Kỹ thuật photon mapping trong sinh ảnh và ứng dụng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Vũ Phú Cường KỸ THUẬT PHOTON MAPPING TRONG SINH ẢNH VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2010 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Vũ Phú Cường KỸ THUẬT PHOTON MAPPING TRONG SINH ẢNH VÀ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 604801 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS Nguyễn Thị Hồng Minh Thái Nguyên - 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan toàn nội dung luận văn tự sưu tầm, tra cứu xếp cho phù hợp với nội dung yêu cầu đề tài Nội dung luận văn chưa công bố hay xuất hình thức không chép từ công trình nghiên cứu Phần mã nguồn chương trình sử dụng số thư viện chuẩn thuật toán demo tác giả xuất công khai miễn phí mạng Internet Nếu sai xin xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Thái Nguyên, ngày 15 tháng 10 năm 2010 Người cam đoan Vũ Phú Cường LỜI CẢM ƠN Trong trình luận văn tốt nghiệp em gặp nhiều vấn đề phức tạp, khó xử lý đề tài mà em nghiên cứu Nhưng giúp đỡ tận tình thầy, cô bạn luận văn em hoàn thành thời hạn đạt kết tốt Lời em xin trân thành cảm ơn giúp đỡ quí báu, hướng dẫn nhiệt tình bảo tận tụy cô TS Nguyễn Thị Hồng Minh – Trường ĐH QG Hà Nội Các thầy cô giáo công tác Khoa công nghệ thông tin – ĐHTN, tập thể bạn học viên lớp cao học Khóa giúp đỡ nhiệt tình chia sẻ với em kinh nghiệm học tập, nghiên cứu suốt khoá học Thái Nguyên, ngày 15 tháng 10 năm 2010 Học viên Vũ Phú Cường Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng MỤC LỤC Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Mô cánh tay Hình 1.2 Mô cấu trúc não Hình 1.3 Mô kiến trúc công trình 10 Hình 2.1 Bản đồ chiếu sáng 17 Hình 2.2: Xây dựng đồ photon tụ quang (a) đồ photon toàn cảnh (b) 21 Hình 2.3: Phân chia không gian sử dụng KD 23 Hình 2.4: Đơn giản hóa 2D KD cho phân chia không gian hình 2.5 .23 Hình 2.5: Tính xạ phản xạ (Jensen, 2001) .29 Hình 2.6: Sử dụng hình cầu (trái) hình đĩa (bên phải) xác định vị trí photon 30 Hình 2.7: Truy tìm tia qua điểm ảnh 35 Hình 2.8: Đánh giá xác chiếu sáng trực tiếp 38 Hình 2.9: Sinh ảnh phản chiếu bóng phản xạ 39 Hình 2.10: Sinh ảnh tụ quang .41 Hình 2.11: Tính toán gián tiếp khuếch tán ánh sáng với tầm quan trọng lấy mẫu .42 Hình 3.1: Số lượng photon phát 1000 48 Hình 3.2: Photon phát 1500, nguồn sáng bên (a), bên phải (b) 48 Hình 3.3: Sử dụng ánh sáng trực tiếp (a), sinh ảnh Photon mapping (b) .49 Hình 3.4: Sinh ảnh với nguồn sáng 49 Hình 3.5: Sinh ảnh với môi trường tham gia 50 Hình 3.6: Vòng kim loại tụ quang 50 Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng PHẦN MỞ ĐẦU Sự đời đồ họa máy tính thực cách mạng giao tiếp người dùng máy tính Với lượng thông tin trực quan, đa dạng phong phú chuyển tải qua hình ảnh, ứng dụng đồ họa máy tính lôi nhiều người nhờ tính thân thiện, dễ dùng, kích thích khả sáng tạo tăng đáng kể hiệu suất làm việc Đồ họa máy tính ngày ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khoa học, kĩ thuật, nghệ thuật, kinh doanh, quản lí, ứng dụng đồ họa đa dạng, phong phú phát triển liên tục không ngừng Ngày nay, chương trình ứng dụng mà không sử dụng kĩ thuật đồ họa để làm tăng tính hấp dẫn Trong đồ họa máy tính, Photon mapping thuật toán chiếu sáng toàn