thƣờng, điều tuyệt, giúp diễn hoạt ta z gm @ có cảm giác liên kết cánh tay, nhƣng ta muốn giới hạn chuyển động cổ tay, ta thực nhiều công sức để điều chỉnh đƣờng chuyển động l yếu tố lại ảnh hƣởng lẫn an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va 69 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN m co (curves), góc cổ tay chịu ảnh hƣởng yếu tố khác nhau, ac th si Do đó, kỹ thuật điều khiển ngƣợc IK đƣợc áp dụng để giải việc tính tốn tham số vị trí hƣớng quay thời điểm cho thành phần khung xƣơng Sử dụng Open GL việc draw mơ hình lên hình thơng qua lệnh nhƣ: glDraw(), glVertex3fv (), glColor3f () …Tạo góc nhìn cho chƣơng trình glViewport(), gluPerspective()… Tại chuyển động có thơng tin số khớp biến đối, thông tin trạng thái đầu trạng thái cuối (vị trí, hƣớng) để tạo chuyển động sử dụng kỹ thuật nội suy để suy diễn trạng thái trung gian trạng thái đầu trạng lu thái cuối an n va 3.3 Chƣơng trình tn to Hệ thống mơ thử nghiệm chuyển động cho đối tƣợng có xƣơng ie gh ngƣời gác cổng thông qua sử dụng ngơn ngữ lập trình Visual C ++, thƣ viện đồ p hoạ OpenGL nl w Các bƣớc thuật toán: d oa Load mesh (vertieces, indexs, nomals, texcoord, texture), animation (hệ an lu thống phân cấp khớp, số lƣợng frame) ll u nf frame va Tính tốn tham số vị trí hƣớng thời điểm t cho khớp theo oi m Xây dựng xƣơng cho hành động Render kết z at nh Tính tốn tác động ngƣợc lại mesh z Tại thời điểm ban đầu, mơ hình trạng thái nghỉ Sau vị trí mục tiêu @ gm đƣợc xác định cho chuyển động Việc tính tốn vị trí hƣớng cho cơng thức trình bày phần 2.2 chƣơng http://www.lrc.tnu.edu.vn n va 70 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN an Lu - Các tham số cài đặt chƣơng trình m co l thành phần mơ hình khung xƣơng chuyển động sử dụng ac th si + Các thông tin mesh: Vertieces, indexes, nomals… + Các thông tin skeleton: số lƣợng joint, sơ đồ phân cấp joint, ảnh hƣởng tƣơng ứng bề mặt joint… + Tại frame có tham số vị trí đầu cuối joint (tạo độ, hƣớng) Dƣới chọn số chuyển động đặc biệt ngƣời gác cổng chẳng hạn nhƣ: chuyển động tay soi đèn, di chuyển tai, vai đầu nhìn quan sát lu an n va p ie gh tn to d oa nl w va an lu ll u nf Hình Trạng thái nghỉ (Idle) oi m Tại trạng thái này, ta nhìn thấy hình dạng ban đầu ngƣời lính gác cổng z at nh Các đƣờng kẻ màu xanh tƣợng trƣng cho xƣơng, vết chấm màu đỏ tƣợng trƣng cho khớp nối cấu trúc khung xƣơng Khi cánh tay chuyển động ta z m co l gm @ thấy chuyển động khớp nối xƣơng bị thay đổi nhƣ hình 3.2 an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va 71 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w lu ll u nf va an Hình Tạo chuyển động cho cánh tay oi m z at nh z m co l gm @ an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va 72 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu m oi Hình 3 Chuyển động kết hợp tay, đàu vai z at nh z m co l gm @ an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va 73 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si PHẦN KẾT LUẬN Mô chuyển động động vật có xƣơng sống có nhiều ứng dụng lĩnh vực nhƣ : Cơng nghệ thơng tin, giải trí, quảng cáo, tạo mơ hình ảo, kỹ thuật số, Trên giới, có nhiều nhà nghiên cứu đƣa phƣơng pháp mơ hình hóa nhân vật ảo chuyển động cách nhịp nhàng sinh động giống nhƣ thực tế Tuy nhiên, Việt Nam vấn đề đƣợc nghiên cứu, nhiều vấn đề cần quan tâm Với mục tiêu nghiên cứu số kỹ thuật điều khiển chuyển động cấu lu trúc động vật có xƣơng sống Trong luận văn này, với nỗ lực, cố gắng an thân với hƣớng dẫn nhiệt tình thầy giáo PGS.TS Đỗ Năng Tồn, n va đạt đƣợc số kết sau : động vật có xƣơng sống p ie gh tn to  Trình bày khái quát thực ảo tốn Mơ chuyển động oa nl w  Trình bày số phƣơng pháp xây dựng cấu trúc khung xƣơng sống d đối tƣợng có xƣơng sống lu ll u nf xƣơng sống va an  Hệ thống hóa số kỹ thuật thể chuyển động động vật có m oi  Cài đặt thử nghiệm chƣơng trình thể chuyển động động vật có z at nh xƣơng sống dựa vào kỹ thuật hệ thống đƣợc z  Nghiên cứu công cụ đồ hoạ chuyên nghiệp 3DsMax, Maya, củng cố @ OpenGL m co l gm kỹ lập trình Visual C++ Tìm hiểu ngơn ngữ lập trình VRML an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va 74 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si  Tự thiết kế chƣơng trình demo sử dụng kĩ thuật nghiên cứu để kiểm chứng thể kiến thức nghiên cứu, tìm hiểu *Kiến nghị hƣớng nghiên cứu tiêp theo Trên sở kết đạt đƣợc Thì luận văn số hạn chế định Do tơi có số kiến nghị hƣớng nghiên cứu nhƣ: - Tìm hiểu lý thuyết giải phẫu muscle động vật, mối liên hệ lu chuyển động cấu trúc skeleton đến muscle Trên sở đó, phát triển an chƣơng trình để có chuyển động đẹp hơn, chân thực sống động tạo va Trình bày chi tiết vào việc tìm hiểu đƣợc mối ràng buộc n - to gh tn thuộc tính, đối tƣợng chuyển động, ràng buộc chuyển động với bề mặt p ie đối tƣợng Việc tạo mối ràng buộc thuộc tính đối tƣợng chuyển động khó khăn phức tạp, thực tốt tạo hoạt cảnh oa nl w chuyển động linh hoạt phức tạp Nếu có điều kiện tƣơng lai khơng xa tơi d bổ sung phần cho hồn thiện lu Nâng cao kỹ phân tích kỹ thuật tạo chuyển động, đảm bảo va an - u nf tính thẩm mỹ chuyên nghiệp chƣơng trình đồ hoạ vi tính Tiến tới có ll thể tạo kết xuất chƣơng trình lớn đáp ứng đƣợc yêu cầu tích hợp m oi vào hệ mô chuyển động thƣơng mại z at nh - Kết hợp nhuần nhuyễn kỹ thuật tạo chuyển động hiệu z gm @ ứng thực ảo l Mặc dù cố gắng nhƣng thời gian trình độ cịn có hạn m co chế định nên luận văn chắn không tránh khỏi khiếm khuyết http://www.lrc.tnu.edu.vn n va 75 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN an Lu định Trong tƣơng lai, tơi cố gắng để hồn thiện đƣợc hạn chế, phát ac th si triển đƣợc vấn đề nêu, đặc biệt đƣa đƣợc kết khả quan cho đề tài Rất mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp thầy cô quý vị độc giả để luận văn ngày đƣợc hoàn thiện Cuối cùng, tơi xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đỗ Năng Tồn tận tình giúp đỡ em việc hồn thành khóa luận tốt nghiệp Tơi xin cảm ơn tới thầy, cô Viện công nghệ thông tin tạo điều kiện tốt để em hồn thành đề tài này, cảm ơn thầy cô, bạn học viên lớp cao học khóa 12 – CNTT – ĐHTN động viên, giúp đỡ suốt thời gian qua lu an n va p ie gh tn to d oa nl w ll u nf va an lu oi m z at nh z m co l gm @ an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va 76 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Quang Huy, Tín Dũng, (2004), Đồ họa máy tính 3DSMax vẽ phối cảnh ảnh 3chiều, NXB Thống Kê, Tr 37-96 [2] Lê Tấn Hùng, Huỳnh Quyết Thắng (2004), Đồ họa máy tính, NXB Khoa học kỹ thuật, Tr 40-50 [3] Nguyễn Công Minh, (2009), 3DS Max 2009, NXB Hồng Đức, Tr 45-85 [4] Lƣu Triều Nguyên, (2002), Thiết Kế chiều với 3DS Max 4, NXB Lao lu Động - Xã Hội, Tr 445-494, Tr 589-595 an n va [5] Lƣu Triều Nguyên, (2006), Các thủ thuật 3DSMax, NXB Lao tn to Động - Xã Hội, Tr 131-145 Thực ảo ”, http://tusach.thuvienkhoahoc.com p ie gh [6] Nguyễn Huy Sơn (2006), “Virtual Reality Technologie - Công nghệ w [7] Lê Huy Vần (2005), Nghiên cứu phát va chạm ứng dụng, Khoá oa nl luận văn tốt nghiệp, ĐH Công nghệ -ĐHQG Hà Nội, Tr 41-50 d [8] Đề tài “Ứng dụng công nghệ thực ảo Virtual Reality-VR bảo lu ll oi m Tiếng Anh u nf 2006 va an tàng di sản”, Đề tài trọng điểm cấp Viện KH CN Việt Nam 2004- z at nh [9] Applications, Hardware - Virtual Reality; http://vresources.org/ [10] Animation - Keyframe, IK; z gm @ http://www.autodesk.com/techpubs/aliasstudio/2010/index.html?url=Ani m co l mationIKAddIKhandle.htm,topicNumber=d0e213743 an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va 77 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si [11] Department of Informatics Umeå University S-901 87 UMEÅ, Sweden, “Virtual Reality in Medicine: Survey of the State of the Art” [12] GameCharDevCh03 - Game Character Development with Maya Antony Ward Copyrigh @ 2005 by Antony Ward; http://www.peachpit.com [13] Getting Stated with Maya; http://www.scribd.com/doc/11061465 [14] Henry David (2005), “MD5Mesh and MD5Anim files formats”, http://tfc.duke.free.fr/coding/md5-specs-en.html [15] Keyrame Animation; http://www.cadtutor.net/dd/bryce/anim/anim.html lu [16] Learning Mayay - Character Rigging And Animation an http://www.learning-maya.com/24-0-character-setup-tutorials.html va n [17] Leonard McMillan, Julie Dorsey, Robert Jagnow(2001), “Real-Time to gh tn Simulation of Deformation and Fracture”, The Eurographics Association p ie [18] Martin John Baker (2006), “Physics - Collision in dimensions”, oa nl tm w http://www.euclideanspace.com/physics/dynamics/collision/oned/index.h [19] Rui Pires, Tiago Rodrigues, José Miguel Salles Dias (2004), "d4md - d an lu deformation system for a vehicle simulation game", u nf va http://pwp.netcabo.pt/0175938601/d4md [20] The Art of Maya character Animation; http://www.highend3d.com ll oi m z at nh z m co l gm @ an Lu http://www.lrc.tnu.edu.vn n va 78 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN ac th si