Nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ =======   ====== ĐỖ VĂN THIỆN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG TRONG TRƢNG BÀY ẢO LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội – 2014 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ =======   ====== ĐỖ VĂN THIỆN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG TRONG TRƢNG BÀY ẢO Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Kỹ thuật phần mềm Mã số: 60480103 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS TS Đỗ Năng Toàn Hà Nội - 2014 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT PHẦN MỞ ĐẦU Chƣơng 1: SƠ LƢỢC TRƢNG BÀY ẢO VÀ CHIẾU SÁNG TRONG TRƢNG BÀY 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ THỰC TẠI ẢO 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Lịch sử phát triển 1.2 TRƢNG BÀY ẢO VÀ ỨNG DỤNG 10 1.2.1 Tổng quan 10 1.2.2 Các thành phần trƣng bày ảo 11 1.3 CHIẾU SÁNG TRONG TRƢNG BÀY 14 1.3.1 Không gian chiếu sáng 14 1.3.2 Ánh sáng phòng 15 1.3.3 Chiếu sáng bảo tàng Việt Nam 21 Chƣơng 2: 25 MỘT SỐ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG TRONG 25 TRƢNG BÀY ẢO 25 2.1 NGUỒN SÁNG VÀ CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG 25 2.1.1 Khái niệm 26 2.1.2 Các đơn vị sử dụng đo lƣờng ánh sáng 27 2.1.3 Các loại nguồn sáng thƣờng sử dụng trƣng bày ảo 31 2.2 2.2.1 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP XỬ LÝ ÁNH SÁNG 33 Radiosity 34 2.2.2 2.3 Ray Tracing 38 HIỆU ỨNG BÓNG ĐỔ 42 2.3.1 Tạo bóng đổ bóng khối 44 2.3.2 Tạo bóng đổ đồ bóng (Shadow Mapping) 52 Chƣơng 3: 57 CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 57 3.1 BÀI TOÁN 57 3.2 CÀI ĐẶT HỆ THỐNG 58 3.3 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 59 KẾT LUẬN 64 TÀI LIỆU THAM KHẢO 65 Tiếng Việt 65 Tiếng Anh 65 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu/ Chữ viết tắt Viết đầy đủ Ý nghĩa 2D Dimentional Hai chiều 3D Dimentional Ba Chiều CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm GPU Graphical Processing Unit HMD Head Mounted Displays Mũ đội đầu có hiển thị VR Virtual Reality Thực ảo Bộ xử lý đồ họa đƣợc hiểu đồng nghĩa với card đồ họa PHẦN MỞ ĐẦU Trong năm gần công nghệ thực ảo xu hƣớng công nghệ tƣơng đối mới, thu hút đƣợc quan tâm cộng đồng nghiên cứu, phát triển khoa học, quân công nghiệp Kể từ đời đến nay, VR đƣợc nghiên cứu, áp dụng vào nhiều lĩnh vực đời sống Một vấn đề đƣợc quan tâm giới trƣng bày ảo áp dụng cho lĩnh vực bảo tàng Đó nơi ngƣời dùng nhập vai tƣơng tác với vật đƣợc trƣng bày nhƣ đời thực, chí tốt Đây lĩnh vực đòi hỏi phải áp dụng nhiều lĩnh vực khoa học liên quan nhƣ kiến trúc, lịch sử, hội họa, nghệ thuật trƣng bày Để đảm bảo việc ngƣời thăm quan không gian trƣng bày ảo nhƣ đời thực đáp ứng yêu cầu đặc trƣng ứng dụng thực ảo, lĩnh vực đƣợc nghiên cứu ánh sáng, để phục vụ cho việc chiếu sáng không gian, vật cách sinh động đảm bảo màu sắc cƣờng độ tạo cảm giác thích thú cho ngƣời thăm quan Do đó, việc tìm hiểu, nghiên cứu kỹ thuật chiếu sáng quan trọng từ xây dựng phát triển không gian trƣng bày ảo bảo tàng ảo Xuất phát từ hoàn cảnh đó, luận văn lựa chọn đề tài “Nghiên cứu số kỹ thuật chiếu sáng trưng bày ảo” nhằm hệ thống hóa mô hình, phƣơng pháp chiếu sáng trƣng bày thật từ áp dụng vào trƣng bày ảo đồng thời đảm bảo yêu cầu thời gian thực ứng dụng thực ảo Cấu trúc luận văn bao gồm “Phần mở đầu”, “Phần kết luận” ba chƣơng nội dung, cụ thể: Chương 1: Tổng quan trƣng bày ảo chiếu sáng trƣng bày Nội dung “Chương 1” vấn đề thực ảo, trƣng bày ảo thành phần trƣng bày ảo, đồng thời nội dung “Chương 1” đề cập đến số phƣơng pháp sử dụng ánh sáng trƣng bày thật, thực trạng chiếu sáng bảo tàng Việt Nam sở cho việc chiếu sáng trƣng bày ảo Chương 2: “Một số kỹ thuật chiếu sáng trƣng bày ảo” Đây nội dung luận văn, tập trung trình bày phƣơng pháp xử lý ánh sáng thực ảo, mô hình ánh sáng, vấn đề liên quan đến xử lý ánh sáng nhƣ bóng đổ tạo cảm giác nhƣ chiếu sáng đời thực Chương 3: Chƣơng trình thử nghiệm Trong chƣơng này, học viên trình bày kết thử nghiệm “Bảo tàng Nhân Học – Trƣng bày ảo” Đây sản phẩm thể kết đƣợc trình bày, tổng hợp luận văn Chƣơng 1: SƠ LƢỢC TRƢNG BÀY ẢO VÀ CHIẾU SÁNG TRONG TRƢNG BÀY 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ THỰC TẠI ẢO 1.1.1 Khái niệm Thực ảo (Virtual Reality-VR) thuật ngữ xuất phát triển mạnh vòng vài năm trở lại đây, trở thành công nghệ mũi nhọn nhờ khả ứng dụng rộng rãi lĩnh vực nhƣ y tế, giáo dục, kiến trúc, quân sự, du lịch, giải trí, Hiện nay, có nhiều định nghĩa Thực ảo, định nghĩa đƣợc chấp nhận rộng rãi C.Burdea P.Coiffet hiểu VR tƣơng đối xác nhƣ sau: VR-Thực ảo hệ thống giao diện cấp cao Ngƣời sử dụng Máy tính Hệ thống mô vật tƣợng theo thời gian thực có tƣơng tác với ngƣời sử dụng qua tổng hợp kênh cảm giác Đó ngũ giác gồm: thị giác, thính giác, xúc giác, khứu giác vị giác [1], [2] Hình 1.1 Giao diện người sử dụng hệ thống máy tính 3D Hay nói cách cụ thể VR công nghệ sử dụng kỹ thuật mô hình hoá trƣng bày ba chiều với hỗ trợ thiết bị đa phƣơng tiện xây dựng giới mô máy tính - Môi trƣờng ảo (Virtual Environment) để đƣa ngƣời ta vào giới nhân tạo với trƣng bày nhƣ thật Trong giới ảo này, ngƣời sử dụng không đƣợc xem nhƣ ngƣời quan sát bên ngoài, mà thực trở thành phần hệ thống Thế giới “nhân tạo” không tĩnh mà lại phản ứng, thay đổi theo ý muốn ngƣời sử dụng nhờ cử chỉ, hành động, vv Tức ngƣời sử dụng nhìn thấy vật thay đổi hình theo ý muốn họ Một cách lý tƣởng, ngƣời sử dụng tự chuyển động trƣng bày ba chiều, tƣơng tác với vật thể ảo, quan sát khảo cứu giới ảo góc độ khác mặt trƣng bày Ngƣợc lại, môi trƣờng ảo lại có phản ứng tƣơng ứng với hành động ngƣời sử dụng, tác động vào giác quan nhƣ thị giác, thính giác, xúc giác ngƣời sử dụng thời gian thực làm ngƣời sử dụng có cảm giác nhƣ tồn giới thực [1], [2] 1.1.2 Lịch sử phát triển Mặc dù Thực ảo đƣợc mô tả nhƣ công nghệ mang tính cách mạng, nhƣng ý tƣởng việc nhúng ngƣời sử dụng vào môi trƣờng nhân tạo đời từ sớm Thuật ngữ “Thực ảo” đƣợc quan tâm vài năm gần xong lại có lịch sử từ lâu Cách khoảng gần 40 năm nhà làm phim có tên Morton Heilig ngƣời Mỹ đƣa ý tƣởng không đƣa ngƣời bƣớc sang giới khác với ý tƣởng hệ thống mô bay (Flight Simulation) Sử dụng hệ thống ngƣời quan sát có cảm giác ảnh sống động trƣớc mắt Tuy nhiên hỗ trợ tài Heilig hoàn thành ƣớc mơ Xong anh tạo đƣợc thiết bị mô phỏng, đƣợc gọi "Sensorrama