Bài giảng cơ sở đồ họa máy tính phần 2

Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH CHƢƠNG 3: ĐỒ HỌA HAI CHIỀU 3.1 Đồ họa Raster 3.1.1 Giới thiệu đồ họa Raster Hình 3.1 Ảnh raster - Đây cách biểu diễn ảnh thông dụng nay, ảnh biểu diễn dạng ma trận điểm (điểm ảnh) Thường thu nhận qua thiết bị camera, scanner chương trình chỉnh sửa ảnh kỹ thuật số (Photoshop) - Đồ họa Raster hiển thị hình ảnh thông qua pixel rời rạc Các hình ảnh hiển thị lưới điểm rời rạc, điểm có vị trí xác định hiển thị với giá trị nguyên biểu thị màu sắc độ sáng điểm đó.Tập hợp tất pixel grid tạo nên hình ảnh đối tượng mà ta muốn biểu diễn  Đặc điểm ảnh Raster: - Có thể thay đổi thuộc tính pixel => thay đổi phần vùng hình ảnh - Các mô hình hình ảnh hiển thị lưới điểm (grid) pixel rời rạc Từng pixel có vị trí xác định, hiển thị với giá trị rời rạc (số nguyên) thông số hiển thị (màu sắc độ sáng) - Chất lượng ảnh bị giảm phóng to thu nhỏ - Các file dạng Raster có dung lượng lớn lớn - Thường dùng cho hình ảnh có tông màu liên tục ảnh chụp tranh vẽ  Độ phân giải: 48 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH - Là thuật ngữ áp dụng đồ họa Raster vector không sử dụng pixel Hình 3.2 Độ phân giải ảnh raster - Độ phân giải ảnh số điểm ảnh có đơn vị chiều dài hình ảnh Và tính đơn vị ppi dpi Ví dụ: hình ảnh có kích thước inch x inch có độ phân giải 72 ppi chứa tổng cộng 72x72 = 5.184 pixels Hình ảnh có kích thước tương tự với độ phân giải 300 ppi chứa tổng cộng 300x300 = 90.000 pixels DPI (Dots Per Inch): mật độ chấm inch hình ảnh, đề cập đến máy in Mỗi điểm ảnh đầu in tạo thành từ loại mực khác (thường 4-6 màu sắc) Chính số lượng hạn chế màu sắc mà máy in cần phải kết hợp loại mực để tạo màu sắc cho hình ảnh Khi in ấn, điểm ảnh lại tạo chấm nhỏ (có thể hiểu điểm ảnh nhỏ pixel) Tóm lại, DPI cao độ khiết, màu sắc pha trộn màu hình ảnh mượt mà, công việc in ấn chậm 300 DPI tiêu chuẩn cho in ảnh 49 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH Hình 3.3 Chất lượng ảnh theo dpi PPI (Pixels Per Inch) hiểu đơn giản số lượng điểm ảnh (pixel) inch hình ảnh bạn Điều ảnh hưởng đến kích thước ảnh chất lượng in đầu Nếu có điểm ảnh inch, tức số PPI thấp nhận chất lượng ảnh tồi ( cạnh lởm chởm, nhìn thấy điểm pixel màu sắc không rõ ràng) Có thể tăng kích thước hình ảnh cách tăng pixel, chất lượng ảnh bị dung lượng tập tin tăng lên nhiều Hình 3.4 Chất lượng ảnh theo ppi Hình ảnh có độ phân giải cao sắc nét màu sắc xác Và đó, dung lượng file tăng theo, đòi hỏi nhiều nhớ đĩa cứng Hình ảnh sử dụng cho thiết kế web cần có độ phân giải 72ppi Trường hợp hình ảnh dùng cho thiết kế đồ họa in ấn cần nhớ hai quy tắc: a Nếu ảnh nét (line art) đơn sắc ảnh nên có độ phân giải 1.200 ppi b Nếu ảnh chụp màu ảnh chụp đen trắng ảnh nên có độ phân giải 300 ppi Để rửa ảnh kỹ thuật số hình ảnh cần có độ phân giải 300 ppi Nếu in ảnh hi-flex với kích thước lớn (để quảng cáo trời chẳng hạn) hình ảnh cần có độ phân giải khoảng 72 ppi đến 100 ppi 50 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH 3.1.2 Cấu trúc liệu Raster Hình 3.5 Cấu trúc ảnh raster Trong cấu trúc liệu Raster, liệu hình ảnh chia nhỏ thành lưới ô (vuông) đặn hay lưới biết yếu tố ảnh – picture elements (pixel) - Vị trí ô xác định số hàng số cột ô hình hiển thị - Diện tích đại diện ô xác định độ phân giải không gian liệu - Giá trị ô giá trị màu độ sáng ô Trong cấu trúc liệu raster: - Điểm: thể pixel Đường: thể chuỗi pixel Vùng: thể nhóm pixel Hình 3.6 Thể điểm, đường, vùng ảnh raster 3.1.3 Các định dạng ảnh Raster Dữ liệu ảnh lưu trữ máy tính theo nhiều định dạng khác nhau: không nén, nén theo vector 51 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH Hình 3.7 Định dạng ảnh raster Mỗi điểm ảnh mã hóa chuỗi bít, tùy theo tiêu chí độ sâu màu, chất lượng ảnh Nếu số bit dùng biểu diễn điểm ảnh nhiều kích thước file ảnh lớn Để lưu trữ ảnh máy tính, trước hết ảnh ban đầu phải rời rạc hóa thành điểm ảnh, sau số hóa nén định dạng khác Chúng ta thường gặp định dạng ảnh Raster sau:  JPEG:là phương pháp nén ảnh có mát thông tin, phần mở rộng ảnh nén theo phương pháp JPG JPEG Gần tất máy ảnh kỹ thuật số lưu trữ ảnh định dạng  GIF: định dạng nén hỗ trợ suốt hình ảnh động đơn giản  PNG: định dạng hỗ trợ ảnh suốt, chất lượng màu co GIF, tạo hiệu ứng liền lạc ranh giới đường biên mờ Ưu điểm file PNG dạng sử dụng (có thể nhúng vào web, phần mềm văn phòng đồ họa) mà giữ cấu trúc lớp, tiện chỉnh sửa, cắt ghép  TIF: Định dạng không nén nên kích thước lớn, thường sử dụng để lưu trữ ảnh  PSD: định dạng không nén photoshop, giữ nguyên cấu trúc lớp dạng chỉnh sửa, không dùng web  BMP: định dạng không nén Window (viết tắt chữ bitmap) không hỗ trợ ảnh suốt 52 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH 3.2 Đồ họa vector 3.2.1 Giới thiệu đồ họa vector - Nguyên lý kỹ thuật đồ họa vector xây dựng mô hình hình học (geometrical model) cho hình ảnh đối tượng, xác định thuộc tính mô hình hình học, sau dựa mô hình để thực trình rendering để hiển thị điểm mô hình, hình ảnh đối tượng.Rendering trình kiến tạo hình ảnh từ mô hình (hoặc tập hợp mô hình) thành cảnh phim hình ảnh cách sử dụng phần mềm máy tính Đồ họa vector: Đồ họa vector = geometrical model + rendering Hình 3.8 Đồ họa vector - Ở kỹ thuật này, lưu trữ mô hình toán học thành phần mô hình hình học với thuộc tính tương ứng mà không cần lưu lại toàn tất pixel hình ảnh đối tượng.(Lý thuyết đồ họa) 53 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH - Ảnh vector tạo nên từ yếu tố cốt lõi toán học điểm ảnh, đường thẳng, đường cong, hình dạng đa giác Vector tạo thành dựa biểu thức toán học - Các đối tượng đồ họa vector định nghĩa biểu thức toán học Do dễ dàng mở rộng (phóng to, thu nhỏ) ảnh vector mà giữ sắc nét Đặc điểm: - Mô hình hình học (geometrical model) cho mô hình hình ảnh đối tượng - Xác định thuộc tính mô hình hình học - Chất lượng ảnh không bị giảm phóng to thu nhỏ - Các file dạng Vector có dung lượng nhỏ Raster 3.2.2 Cấu trúc liệu vector Trong cấu trúc liệu Vector: - Mỗi điểm thể cặp tọa độ - Mỗi đường thể hai cặp tọa độ chuỗi cặp tọa độ khác - Mỗi vùng thể chuỗi cặp tọa độ khác mà cặp tọa độ đầu cặp tọa độ cuối trùng Ở kỹ thuật này, lưu trữ mô hình toán học thành phần mô hình hình học với thuộc tính tương ứng mà không cần lưu lại toàn tất pixel hình ảnh đối tượng 3.2.3 Các định dạng ảnh vector Các định dạng ảnh vector thường hay sử dụng như: - PDF: định dạng file sách phổ biến bậc ưu hỗ trợ bitmap lẫn vector text (dùng illustrator mở file PDF chỉnh sửa hình vector nội dung chữ định dạng này) Đây định dạng mà nhà thiết kế chuyển xuống nhà in - EPS: định dạng xuất phim in ấn Khi chuyển từ sang định dạng file link nhúng vào file eps không thay đổi cấu trúc lớp - AI: file lưu Adobe Illustrator - CDR: file lưu Corel Draw 54 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH - SVG: định dạng file vector mà hiển thị web - DWG: định dạng file lưu Autocad 3.2.4 Các ứng dụng đồ họa vector Lợi hình vector mảng hình học, nên thường dùng hình ảnh cách điệu, phân mảnh bố cục, hoa văn trăng trí văn chữ rõ nét Vì vậy, ảnh vector thường sử dụng trường hợp