cảnh phát triển Henrik Wann Jensen Nó sử dụng vào thực tế mô tương tác ánh sáng với đối tượng khác Đặc biệt, có khả mô khúc xạ ánh sáng qua chất suốt chiếu sáng, thủy tinh nước, phản xạ khuếch tán đối tượng tán xạ ngầm ánh sáng vật liệu mờ, số tác dụng gây hạt vật chất khói nước Nó mở rộng để mô xác ánh sáng sinh ảnh quang phổ Trong tự nhiên, tia sáng tạo nguồn sáng chiếu đến bề mặt làm ngắt quãng trình Có thể tưởng tượng tia sáng dòng photon Trong chân không hoàn hảo, tia sáng thẳng Trong thực hỗn hợp hiệu ứng khúc xạ, phản xạ, tán xạ Nghiên cứu sử dụng kỹ thuật Photon mapping, trợ giúp cho việc nâng cao chất lượng ảnh sinh hình ảnh trung gian tương lai hệ thống biến đổi Phục vụ cho hoạt cảnh ứng dụng chuyển động tương tác xử lý ảnh thực ảo, ước lượng điểm bề mặt hiệu dụng, lưu trữ thông tin sử dụng lại ánh sáng, giảm tải số Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng lượng tính toán Và tất tia sáng tạo sau trình mô tả lại để tạo nên hình ảnh sống động thật Bố cục luận văn bao gồm: Phần mở đầu, ba chương chính, phần kết luận, tài liệu tham khảo Cụ thể sau Chương Giới thiệu khái quát thực ảo sinh ảnh, ứng dụng thực ảo Phương pháp sinh ảnh thực ảo tổng quan phương pháp photon mapping sinh ảnh Chương Trình bày thuật toán photon sinh ảnh, cấu trúc liệu cần thiết cho đồ photon, chương có trình bày cụ thể tính toán xạ từ đồ photon, trình xây dựng phương trình sinh ảnh việc tối ưu hóa đồ photon Chương Mô tả toán sinh ảnh, giới thiệu công cụ hỗ trợ chương trình sinh ảnh, ý chức hàm chương trình nghiệm chương trình đưa kết đánh giá kết thu Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng Thực Chương KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ SINH ẢNH Công nghệ thông tin xuất lĩnh vực xã hội Tuy nhiên phần lớn mô hình xây dựng máy tính hai chiều người tương tác với đối tượng mô giới thực, chương trình nghiên cứu khắc phục nhược điểm dẫn đến việc xuất lĩnh vực Công nghệ thông tin thực ảo 1.1 Khái quát thực ảo 1.1.1 Thực ảo gì? Thực ảo mô môi trường không gian ba chiều máy tính, môi trường mô người quan sát thực thao tác mà mong muốn Với tất có môi trường mô thông qua thiết bị đầu vào, kết trả lại thay đổi môi trường mà người quan sát hay cảm nhận thông qua thiết bị đầu Theo định nghĩa nhận thành phần thực ảo là: môi trường không gian ba chiều, mô hình tạo máy tính, tương tác, thiết bị vào, Thực ảo giới thực song lại ảo, phần giới thực tái tạo máy tính, thông qua thiết bị đầu vào người chìm đắm môi trường không gian ba chiều cho phép người có khả quan sát, tương tác với môi trường ảo Những tương tác chương trình xử lý thông qua thiết bị đầu đem Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng lại cho người cảm nhận thay đổi môi trường thực tế tất thứ diễn không gian ba chiều 1.1.2 Lịch sử đời phát triển thực ảo Khái niệm thực ảo có từ năm 1950, hệ thống nguyên sơ tạo lâu trước người đặt chân lên mặt trăng Vào cuối năm năm mươi có người đàn ông biết đến có tên Morton Heilig thiết kế hệ thống ảo Ông phát triển thứ gọi Sensorama Tương tự máy chò trơi ngày nay, Sensorama kết hợp với chiếu film, âm thanh, chuyển động, gió chí mùi vị khiến cho người cảm thấy giới thực đơn giản xem Bất chấp hạn chế công nghệ máy tính vào năm sáu mươi, giáo sư đồ hoạ máy tính có tên Sutherland quản