Simulator", thiết bị đƣợc công bố vào khoảng đầu năm 1960 Hình 1.2 Thiết bị mô Sensorrama-1960 Thiết bị sử dụng hình ảnh 3D, thu đƣợc từ camera 35mm kết hợp thành camera Nó bao gồm có hệ thống âm kết hợp với cảnh quay chiều thực Ngƣời nhìn cƣỡi xe máy, cảm thấy gió chuyển động, chí họ cảm thấy đoạn đƣờng có ổ gà Mặc dù máy tƣơng đối đơn giản, thô sơ xong mở nhiều ý tƣởng nghiên cứu chƣa có giới Năm 1966 Ivan Sutherland sinh viên tốt nghiệp Trƣờng Utah tiếp tục nghiên cứu vấn đề Heilig bỏ dở Sutherland cho cảnh quay tƣơng tự không đáp ứng đƣợc yêu cầu thực tế Anh ta bắt đầu ý tƣởng tăng tốc đồ hoạ, phần quan trọng mô thực đại chế tạo đƣợc hệ thống thiết bị hiển thị đội đầu (Head Mounted Display-HMD) kết nối tới máy tính Năm 1970, Sutherland tiếp tục phát triển phần cứng HMD trƣờng đại học Utah, làm cho hoàn thiện có hình hình màu Hình 1.3 Thiết bị mô HMD-1970 Ivan Sutherland Cũng khoảng thời gian Myron Kreuger phát triển thiết bị có tên VIDEOPLACE Thiết bị sử dụng hình lớn đối diện với ngƣời dùng Trên hình hiển thị bóng ngƣời dùng Hệ thống có khả hiển thị nhiều ngƣời sử dụng hình 53 cách từ điểm đến nguồn sáng nhỏ từ P Đây tƣ tƣởng thuật toán tạo bóng đổ dựa vào đồ bóng Có thể phát biểu cụ thể tƣ tƣởng nhƣ sau: Xét nguồn sáng cảnh, giả sử ta có đƣợc đồ khoảng cách lƣu trữ khoảng cách nhỏ từ nguồn sáng đến điểm thuộc đối tƣợng cảnh, đồ đƣợc gọi “Shadow Mapping” Với điểm tiến hành tô bóng ta tính đƣợc khoảng cách từ điểm đến nguồn sáng, so sánh khoảng cách với giá trị tƣơng ứng “Shadow Mapping” nhỏ giá trị đồ điểm điểm bóng đổ, ngƣợc lại điểm điểm có bóng đổ Bằng phƣơng pháp nhƣ ta thể đƣợc bóng đổ cho toàn cảnh b Thuật toán Bƣớc 1: Xây dựng bản đồ bóng “Shadow Mapping” Bƣớc 2: Vẽ cảnh điểm nhìn với điểm tính khoảng cách từ tới nguồn sáng D, so sánh với giá trị lƣu đồ bóng, Db ngƣợc lại Nhƣ vậy, để đảm bảo việc điểm P không tự đổ bóng lên phải thêm giá trị nhỏ vào thành phần s điểm pl kết cuối phép chiếu Tạo bóng đổ đồ bóng có ƣu điểm lớn có khả thể đƣợc theo thời gian thực, độ phức tạp thời gian, công việc không cao hầu hết thao tác đƣợc tiến hành ảnh mà hình dạng đối tƣợng nhƣ với bóng khối, hầu hết thiết bị tăng tốc đồ họa hỗ trợ loại Textures trực tiếp để thể so sánh bóng, ƣu điểm tƣơng đối quan trọng việc chuyển đổi thành thuật toán thể bóng đổ mềm từ thuật toán tƣơng đối đơn giản (chỉ cân nội suy số mẫu xung quanh điểm p(s, t ) đổ bóng) Tuy tạo bóng đổ đồ bóng có số nhƣợc điểm, khó khăn định: kích thƣớc đồ bóng nhỏ, khoảng quan sát gần đối tƣợng hiệu ứng cƣa thể rõ, để giảm hiệu ứng cƣa phải tăng kích thƣớc đồ việc đồng nghĩa với việc giảm hiệu hệ thống Nhƣợc điểm lớn Shadow mapping với nguồn sáng ta tạo đƣợc ma trận phép chiếu để quan sát không gian, nhiên không gian lớn khó xây dựng đƣợc phép chiếu cho không gian bóng đổ tƣơng đồng hoàn toàn với không gian nguồn sáng, hai phép chiếu phép chiếu phối cảnh Tuy có nhiều nghiên cứu khắc phục nhƣợc điểm này, nhƣng khả áp dụng chúng không cao hai lý tốc độ, độ phức tạp phƣơng pháp [16], [27], [12] Dƣới hình ảnh kết thuật toán tạo bóng đổ đồ bóng Ảnh thứ ảnh chƣa có bóng đổ, ảnh thứ hai ảnh đồ bóng, ảnh thứ ba ảnh 56 có sử dụng phƣơng pháp tính bóng đổ đổ bóng với đồ bóng cụ thể ảnh thứ hai: Hình 2.21 Ảnh thể cảnh đền.Từ trái qua phải là: “ảnh chưa có bóng”, “ảnh đồ bóng”, “ảnh sử dụng thuật toán Shadow Mapping” 57 Chƣơng 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3.1 BÀI TOÁN Trong phần luận văn xây dựng hệ thống VR để phục vụ cho công tác trƣng bày ảo cho bảo tàng Nhân Học thuộc ĐHKHXH&NV, ĐHQG Hà Nội với mục đích trƣng bày vật, tra cứu thông tin vật hỗ trợ giảng dạy nhu cầu thăm quan sinh viên cán trƣờng nhƣ khách thăm quan Hệ thống trƣng bày ảo đƣợc thực nằm dự án đầu tƣ chiều sâu ĐHQGHN “Trung tâm thực nghiệm đào tạo Báo chí Truyền thông Bảo tồn văn hóa” Nó lĩnh vực đƣợc quan tâm công tác trƣng bày, thấy việc bảo tồn phát huy giá trị văn hóa cổ xƣa quan trọng Trƣớc thực tế bảo tàng Nhân Học thuộc ĐHKHXH&NV có nhiều vật nhƣng không gian trƣng bày hẹp việc trƣng bày nhiều vật lúc thực đƣợc, đồng thời bảo tàng muốn xây dựng bảo tàng tƣơng lai xây dựng theo ý tƣởng tòa nhà hình trống đồng, rộng rãi, chứa nhiều vật Với yêu cầu hệ thống cung cấp chức cho ngƣời sử dụng: cho phép ngƣời dùng di chuyển tự không gian ảo, tƣơng tác với vật để tra cứu thông tin, cung cấp hiệu ứng ánh sáng, hình ảnh âm thanh, hỗ trợ hiển thị 3D stereo Các nhiệm vụ cần thực với bảo tàng ảo Nhân Học  Thiết kế mô hình nhà bảo tàng 3D Việc thực ý tƣởng xây dựng tòa nhà dựa mô hình trống đồng, có tầng, tầng gồm phòng trƣng bày  Dựng bối cảnh lịch sử theo kịch không gian ảo Với phòng vật đƣợc xếp theo trình niên đại vật Các cách xếp vật đƣợc tham khảo ý kiến chuyên gia lĩnh vực bảo tàng  Dựng kỹ xảo động âm Trong phòng trƣng bày có đặt tivi, tivi chiếu những video phòng thăm quan, giới thiệu 58 vật nhƣ trình khảo cổ 3.2 CÀI ĐẶT HỆ THỐNG Với toán đƣợc nêu phải tiến hành xây dựng mô hình 3D để thể không gian, đối tƣợng Các mô hình cần xây dựng là: tòa nhà bảo tàng, bao gồm nhiều thành phần bên nhƣ khung bảo tàng, tƣờng, cửa vào, biển dẫn, cối bên bảo tàng Bên cạnh để tăng tính sinh động cần xây dựng không gian ngoại cảnh nhƣ vƣờn, cối, bồn phun nƣớc Mô hình quan trọng mô hình vật đƣợc quét máy quét đƣợc thiết kể từ số phần mềm nhƣ Maya, 3DS Max Bƣớc xây dựng hệ thống bắn súng theo hai kịch Với yêu cầu hệ thống số công việc cần giải quyết:  Load mô hình: Tất mô hình đƣợc xây dựng đƣợc chuẩn hóa định dạng đƣợc đƣa vào hệ thống làm liệu cho tƣơng tác sau  Thể hiệu ứng ánh sáng : ánh sáng đƣợc thiết kế tƣờng để chiếu vào đối tƣợng tĩnh nhƣ tranh tƣờng đối tƣợng thƣờng thấy không gian trƣng bày Trong phần thể hiệu ứng ánh sáng luận văn sử dụng phƣơng pháp Ray tracing để sinh ảnh lightmap cho đối tƣợng tranh ảnh tƣờng đối tƣợng tĩnh Hai loại đèn đƣợc sử dụng SpotLight PointLight cho đối tƣợng Đèn PointLight sử dụng tƣơng đƣơng với số ánh sáng khuếch tán nhƣ tìm hiểu chƣơng Với hệ thống bảo tàng ảo Nhân Học – Trƣng bày ảo, học viên tham gia vào dự án thực việc tạo mô hình tòa nhà bảo tàng, gần 80 vật đƣợc quét dựng tay Bên cạnh sau tìm hiểu LightMap số phƣơng pháp tạo LightMap học viên cải tiến phiên bảo tàng ảo cho kết tốt đƣợc đơn vị sử dụng hài lòng 59  Thể hiệu ứng bóng bề mặt: Để thể hiệu ứng bóng bề mặt ứng dụng chƣơng trình sử dụng hai phƣơng pháp Gauraud Phong cho