như: - Thiết kế logo: logo cần quán trường hợp sử dụng, người ta phóng to, thu nhỏ mà ko ảnh hưởng nhiều đến tổng thể logo - Thiết kế icon: icon cần thay đổi nhiều kích thước, đặc biệt phải nhẹ sắc nét - Nghệ thuật vector (Vector Art): Người ta dùng vector, mảng (shapes), lưới chuyển màu (gradient meshes)… để tạo hình ảnh độc đáo, gọi nghệ thuật Vector  So sánh đồ họa raster vector: Đồ họa raster Đồ họa vector - Hình ảnh mô hình vật thể biểu diễn tập hợp điểm lưới (grid) - Thay đổi thuộc tính pixel => thay đổi phần vùng hình ảnh Không thay đổi thuộc tính điểm trực tiếp - Xử lý với thành phần hình họ sở thực trình tô trát hiển thị lại - Quan sát hình ảnh mô hình hình ảnh vật nhiều góc độ khác cách thay đổi điểm nhìn - Copy pixel từ hình ảnh sang hình ảnh khác góc nhìn 3.2.5 Sự chuyển đổi Raster Vector Việc lựa chọn cấu trúc liệu dạng raster vector tùy thuộc vào yêu cầu người sử dụng Đối với hệ thống vector liệu lưu trữ chiếm diện tích nhỏ nhiều so với hệ thống raster Ngoài tùy vào phần mềm máy tính sử dụng mà cho phép nên lưu trữ liệu dạng raster hay vector 55 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH Một số công cụ hỗ trợ chuyển đổi liệu dạng raster vector Quá trình biến đổi từ raster sang vector gọi vector hóa, ngược lại trình biến đổi từ vector sang raster gọi raster hóa - Vector hóa: tập hợp pixel để tạo thành đường hay vùng - Raster hóa: tiến trình chia đường hay vùng thành ô vuông (pixel) Hình 3.9 Chuyển đổi raster vector 3.3 Nguyên lý xây dựng hệ thống giao tiếp đồ họa Công thái học (hoặc nhân tố người) phận tâm lý học ứng dụng nghiên cứu đặc điểm tự nhiên tương tác: cách thiết kế điều khiển, môi trường vật lý mà tương tác xảy ra, chất lượng hiển thị chất lượng vật lý hình Mục đích công thái học cải tiến thiết kế thái học áp dụng cho máy tính, phương diện phần cứng phương diện phần mềm Đây lĩnh vực lớn, phạm vi tài liệu này, tập trung xem xét số vấn đề liên quan đến tương tác người – máy, bao gồm sau: 3.3.1 Sắp xếp điều khiển hiển thị Ngoài khía cạnh nhận thức thiết kế, khía cạnh vật lý quan trọng Tập điều khiển phần hình hiển thị nên nhóm lại cách logic để người sử dụng truy cập đến chúng nhanh Đối với người dùng 56 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH ứng dụng máy tính PC việc nhóm dường không quan trọng, nhiên lại vấn đề quan trọng người dùng sử dụng ứng dụng đòi hỏi an toàn, xác cao điều khiển sản xuất, điều khiển hàng không không lưu Trong ngữ cảnh đó, người sử dụng phải làm việc áp lực cao, phải đối mặt với nhiều loại điều khiển hiển thị khác Do đó, việc thiết kế hiển thị vật lý phù hợp trở nên vô quan trọng Thực tế, ứng dụng PC, việc đặt sai/không hợp lý điều khiển hiển thị làm cho người sử dụng không thoải mái chán nản Với lĩnh vực ứng dụng có cách tổ chức khác Một số cách tổ chức bao gồm:  Tổ chức theo chức năng: Các điều khiển hiển thị tổ chức cho điều khiển hiển thị có chức tương tự đặt cạnh  Tổ chức theo kiểu tuần tự: Các điều khiển hiển thị tổ chức cho phản ánh thứ tự sử dụng chúng tương tác điển hình (cách tổ chức đặc biệt thích hợp lĩnh vực đòi hỏi nhiệm vụ phải thực cách tuần tự, điều khiển hàng không)  Tổ chức theo tần số xuất hiện: Các điều khiển hiển thị tổ chức theo tần số sử dụng chúng, nghĩa điều khiển sử dụng nhiều điều khiển truy cập dễ dàng Ngoài việc tổ chức điều khiển hiển thị phù hợp, giao diện toàn hệ thống phải xếp cách phù hợp với vị trí người sử dụng Ví dụ, người sử dụng phải có khả truy cập đến tất điều khiển xem tất hiển thị mà không cần di chuyển vị trí làm việc Những phần hiển thị quan