0903 nghiên cứu kỹ thuật biểu diễn mô hình 3d và ứng dụng trong mô phỏng thực thể sinh học luận văn tốt nghiệp

BỘGIÁODỤCVÀ ĐÀOTẠO TRƢỜNGĐẠIHỌCQUYNHƠN ĐẶNGKỲDUYÊN NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT BIỂU DIỄN MƠ HÌNH3DVÀỨNG DỤNGTRONGMƠPHỎNG THỰCTHỂSINHHỌC Chun ngành: Khoa học máy tínhMãsố:8480101 Ngƣờihƣớngdẫn:TS.LÊTHỊKIMNGA LỜICAMĐOAN Tơi xin cam đoan nội dung trình bày luận văn kết tìmhiểu, nghiên cứu thân hướng dẫn TS Lê Thị Kim Nga vàcác nhà nghiên cứu trước Nội dung tham khảo, kế thừa, phát triển từ cáccơng trình cơng bố trích dẫn, ghi rõ nguồn gốc Kết mơphỏng,thínghiệmđược lấytừchương trìnhcủa bảnthân BìnhĐịnh,ngày10 tháng10năm 2022 Tácgiảluậnvăn Đặng KỳDuyên LỜICẢMƠN Trong trình thực luận văn gặp nhiều khó khăn nhưngtơilnnhậnđượcsựquantâm,giúpđỡtừthầycơ,đồngnghiệpbạnbèvàngười thân.Đâylànguồn độnglựcgiúptơihồn thành luận vănnày Tơi xin gửi lời chân thành cảm ơn tới TS Lê Thị Kim Nga tận tìnhgiúp đỡ,hướngdẫnvàchỉ bảotrongqtrìnhthựchiện luậnvăn Tơixinchânthànhcảm ơntớiqthầy,cơtrườngĐạihọcQuyNhơnđ ã tận tình bảo, truyền đạt kiến thức quý báu giúp hoàn thànhnhiệm vụhọc tập suốt thờigian theo học trường Qt h ầ y đ ã giúptơicó nhữngkiếnthứcquantrọngtronglĩnhv ự c C ô n g n g h ệ thôngtin,là tảng vững chắcc h o nghiên cứu thân t r o n g thờigiantới Tôi xin cảm ơn anh em, đồng nghiệp giúp đỡ, ủng hộ tinh thần trongthờigiantôithamgiahọctập Cuối cùng, xin cảm ơn tất người luôn quan tâm, sẻchiavàđộngviêntơi Bình Định,ngày10 tháng10năm2022 Tácgiảluậnvăn Đặng KỳDun MỤCLỤC LỜI CAM ĐOANLỜICẢMƠ NMỤCLỤC DANH MỤC TỪ VIẾT TẮTDANHMỤCHÌNHẢNH PHẦNMỞĐẦU 1 Lýdo chọn đềtài Mụcđíchvànhiệmvụnghiêncứu .2 Đốitượngvà phạmvinghiêncứu .2 Phươngphápnghiêncứu Đónggópcủađềtài Cấutrúcluậnvăn PHẦNNỘIDUNG Chƣơng1 : K H Á I Q U Á T V Ề Đ Ố I T Ƣ Ợ N G D V À P H Ƣ Ơ N G P H Á P BIỂUDIỄNĐỐITƢỢNG3D 1.1 Kháiquátvềđốitượng 3D 1.1.1 Sơlượclịch sử 1.1.2 Một sốkháiniệmvềđồhọa3D 1.1.3 Cácứng dụngcơbảncủađồ họa3D .7 1.2 Biểudiễn đốitượng3D 1.2.1 Biểudiễn mặtlưới3D 10 1.2.2 Biểudiễn bềmặttrơnthamsố 11 1.2.3 ĐườngvàmặtcongthamsốNURBS 11 1.3 Kết luậnchương 13 Chƣơng2:MỘTSỐKỸTHUẬTBIỂUDIỄNMƠHÌNH3D 14 2.1 Kỹthuật biểu diễn mơ hình3Ddựatrênlưới đagiác .14 2.1.1 Bềmặt đa giác .14 2.1.2 Biểudiễnlướiđagiác .15 2.2 Biểudiễnmơhình3Dbởikỹthuật NURBS .22 2.2.1 Đường congthamsốNURBS 22 2.2.1.1 Đường cong – CURVE 22 2.2.1.2 Điểmbiểudiễn đườngcong (curverepresents points) 22 2.2.1.3 Đường congđathứcbậcbathambiến 23 2.2.1.4 Đường congHermite 24 2.2.1.5 Đường congBezier 26 2.2.1.6 Đường congB-Splines 29 2.2.1.7 Đường congthamsốNURBS .36 2.2.2 BềmặtNURBS .38 2.2.2.1 Mơhình bềmặt (Surface)vàcácphương pháp xâydựng 38 2.2.2.2 Mặt từcác đườngcong .41 2.2.2.3 BềmặtNURBS 47 2.2.2.4 ThuậttoánNURBS biểudiễnbềmặt 49 2.3 Kếtluậnchương2 50 Chƣơng3:ỨNGDỤNGMÔPHỎNGTHỰCTHỂSINHHỌC 51 3.1 Bàitoán 51 3.2 Phân tíchucầu bàitốn 52 3.2.1 Phân tíchyêucầu 52 3.2.2 Lựa chọncôngcụ 53 3.3 Môi trườngcàiđặtvàkếtquả càiđặtthửnghiệm 53 3.3.1 Môi trườngcàiđặt 53 3.3.2 Kết quảthửnghiệm .54 3.4 Kết luậnchương3 .58 KẾTLUẬN 59 TÀILIỆUTHAMKHẢO 61 DANHMỤCTỪVIẾTTẮT Ký hiệu Tiếng Anh Tiếng Việt 2D Two-dimensional Khônggianhaichiều 3D