loại hiệu ứng bề mặt khác Khi tƣơng tác với vật xoay đối tƣợng ta thấy rõ hiệu ứng  Tƣơng tác bảo tàng ảo: Sau load đối tƣợng 3D vào hệ thống, tiếp đến trình tƣơng tác, cho ngƣời sử dụng di chuyển vào không gian bàn phím giống nhƣ vào không gian thật, tƣơng tác với vật cách kích chuột vào đối tƣợng, sau hệ thống hỗ trợ việc hiển thị thông tin đối tƣợng đƣợc chọn cho phép xem xung quanh đối tƣợng, phóng to, thu nhỏ Đó tính mà công nghệ khác không làm đƣợc Để thực công việc với môi hình luận văn sử dụng chuẩn mô hình chuẩn obj (một chuẩn phổ biến lĩnh vực 3D nói chung lĩnh vực thực ảo nói riêng) Việc cài đặt hệ thống đƣợc lựa chọn ngôn ngữ C++, sử dụng công cụ phát triển Microsoft Visual studio.Net 2008 Microsoft Ngoài hệ thống sử dụng số thƣ viện bao gồm: Bộ thƣ viện đồ họa OpenGL, thƣ viện cho âm OpenAL thƣ viện đồ họa phòng công nghệ thực ảo – Viện công nghệ thông tin – Viện Hàn Lâm khoa học công nghệ Việt Nam 3.3 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM Bằng cách cài đặt hệ thống nhƣ phần luận văn hoàn tất hệ thống Yêu cầu tối thiểu để chạy hệ thống là: Hệ điều hành Microsoft WindowXp trở lên, yêu cầu CPU tối thiểu core i3, nhớ ram tối thiểu 2GB, ổ cứng trống tối thiểu 5GB, Card đồ họa 3D hỗ trợ thự viện OpenGL hỗ trợ lập trình GPU Với yêu cầu nhƣ kết hệ thống nhƣ sau: 60 a Tòa nhà bảo tàng : Hình 3.1 Tòa nhà bảo tàng Tòa nhà xây dựng ý tƣởng mô hình trống đồng, ba tầng đƣợc thiết kế phần mềm 3DS MAX b Không gian bên bảo tàng : Hình 3.2 Không gian bên bảo tàng 61 Bên cạnh việc vào thăm quan bảo tàng, để tăng thêm phần sinh động cần có không gian xung quanh có xanh để tạo vẻ thích thú cho ngƣời thăm quan c Khi chưa có hiệu ứng chiếu sáng có hiệu ứng : Hình 3.3 Hình ảnh chưa có hiệu ứng ánh sáng Phiên hệ thống trƣng bày chƣa có ánh sáng trƣng bày sử dụng ánh sáng toàn cục tạo cảm giác không giống không gian trƣng bày thật Sử dụng phƣơng pháp Raytracing sinh lightmap cho đối tƣợng tranh tƣờng Kết sau tƣờng hình 3.4 với hai đèn PointLight hai đèn SpotLight cho kết nhƣ sau: Hình 3.4 Kết tạo LightMap 62 Hình 3.5 Hình ảnh gán LightMap cho tường Sau cho hiệu ứng chiếu sáng, sử dụng đèn spot light cho tranh tƣờng, không gian cho cảm giác giống thật nhƣng đảm bảo yêu cầu thời gian thực chƣơng trình d Tương tác với hệ thống : Với yêu cầu toán trên, ngƣời sử dụng kích chuột vào đối tƣợng, hệ thống kết nối với sở liệu phần mềm quản lý vật, lấy thông tin cần thiết đối tƣợng để ngƣời dùng tham khảo, sử dụng diện tích nhỏ góc hình để làm không gian hiển thị đối tƣợng, ngƣời sử dụng thao tác với vật đƣợc chọn không gian 63 Hình 3.6 Tương tác với vật Bên cạnh việc tƣơng tác với vật, hệ thống cung cấp chức xem video tivi phòng trƣng bày, để cung cấp thêm thông tin góc nhìn sâu vật Hình 3.7 Tivi bảo tàng ảo 64 KẾT LUẬN Ánh sáng đối tƣợng quan trọng ứng dụng thực ảo Ánh sáng góp phần quan trọng thể đặc tính chân thực hệ thống Vấn đề đƣợc thể rõ nét toán trƣng bày ảo Vâng, nói nhƣ không xử lý ánh sáng trƣng bày ảo coi nhƣ độ trung thực nhƣ yếu tố thẩm mỹ hệ thống bị giảm a Những đóng góp luận văn kể đến như:  Nghiên cứu trƣng bày ảo, thành phần trƣng bày ảo, nhƣ toán chiếu sáng trƣng bày thật để áp dụng