trọng nên thiết kế cho dễ nhìn thấy 3.3.2 Môi trƣờng vật lý tƣơng tác Cùng với việc xác định vấn đề hiển thị xếp điều khiển giao diện máy, công thái học thường quan tâm đến thiết kế thân môi trường làm việc Hệ thống sử dụng đâu? Ai sử dụng hệ thống? Người sử dụng ngồi vị trí cố định hay di chuyển? Câu hỏi phụ thuộc phần lớn vào lĩnh vực quan trọng phụ thuộc vào điều khiển cụ thể thiết lập hoạt động việc sử dụng máy tính nói chung Tuy nhiên, môi trường vật lý có ảnh hưởng việc tiếp nhận, sức khoẻ an toàn người sử dụng Do đó, vấn đề cần xem xét đến trình thiết kế 57 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH Tác dụng việc chiếu sáng làm cho đối tượng hiển thị máy tính giống với vật thể giới thực Để thực công việc cần phải có mô hình tạo sáng Vật thể chiếu sáng nhờ vào ánh sáng đến từ khắp hướng gọi ánh sáng xung quanh (ambient light) hay ánh sáng nền(background light) Trên bề mặt có loại hiệu ứng phát sáng khuếch tán (diffuse light) - ánh sáng theo hướng phản xạ gương (specular light)  Vấn đề tạo bóng Để tạo bóng ta ứng dụng mô hình xác định cường độ sáng theo nhiều kiểu khác tùy thuộc toán cụ thể Các vật có bề mặt phẳng cần tính cường độ sáng chung cho bề mặt hiển thị đối tượng tương đối thật Các vật có bề mặt cong phải tính cường độ sáng cho pixel bề mặt Để tăng tốc độ ta xấp xỉ mặt cong tập hợp mặt phẳng Với mặt phẳng áp dụng mô hình cường độ không đổi (flat shading) cường độ nội suy (Gouraud shading, Phong shading) để tạo bóng 4.2 Tổng quan hiệu ứng 3D  Góc nhìn Đề cập đến góc đoạn thẳng tạo ảo giác không gian chiều Hình 4.3 cho thấy khối chiều vẽ với đoạn thẳng, nhìn kỹ thấy đoạn thẳng phía vẽ đoạn Hình 4.3 Khối lập phương vẽ đoạn thẳng 67 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH Mặt khác, hình 4.4 khối lập phương bị ẩn đoạn thẳng phía Hình 4.4 Một khối rắn thuyết phục  Màu sắc tạo bóng Nếu nhìn chằm chằm lâu vào khối lập phương hình 4.4, thấy nhìn vào hình ảnh chìm bề mặt khối lập phương Để thuyết phục phải thêm màu sắc để tạo vật thể rắn Hình 4.5 hình lập phương thêm màu đỏ, không giống khối lập phương Bằng cách thêm màu sắc khác cho bên hình 4.6 lại thấy rõ vật thể rắn Hình 4.5 Thêm màu tạo nhầm lẫn 68 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH Hình 4.6 thêm màu sắc khác làm tăng ảo giác chiều  Ánh sáng bóng Bằng cách sử dụng ánh sáng dù vật thể tô màu (hoặc vật liệu) có ảo giác 3D, thể hình 4.7 Hình 4.7 Bóng thích hợp tạo ảo giác ánh sáng Hình 4.8 Thêm bóng để tăng thêm tính thực tế 69 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH  Texture Mapping Để giống với thực tế, kỹ thuật sử dụng hình ảnh ảnh bề mặt hay chi tiết thật, sau áp lên bề mặt đa giác Thay vật liệu có màu sắc đơn giản, dùng gỗ, vải, gạch kỹ thuật áp ảnh lên đa giác để cung cấp thêm chi tiết gọi texture mapping Bức ảnh cung cấp gọi texture, thành phần riêng texture gọi texels Quá trình co dãn nén texels bề mặt đối tượng gọi filtering Hình 4.9 cho thấy khối đa giác áp texture bề mặt Hình 4.9 Texture mapping  Fog Sương mù hiệu ứng khí làm mờ mờ đối tượng hoạt cảnh Hình 1.10 cho thấy demo GLUT skyfly 70 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH Hình 4.10 Hiệu ứng sương mù cung cấp ảo ảnh có sức thuyết phục với không gian rộng  Blending and Transparency (phối hợp độ suốt) Blending kết hợp màu sắc đối tượng hình, bạn kết hợp hiệu ứng với nhiều mục đích khác Hình 4.11 cho thấy: đầu tiên, khối lập phương tạo lộn ngược phía sàn nhà Sau đó, sàn đá cẩm thạch phối hợp với khung cảnh cho phép khối lập phương hiển thị qua mặt sàn Cuối cùng, khối