Three-dimensional Khơnggianbachiều CAD Computer-aideddesign Thiết kếđượcsựhỗ trợ củamáytính CP Controlpoint Mộtđ i ề m đ i ề u k h i ể n h ì n h d n g c ủ a đốitượng CPU CentralProcessingUnit Bộxửlýtrungtâm CT ComputedTomography Chụpquétcắtlớpđiệntoán CV Controlvertex Mộtđ i ể m m đ i ề u k h i ể n h ì n h d n g củađường congNURBShaybềmặt EP Editpoint Một điểm mà nằm đường cong làđiểm nối đa thức biểu diễn đườngcong NURBS NonUniformR a t i o n a l B spline B-splinehữutỉkhơngđồngđều DANHMỤCHÌNHẢNH Hình1.1:Biểudiễncácđườngcongvàmặtcong 10 Hình1.2: Lướitamgiác vàlướitứgiác .11 Hình1.3:Biểudiễnmặtđagiác 11 Hình1.4:MinhhọatiếntrìnhdựngmộtchiếccốcđơngiảnbằngNURBS 12 Hình2.1:Lướiđagiácxácđịnhbằngcácchỉsốtrongdanhsách .16 Hình2.2:Lướiđagiácxácđịnhbởidanhsáchcác cạnhchomỗiđagiác(λλbiể udiễngiátrịrỗng) 17 Hình2.3:Biểudiễnmặtcâ`ubằnglướiđagiác 18 Hình2.4: Đườngcong đathứcbậc3 23 Hình2.5:ĐườngcongHermite 25 Hình2.6:ĐườngcongHermite 26 Hình2.7:ĐườngcongBezier 27 Hình2.8:Hàmhợpcủađườngcong Bezier 27 Hình2.9:Kết nốihaiđường cong .30 Hình2.10:PhânđoạncủađườngcongSpline–Hermite .32 Hình2.11:ĐườngcongB-Spline 35 Hình2.12: Biểudiễnmảngtứgiác .39 Hình2.13:Kếtnốimảngtứgiác 39 Hình2.14:Mảnhtamgiác 40 Hình2.15: Mặt congHermitevàcácđiểmdữliệu .42 Hình2.16:MặtcongBezier .43 Hình2.17:NốihaimảnhBezierbậcba 45 Hình2.18:BềmặtNURBS .48 Hình3.1: Mơ hình3Dhìnhthái củacâyđứngthẳng 54 Hình 3.2: Mơ hình3Dhìnhtháicủacâyởgócnhìn chéo .55 Hình3.3: Mơ hình3Dhìnhthái củacâyởgócnhìn ngang 55 Hình 3.4:Mơ hình3Dcủarễcâygócđứng 56 Hình 5:Mơhình3Dcủa rễcâygócnghiêng 56 Hình 3.6: Mơ hình3Dcủaxương sườn củabộphậncơthểconngười 57 Hình 3.7: Mơhình3Dcơ quản bộphận thểconngười 57 Hình 3.8:Mơ hình3Dlưỡicủabộphận thểconngười 58 PHẦNMỞĐẦU Trong năm gần đây, công nghệ thông Lýdochọnđềtài tin ứng dụng mạnhmẽt r o n g h ầ u h ế t t ấ t c ả c c l ĩ n h v ự c C c ứ n g d ụ n g c ủ a n ó v o c u ộ c s ố n g ngày phong phú, đa dạng thiết thực hơn.Từ lĩnh vực khoahọccơbản,đếncáclĩnhvựckinhtế,kỹthuật chođếncáclĩnhvựcnhưgiảitrí, du lịch; khơng lĩnh vực khơng có ứng dụng thiết thực hiệu quảcủacơngnghệthơngtin.Sựpháttriểnkhơngn gừngcủasứcmạnhmáytínhđãlàmchomộtsốlĩnhvựckhó pháttriểntrướckia,nayđãcókhảnăngpháttriển đạt thành tựu đáng kể, là: Các hệ chuyên gia, cáchệ xử lý thời gian thực v.v lĩnh vực phát triển mạnh trênthếgiới,đólà cơngnghệ mơphỏng Việc “tái tạo” tượng, vật giới thực máy tính córất nhiều tác dụng Trong giải trí, giúp xây dựng nhữngtrị chơi sống động, gần gũi với người tạo sức lôi mạnh mẽ Trongxâydựng, việc dựng mơ hình thực ảo cho phép có cáinhìn trực quan, xác để đưa định, sáng kiếnthiết kế công trình xây dựngđúngđắn.Tronggiáodục,nhữngthínghiệm, ví dụ mơ tả sát thực máy tính giúp cho người họchứng thúhơn,kiến thức đượcthểhiện rõ hơn,trựcquanhơn,đầyđủ Đối với phương pháp dạy học truyền thống đạt nhiều hiệu quảtuy nhiên trước tiến việc ứng dụng khoa học kỹ thuật bộclộ nhiều hạn chế việc mơ hình hố, biểu diễn, quan sát đốitượngtinhvi,p hứctạpcótínhtrừ utượngcaotrong điềukiệncáctran gthiếtbị phục vụ giảng dạycịnhạnchế,đắtđỏ,thiếu thốn Đặc biệt nhàtrườngp h ổ t h ô ng,nhiềumônh ọccầnmôphỏn ghoạtđộngđểđ emlạicái