vào trƣng bày ảo  Tổng hợp, trình bày lý thuyết ánh sáng ứng dụng lĩnh vực dựng hình giải thích theo hai khía cạnh toán học, vật lý học  Tổng hợp hai phƣơng pháp để tạo lightmap Radiosity Ray tracing để tạo lighmap áp dụng cho toán chiếu sáng trƣng bày  Tổng hợp phƣơng pháp sử dụng việc thể hiệu ứng “bóng đổ”, tập trung vào hai hƣớng tiếp cận “tạo bóng đổ bóng khối”, “tạo bóng đổ đồ bóng” b Các vấn để tiếp tục nghiên cứu:  Tiếp tục nghiên cứu hiệu ứng ánh sáng khác phù hợp toán trƣng bày ảo, nguồn sáng khác nhau: trần sáng, toán đa nguồn sáng  Nghiên cứu sâu vấn đề bóng đổ xử lý bóng đổ ứng dụng thực ảo nhằm tăng tốc khả tính toán  Nghiên cứu vấn đề trƣng bày ảo để áp dụng thực tiễn nhƣ chiếu sáng cho đối tƣợng nhập vai, phát viên ảo, bảo tàng thông minh 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đề tài “Ứng dụng công nghệ thực ảo bảo tang di sản”, Đề tài cấp Viện KH&CN Việt Nam (2004-2006) [2] Đặng Văn Đức, Lê Hải Khôi, Vũ Đức Thi, "Công nghệ thực ảo ứng dụng", Báo cáo khoa học Hội nghị khoa học 30 năm thành lập Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam [3] Trịnh Xuân Hùng, Lê Hải Khôi, Đỗ Năng Toàn, Trần Thanh Hiệp, Trịnh Hiền Anh, Hà Xuân Trƣờng “Ứng dụng công nghệ thực ảo bảo tàng di sản” Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia “Các vấn đề chọn lọc CNTT”, Đà Lạt (15-17/6/2006), tr 356-367 [4] Trịnh Xuân Hùng (2011), “Nghiên cứu số hiệu ứng bóng ánh sáng xây dựng ứng dụng thực ảo ”, Luận văn thạc sĩ, Trƣờng đại học Công Nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội [5] Trần Thanh Hiệp, Đỗ Năng Toàn, Phạm Tấn Năm, Trịnh Hiền Anh (2005), “Một kỹ thuật tiếp cận tạo mô hình chiều”, Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia “Các vấn đề chọn lọc CNTT”, Hải Phòng (25-27/8/2005), tr 631-642 [6] Lê Hải Khôi, Đỗ Năng Toàn, Phạm Thế Anh, Trịnh Xuân Hùng (2005), “Một cách tiếp cận cho hiển thị hình ảnh chiều”, Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia “Các vấn đề chọn lọc CNTT”, Hải Phòng (25-27/8/2005), tr 396-404 [7] Huỳnh Quyết Thắng, Lê Tấn Hùng, “Kỹ thuật đồ họa” (2000) Nhà xuất khoa học kỹ thuật năm [8] Nguyễn Xuân Tiệp – Phó giám đốc Bảo tàng Mỹ thuật Việt Nam, “Trao đổi chiếu sáng bảo tàng” Tiếng Anh [9] A.Schilling (Editors) M.Doggett, W.Heidrich, W.Mark (2003) “An Optimized Soft Shadow Volume Algorithm with Real-Time Performance” Graphics Hardware 66 [10] Addison Wesly “OpenGL Shading Language, Second Edition”, January 25, 06 [11] Andrew J.Willmott and Paul S Heckbert (1997), “An Empirical Comparison of Radiosity Algorithms”, CMU-CS-97-115 [12] Andrew V.Nealen (2000), “Shadow Volume and Shadow Mapping, Recent Development in Real-time Shadow Rendering”, University of British Columbia [13] Andrew Poulin, Woo, Pierre Fournier, Alain,(1990) “A Survey of shadow algorithms”, IEEE CG&A [14] Forsyth Ponce “Computer Vision A Modern Approach” [15] George Lepouras, Costas Vassilakis,(2005), “Virtual museums for all: employing game technology for edutainment” Virtual Reality pp 96–106 [16] Ikrima Elhassan, “Shadow Algorithms” , 20-02-2007 [17] Ingo Wald, Philipp Slusallek, Carsten Benthin, Michael Wagner (2001), Interactive rendering