lập phương vẽ lại phía bên phải lơ lửng sàn Kết xuất phản xạ bề mặt đá cẩm thạch sáng bóng Hình 4.11 Sử dụng kết hợp để tạo hiệu ứng phản chiếu 71 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH  Antialiasing (khử cƣa) Là hiệu ứng nhìn thấy hình thực tế ảnh gồm pixel rời rạc Hình 1.13 thấy đường tạo khối lập phương bên trái có cạnh cưa Bằng việc kết hợp cạnh với màu đằng sau loại bỏ cạnh lởm chởm tạo cạnh mịn Kỹ thuật pha trộn gọi khử cưa Cũng áp dụng khử cưa với cạnh đa giác để làm cho đối tượng cảnh nhìn giống thực tế Hình 4.12 Khối lập phương với cạnh lởm chởm so với khối lập phương cạnh trơn mịn 4.3 Ứng dụng đồ họa 3D 3D công nghệ xây dựng từ phần mềm máy tính, giúp người sử dụng quan sát hình ảnh không gian ba chiều Ứng dụng công nghệ sử dụng số lĩnh vực đạt hiệu cao Y học, xây dựng, kiến trúc, phim, trò chơi Tại Việt Nam công nghệ sử dụng phần lớn quảng cáo kiến trúc  Ứng dụng đồ hoạ 3D y tế Ứng dụng công nghệ hình ảnh 3D thu hút ý nhiều người lĩnh vực y học Nhiều bác sĩ tận dụng công nghệ phục vụ điều trị bệnh nhân giúp tăng độ xác hiệu Với phương pháp chụp cắt lớp điện toán (CT) hay chụp cộng hưởng từ (MRI) Bác sĩ phải theo dõi hình ảnh 2D hình, vừa phải tưởng tượng hình ảnh không gian chiều gặp không khó khăn Ứng dụng công nghệ hình ảnh 3D, bác sĩ nhìn hình ảnh chiều rõ nét tập trung vào phẫu thuật  Ứng dụng đồ hoạ 3D xây dựng kiến trúc 72 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH - Đối với người thiết kế: vẽ lên không gian chiều, ứng dụng vật liệu thật vào không gian, phối trí phân tích ánh sáng, thông gió hợp lý cho công trình thiết kế xây dựng làm cho kết hợp yếu tố, bố trí vật dụng trở nên hài hoà Tính toán tải trọng kết cấu xác nhất, đưa giải pháp tiết kiệm vật tư chi phí nhằm nâng cao lực cạnh tranh - Đối với khách hàng: ứng dụng 3D kiến trúc làm cho người xem đứng không gian thực tế  Ứng dụng đồ hoạ 3D phim, trò chơi Công nghệ 3D phim ảnh xu hướng phát triển điện ảnh giới Ứng dụng tạo hình 3D mang đến cho người xem trải nghiệm thực sự, hình ảnh sống động hấp dẫn Nó sử dụng để tạo hiệu ứng phim thực ảo, khán giả trải nghiệm hành động, cử sống động thật Trong game, ứng dụng công nghệ 3D để xây dựng mô hình chuyển động cho hình ảnh sắc nét giúp người chơi bao quát toàn góc nhìn với chất lượng hình ảnh tốt không bị gián đoạn  Ứng dụng đồ hoạ 3D mô phỏng, đào tạo Hệ thống phần mềm mô thí nghiệm hình ảnh minh họa sống động, giúp học sinh dễ nhận biết, tiếp thu tạo hứng thú với môn học Cho phép học sinh, sinh viên quan sát trực quan mô hình cụ thể, thấy hoạt động, chuyển động vật, kiện giảng viên trình bày Học sinh hình dung cách rõ ràng đầy đủ khái niệm hình học không gian, địa lý vũ trụ, mô hình sinh học khái niệm khó tưởng tượng giới hai chiều  Ứng dụng đồ hoạ 3D lĩnh vực quốc phòng an ninh Những sản phẩm mô áp dụng giảng dạy môn khoa học Giáo dục quốc phòng, quân Người học quan sát chi tiết hoạt động phận khí,quy trình hoạt động tương tác, tượng xảy hoạt động vũ khí Công nghệ mô 3D mô tả chi tiết cụ thể tượng bắn, trình chuyển vận phận tương tác vật, tượng giúp cho học sinh dễ nhận biết, tiếp thu tạo hứng thú với môn học Có thể nói ứng dụng tiềm công nghệ hình ảnh 3D vô hạn để làm điều ta phải nắm quy trình hiển thị ảnh 3D 73 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH 4.4 Quy trình hiển thị đối tƣợng chiều Các đối tượng giới thực phần lớn đối tượng chiều thiết bị hiển thị chiều Do muốn có hình ảnh ba chiều ta cần phải giả lập Chiến lược biến đổi bước Hình ảnh hình thành từ từ, ngày chi tiết Quy trình hiển thị ảnh