with coherent raytracing, Computer Graphics Forum [18] Ingo Wald, Steven G Parker (2006), Proceedings of the IEEE Symposium on Interactive Ray Tracing [19] Michitaka Hirose (2006), “Virtual Reality Technology and Museum Exhibit” The International Journal of Virtual Reality, 5(2) pp 31-36 [20] Phong Bùi Tƣờng, “Illumination for computer generated pictures”, Communications of ACM 18 (1975), no 6, tr 311–317 [21] T.Akenine-Möller and U Assarsson, ”On Shadow Vol-ume Silhouettes”,” submitted to Journal of Graphics Tools, 2003 [22] Samuel Hornus, Jared Hoberock, Sylvain Lefebvre, John C Hart (2005) “ZP+: correct Z-pass stencil shadows” ACM Symposium on Interactive 3D Graphics and Games [23] Spyros Vosinakis, Ioannis Xenakis, “A Virtual World Installation in an Art Exhibition: Providing a Shared Interaction Space for Local and Remote Visitors” Department of Product and Systems Design Engineering, University of the Aegean, Greece [24] Tomohiro Tanikawa, Makoto Ando and Kazuhiro Yoshida (2004), “National Institute ofInformation and Communications Technology” 67 [25] U.Assarsson and T.Akenine-Möller, “A Geometry-Based Soft Shadow Volume Algorithm using Graphics Hardware”, to appear in SIGGRAPH 2003 [26] Van Oosterom, A; Strackee, J (1983) "The Solid Angle of a Plane Triangle" IEEE Trans Biom Eng BME-30 (2): tr 125–126 [27] W.Heidrich, S.Brabec, and H-P Seidel, ”Soft Shadow Maps for Linear Lights”, 11th Eurographics Workshop on Rendering, pp 269-280, 2000 [28] Wolfgang Heidrich “High Quality Shadingand Lighting for Hardware accelerated Rendering” Erlangen–1999 [...]... ánh sáng trong trƣng bày ảo Những nghiên cứu về ánh sáng trong bài toán trƣng bày tại bảo tàng thực làm nền tảng cho quá trình xây dựng ánh sáng trong bài toán trƣng bày ảo. Nội dung và phƣơng pháp lý chiếu sáng trong trƣng bày ảo sẽ đƣợc trình bày chi tiết ở chƣơng hai của luận văn 25 Chƣơng 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG TRONG TRƢNG BÀY ẢO Trong chƣơng một, luận văn đã đề cập đến một số cách chiếu sáng. .. nghệ thuật và nhà tƣ vấn, nhà sản xuất, nhà cung cấp thiết bị chiếu sáng nhằm tìm kiếm sự ủng hộ và luôn luôn tiếp cận, ứng dụng các công nghệ chiếu sáng tiên tiến của thế giới e Chế độ chiếu sáng cho hiện vật trong bảo tàng + Chiếu sáng chung: Là chiếu sáng cho toàn bộ hiện vật có độ sáng đều nhau Ánh sáng đƣợc chiếu dán tiếp (thƣờng hắt lên trần, vách, đai trƣng bày ) với thiết bị chiếu sáng có chỉ số. .. nhiều đèn chiếu hơn để chiếu sáng cho các đối tƣợng lớn Ví dụ nhƣ một chiếc xe hơi hoặc máy bay, cũng có thể đƣợc chiếu sáng từ một số điểm, nhƣ vậy sẽ làm cho nổi bật đối tƣợng trƣng bày từ những góc nhìn khác nhau Hình 1.13 Kết quả chiếu sáng với tác phẩm tranh 19 Hình 1.14 Kết quả chiếu sáng với tác phẩm điêu khắc d Ánh sáng trưng bày Trƣng bày trong một phòng triển lãm thu nhỏ hoặc cả một không... tạo nên sự sống động và ấn tƣợng có thể nói chủ yếu do ánh sáng và âm thanh Trong phần này luận văn tập trung vào việc thể hiện một số kỹ thuật chiếu sáng đƣợc các chuyên gia trong lĩnh vực bảo tàng thực hiện 1.3.1 Không gian chiếu sáng Ánh sáng là một yếu tố rất quan trọng với bất cứ không gian nào đặc biệt là với