ba chiều sau: Quy trình xử lý thông tin đồ họa ba chiều chuỗi bước nối tiếp nhau, kết bước đầu vào bước Hình 4.13 Quy trình hiển thị đối tượng ba chiều Các bước quy trình hiển thị:  Bước quy trình hiển thị biến đổi đối tượng từ không gian đối tượng (object space) vào không gian chung gọi không gian thực (world space) Trong không gian đối tượng, nguồn sáng, người quan sát tồn Bước gọi giai đoạn biến đổi mô hình (modeling transformation)  Loại bỏ đối tượng không nhìn thấy (trivial rejection): Loại bỏ đối tượng hoàn toàn nhìn thấy cảnh Thao tác giúp loại bỏ bớt đối tượng không cần thiết giảm bớt chi phí xử lý 74 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH  Chiếu sáng đối tượng (illumination): Gán cho đối tượng màu sắc dựa đặc tính chất tạo nên chúng nguồn sáng tồn cảnh  Chuyển từ world space sang eye space (Viewing transformation): Thực phép biến đổi tọa độ để đặt vị trí quan sát gốc tọa độ mặt phẳng quan sát vị trí mong ước Hình ảnh hiển thị phụ thuộc vào vị trí quan sát góc nhìn Hệ qui chiếu có gốc đặt vị trí quan sát phù hợp với hướng nhìn thuận lợi cho xử lý thật  Loại bỏ phần nằm (Clipping): Thực việc xén đối tượng cảnh để cảnh nằm gọn phần không gian hình chóp cụt giới hạn vùng quan sát mà ta gọi Viewing frustum Viewing frustum có trục trùng với tia nhìn, kích thước giới hạn vùng ta muốn quan sát  Chiếu từ không gian nhìn xuống không gian hình (Projection): Thực việc chiếu cảnh chiều từ không gian quan sát xuống không gian hình Có hai phương pháp chiếu phép chiếu song song phép chiếu phối cảnh Khi chiếu ta phải tiến hành khử mặt khuất để nhận hình ảnh trung thực Khử mặt khuất cho phép xác định vị trí (x, y) hình thuộc đối tượng cảnh  Chuyển đối tượng sang dạng pixel (Rasterization)  Hiển thị đối tượng (Display) 4.5 Các phép chiếu Định nghĩa phép chiếu Một cách tổng quát, phép chiếu phép chuyển đổi điểm đối tượng hệ thống tọa độ n chiều thành điểm hệ thống tọa độ có số chiều nhỏ n Định nghĩa hình chiếu Ảnh đối tượng mặt phẳng chiếu hình thành từ phép chiếu đường thẳng gọi tia chiếu (projector) xuất phát từ điểm gọi tâm chiếu (center of projection) qua điểm đối tượng giao với mặt chiếu (projection plan) Các bước xây dựng hình chiếu Đối tượng không gian 3D với tọa độ thực cắt theo không gian xác định gọi view volume 75 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH View volume chiếu lên mặt phẳng chiếu Diện tích chiếu view volume mặt phẳng chiếu cho khung nhìn Là việc ánh xạ khung nhìn vào cổng nhìn cho trước hình để hiển thị hình ảnh Hình 4.14 Mô hình nguyên lý tiến trình biểu diễn đối tượng 3D Hình 4.15 Phân loại phép chiếu Trong đồ họa hai chiều, thao tác quan sát biến đổi điểm hai chiều mặt phẳng tọa độ giới thực thành điểm hai chiều mặt phẳng hệ tọa độ thiết bị Sự định nghĩa đối tượng, bị cắt cửa sổ, ánh xạ vào vùng 76 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH quan sát Các hệ tọa độ thiết bị chuẩn hóa sau biến đổi sang hệ tọa độ thiết bị đối tượng hiển thị lên thiết bị kết xuất Đối với đồ họa ba chiều, việc làm phức tạp chút, có vài chọn lựa để quan sát ảnh Chúng ta quan sát ảnh từ phía trước, từ phía trên, từ phía sau Hoặc tạo quang cảnh thấy đứng trung tâm nhóm đối tượng Ngoài ra, mô tả đối tượng ba chiều phải chiếu lên bề mặt quan sát thiết bị xuất Trong chương này, trước hết thảo luận chế phép chiếu Sau đó, thao tác liên quan đến phép biến đổi cách quan sát, đầy đủ kỹ thuật quan sát ảnh ba chiều phát triển Có hai phương pháp để chiếu đối tượng ba chiều lên bề mặt quan sát hai chiều Tất điểm đối tượng chiếu lên bề mặt