những nơi để trƣng bày nghệ thuật Màu sắc ánh sáng khác nhau độ lệch chùm sáng, 15 thiết... sáng chung kết hợp với chiếu sáng tập trung: là chiếu sáng cho toàn bộ các hiện vật kết hợp với chiếu sáng tập trung đối với một số hiện vật cần nhấn mạnh Nhƣ vậy ta đã thấy rằng vai trò của ánh sáng trong trƣng bày thật cũng nhƣ trƣng bày ảo là rất quan trọng, nó tác động qua lại lẫn nhau và là yếu tố trực tiếp mang lại hiệu quả của việc trƣng bày, và chiếu sáng trong trƣng bày thật là kiến thức nền... với bài toán trƣng bày ảo ngƣời ta quan tâm hơn tới loại đối tƣợng tĩnh và trong khuôn khổ chƣơng hai luận văn tập trung vào các phƣơng pháp xử lý ánh sáng cho đối tƣợng tĩnh Một trong vấn đề không thể thiếu trong bài toán chiếu sáng trong trƣng bày ảo là xử lý bóng đổ Khi chúng ta chiếu sáng vào một hiện vật, ít nhiều sẽ xuất hiện hiện tƣợng bóng đổ, và luận văn cũng trình bày một số phƣơng pháp xử... phơi sáng là [Wsm-2] Mức phơi sáng cũng có thể hiểu là năng lƣợng bức xạ trên mỗi đơn vị diện tích Ví dụ cách đáp ứng của của một tấm phim trong máy ảnh là một sự hình dung trực tiếp cho mức phơi sáng [7], [14], [26] 2.1.3 Các loại nguồn sáng thƣờng sử dụng trong trƣng bày ảo Trong chƣơng một đã đề cập đến các phƣơng pháp chiếu sáng trên thực tế, những phƣơng pháp chiếu sáng đó cần một hệ thống đèn chiếu. .. trƣng bày khi sử dụng loại nguồn sáng này ánh sáng môi trƣờng cần có cƣờng độ thấp hơn cƣờng độ của nguồn sáng điểm Đó là ba loại nguồn sáng sử dụng rất phổ biến trong trƣng bày ảo cũng nhƣ mô hình render sử dụng thiết bị tăng tốc đồ họa Còn có một số loại nguồn sáng không phổ dụng khác nhƣ nguồn sáng phát từ một đối tƣợng, nguồn sáng song song có hạn chế ví dụ một nguồn song song chỉ chiếu trong một. .. chiếu sáng trong trƣng bày thật đã cho thấy rằng vai trò của ánh sáng trong trƣng bày thật rất quan trọng, nó ảnh hƣởng rất nhiều đến thẩm mỹ, độ hấp dẫn cho ngƣời thăm quan cũng nhƣ đảm bảo an toàn cho hiện vật đƣợc chiếu sáng Ánh sáng trong trƣng bày ảo cũng quan trọng không kém nó thể hiện ánh sáng sao cho gần giống thật nhƣ ngoài đời sống Tuy nhiên bài toán trƣng bày ảo đòi hỏi cần đảm bảo thời gian... biết Trên đây là khái niệm chung nhất về trƣng bày ảo 3D, nó có rất nhiều ƣu điểm và một sự thể hiện rất tốt của trƣng bày ảo chính là bảo tàng ảo 3D Về mặt bản chất, 11 bảo tàng ảo 3D là một bản sao của bảo tàng thực Hệ thống bảo tàng ảo cần đƣợc phát triển phối hợp chặt chẽ từ các chuyên gia trong lĩnh vực bảo tàng những ngƣời sử dụng, làm việc trong bảo tàng và những chuyên gia phát triển hệ thống ... pháp lý chiếu sáng trƣng bày ảo đƣợc trình bày chi tiết chƣơng hai luận văn 25 Chƣơng 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG TRONG TRƢNG BÀY ẢO Trong chƣơng một, luận văn đề cập đến số cách chiếu sáng trƣng... gian trƣng bày ảo bảo tàng ảo Xuất phát từ hoàn cảnh đó, luận văn lựa chọn đề tài Nghiên cứu số kỹ thuật chiếu sáng trưng bày ảo nhằm hệ thống hóa mô hình, phƣơng pháp chiếu sáng trƣng bày thật... sở cho việc chiếu sáng trƣng bày ảo 5 Chương 2: Một số kỹ thuật chiếu sáng trƣng bày ảo Đây nội dung luận văn, tập trung trình bày phƣơng pháp xử lý ánh sáng thực ảo, mô hình ánh sáng, vấn đề