theo đường thẳng song song điểm chiếu theo đường hội tụ điểm gọi tâm chiếu (the center of projection) Hai phương pháp gọi phép chiếu song song (parallel projection)và phép chiếu phối cảnh (perspective projection) Trong hai trường hợp, giao điểm đường chiếu với bề mặt quan sát xác định tọa điểm điểm chiếu lên mặt phẳng chiếu Chúng ta giả sử mặt phẳng chiếu mặt z = hệ tọa độ bàn tay trái (left handed coordinate system) Hình 4.16 Hai phương pháp chiếu đoạn thẳng lên bề mặt mặt phẳng chiếu 77 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH Hình 4.16 Ví dụ minh họa phép chiếu phối cảnh 4.5.1 Phép chiếu song song Phép chiếu song song (Parallel Projections) phép chiếu mà tia chiếu song song với hay xuất phát từ điểm vô Phân loại phép chiếu song song dựa hướng tia chiếu (Direction Of Projection) mặt phẳng chiếu (projection plane) Phép chiếu song song bảo tồn mối quan hệ chiều đối tượng, kỹ thuật dùng việc phác thảo để tạo vẽ tỷ lệ đối tượng ba chiều Phương pháp dùng để thu hình ảnh xác phía khác đối tượng Tuy nhiên, phép chiếu song song không cho hình ảnh thực tế đối tượng ba chiều Ngược lại, phép chiếu phối cảnh tạo hình ảnh thực không bảo tồn chiều liên hệ Các đường xa chiếu nhỏ đường gần mặt phẳng chiếu, hình 78 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH Hình 4.17 Hai đoạn thẳng dài phép chiếu phối cảnh Các hình ảnh hình thành phép chiếu song song xác định dựa vào góc hợp hướng phép chiếu hợp với mặt phẳng chiếu Khi hướng phép chiếu vuông góc với mặt phẳng, ta có phép chiếu trực giao (hay phép chiếu vuông góc - orthographic projection) Một phép chiếu không vuông góc với mặt phẳng chiếu gọi phép chiếu xiên (oblique projection) Các phép chiếu trực giao dùng để tạo quang cảnh nhìn từ phía trước, bên sườn, đỉnh đối tượng (xem hình ) Quang cảnh phía trước, bên sườn, phía sau đối tượng gọi “mặt chiếu” (elevation), quang cảnh phía gọi “mặt phẳng” (plane) Các vẽ kỹ thuật thường dùng phép chiếu trực giao này, chiều dài góc miêu tả xác đo từ vẽ 79 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH Hình 4.16 Ba phép chiếu trực giao đối tượng 4.5.2 Phép chiếu phối cảnh Phép chiếu phối cảnh phép chiếu mà tia chiếu không song song với mà xuất phát từ điểm gọi tâm chiếu Phép chiếu phối cảnh tạo hiệu ứng luật xa gần tạo cảm giác độ sâu đối tượng giới thật mà phép chiếu song song không lột tả Các đoạn thẳng song song mô hình 3D sau phép chiếu hội tụ điểm gọi điểm triệt tiêu (vanishing point) Phân loại phép chiếu phối cảnh dựa vào tâm chiếu - Centre Of Projection (COP) mặt phẳng chiếu projection plane 80 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH Hình 4.17 Phép biến đổi phối cảnh Hình 4.18 Phép chiếu với tâm chiếu trục z 81 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông [...]... Công nghệ thông tin và Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH Hình 4 .2 Khối 3D khung lưới đơn giản Đồ họa 3D là đồ họa sử dụng hệ đồ họa 3 chiều để biểu diễn dữ liệu hình học lưu trữ trên máy tính Hệ thống đồ hoạ này khai thác không gian 3 chiều là chiều ngang – dọc – sâu tạo nên một thế giới hình khối khác hẳn thế giới hình phẳng của 2D Đồ hoạ 3D khai thác tối đa các hiệu... trang WWW 64 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH CHƢƠNG 4: ĐỒ HỌA BA CHIỀU 4.1 Giới thiệu về đồ họa 3 chiều Khái niệm 3D nghĩa là một đối tượng được mô tả hoặc hiển thị 3 chiều: rộng, cao và sâu Ví dụ, một đối tượng 2 chiều là một mảnh giấy đặt trên bàn với một bản vẽ hoặc cái gì được viết trên nó, không cảm... thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH  Nhiều nhiệm vụ tương tác khác nhau có sẵn qua sơ đồ đơn kéo xuống Những sơ đồ đơn kéo xuống cho phép người sử dụng thực hiện các nhiệm vụ kiểm soát và đối thoại một cách dễ dàng  Việc dùng biểu tượng đồ hoạ, nút, kĩ thuật cuộn làm giảm khối lượng gõ Điều này có thể làm tăng tính hiệu quả tương tác cho những người không phải là chuyên viên gõ máy. .. điều này tương đối là dễ thực hiện, nhưng nó sẽ phức tạp hơn nếu số lượng thuộc tính là rất nhiều Do đó, việc sử dụng các ngôn ngữ truy vấn đòi hỏi phải có kinh nghiệm 62 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH 3.4.5 Form –fill và bảng tính Giao diện form-fill được sử dụng chủ yếu để nhập dữ liệu Nó cũng rất hữu... tượng 2D và 3D Qua nhiều thế kỉ, các nghệ sĩ đã biết làm thế nào để tạo một bức tranh thể hiện chiều sâu thực sự Một bức tranh vốn là một đối tượng 2 chiều bởi vì nó không có gì hơn vải với lớp sơn được vẽ lên Tương tự, đồ họa máy tính 3D thực sự là ảnh 2 chiều trên màn hình máy tính phẳng cung cấp ảo giác về chiều sâu hay chiều thứ 3 2D + phối cảnh = 3D Ví dụ: khối lập phương đơn giản với 12 đoạn... kiểu hỏi/trả lời  Form-fill và bảng tính  WIMP  Point và click 3.4.1 Giao diện dòng lệnh Giao diện dòng lệnh là kiểu giao diện đối thoại tương tác đầu tiên được sử dụng trong các hệ thống máy tính, và hiện nay nó vẫn đang được sử dụng rỗng rãi Giao 60 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH diện cung cấp... Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH Tác dụng của việc chiếu sáng là làm cho các đối tượng hiển thị trong máy tính giống với vật thể trong thế giới thực Để thực hiện công việc này cần phải có các mô hình tạo sáng Vật thể được chiếu sáng nhờ vào ánh sáng đến từ khắp mọi hướng gọi là ánh sáng xung quanh (ambient light) hay ánh sáng nền(background light) Trên bề mặt có 2 loại hiệu... Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH 4.4 Quy trình hiển thị đối tƣợng 3 chiều Các đối tượng trong thế giới thực phần lớn là các đối tượng 3 chiều còn thiết bị hiển thị chỉ 2 chiều Do vậy muốn có hình ảnh ba chiều ta cần phải giả lập Chiến lược cơ bản là biến đổi từng bước Hình ảnh sẽ được hình thành từ từ, ngày càng... thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH 2 View volume được chiếu lên mặt phẳng chiếu Diện tích chiếu bởi view volume trên mặt phẳng chiếu đó sẽ cho chúng ta khung nhìn 3 Là việc ánh xạ khung nhìn vào trong một cổng nhìn bất kỳ cho trước trên màn hình để hiển thị hình ảnh Hình 4.14 Mô hình nguyên lý của tiến trình biểu diễn đối tượng 3D Hình 4.15 Phân loại các phép chiếu Trong đồ họa. .. tin và Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH trong ví dụ trên kéo theo việc có thể cần đến các tuỳ chọn phụ Người sử dụng không thể trực tiếp đi tới tuỳ chọn khác mà phải làm việc qua từng mức menu cho đến khi đạt tới tuỳ chọn mong muốn Điều này có thể rất chán, và không hiệu quả 3.4.3 Ngôn ngữ tự nhiên Có thể thoạt nhìn thì cách thức để liên lạc với máy tính hấp dẫn nhất là ... thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH Hình 4 .2 Khối 3D khung lưới đơn giản Đồ họa 3D đồ họa sử dụng hệ đồ họa chiều để biểu diễn liệu hình học lưu trữ máy tính Hệ thống đồ hoạ... suốt 52 Bộ môn Truyền thông Đa phương tiện – Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH 3 .2 Đồ họa vector 3 .2. 1 Giới thiệu đồ họa vector - Nguyên... thông tin Truyền thông Bài giảng Cơ sở đồ họa máy tính – Ngành CNTRT, TKĐH - SVG: định dạng file vector mà hiển thị web - DWG: định dạng file lưu Autocad 3 .2. 4 Các ứng dụng đồ họa vector Lợi hình