lý xây dựng thành công hệ thống thực ảo máy vi tính, gọi “Sword of Damocles” bao gồm: hình máy tính, hệ thống máy điều chỉnh, máy tính để làm thứ Máy tính thực vẽ đường thẳng đen trắng hình mà người ta quan sát từ góc Mặc dù đơn giản song đưa khái niệm làm việc thực ảo đặt móng cho nhiều cải tiến sau Sutherland giới thiệu nội dung việc nhúng người xem vào giới mô cảm giác hoàn thiện thiết bị vào Ông phát minh thuật ngữ “The Ultimate Display” mô tả hệ thống hiển thị cho đồ họa máy tính, mà tuỳ theo điều chỉnh người sử dụng cập nhật để hiển thị cho phù hợp Kết người sử dụng cảm thấy bị vây quanh hay bị chìm vào giới mà tồn máy vi tính Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng Hình 2.9: Sinh ảnh phản chiếu bóng phản xạ Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng 2.4.5 Tính tụ quang (Caustics) Tính tụ quang đại diện tích phân ∫     f r ,d ( x, ω ' , ω ) Li ,c ( x, ω ' ) cos θ i dω 'i Ωx Việc đánh giá thuật ngữ phụ thuộc vào việc tính toán xác gần yêu cầu Trong tính toán xác, thuật ngữ giải cách sử dụng ước tính xạ từ tính tụ quang đồ photon Số lượng photon tính tụ quang đồ photon cao ta đoán trước chất lượng tốt ước tính Tính tụ quang (Caustics) tính cách sử dụng Monte Carlo ray tracing phương pháp hiệu đến để sinh ảnh caustics Việc đánh giá gần tích phân bao gồm ước tính xạ từ đồ photon toàn cảnh Điều minh họa hình 2.10 Hình 2.10: Sinh ảnh tụ quang Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng 2.4.6 Phản xạ đa khuếch tán (Multiple diffuse reflections) Tích phân cuối công thức 2.16 là: ∫     f r ,d ( x, ω ' , ω ) Li ,d ( x, ω ' ) cos θ i dω 'i Ωx Tích phân đại diện cho ánh sáng đến mà phản chiếu lần nguồn ánh sáng Ánh sáng sau phản chiếu khuếch tán bề mặt (sử dụng fr,d) Do kết chiếu sáng "dịu" Việc đánh giá gần tích phân phần ước tính xạ dựa đồ photon toàn cảnh Việc đánh giá xác tích phân tính cách sử dụng Monte Carlo ray tracing tối ưu hóa cách sử dụng BRDF với ước tính thông lượng mô tả Tối ưu hóa quan trọng bề mặt Lambertian việc sử dụng xạ gradient sơ đồ nhớ đệm Điều có nghĩa ta tính toán chiếu sáng gián tiếp bề mặt Lambertian suy đủ với độ xác từ giá trị tính toán trước Ưu điểm việc sử dụng đồ photon so sánh để sử dụng nhớ đệm phương pháp xạ gradient ta tránh bị trả lại nhiều dấu vết chiếu sáng gián tiếp ta sử dụng thông tin đồ photon để tập trung vào mẫu ta hướng quan trọng Điều minh họa hình 2.11 Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng Hình 2.11: Tính toán gián tiếp khuếch tán ánh sáng với tầm quan trọng lấy mẫu 2.5.5 Lấy mẫu lọc Một vấn đề mà hệ thống sinh ảnh đồ họa phải giải quyết, hệ thống dùng tiếp cận nào, vấn đề lấy mẫu (sampling problem) Nhìn chung, trình sinh ảnh trình cố gắng miêu tả hàm số liên tục (continuous function) từ vị trí điểm ảnh đến giá trị màu sắc Theo lý thuyết Nyquist, tần số lấy mẫu phải gấp hai lần tỉ lệ điểm ảnh, nghĩa có tỷ lệ thuận với độ phân giải hình ảnh Nói cách đơn giản hơn, điều biểu lộ quan điểm hình ảnh biểu chi tiết nhỏ chấm ảnh Nếu sử dụng thuật toán sinh ảnh đơn giản, tần số cao hàm hình ảnh gây ảo giác ngoại hình (aliasing) xấu hình ảnh kết thúc Ảo giác ngoại hình thường biểu lộ hình thức hiệu ứng lởm chởm, cạnh lởm chởm vật thể (như cưa), nơi hệ thống đường kẻ ổ chấm ảnh nhìn thấy Để xóa bỏ ảo giác ngoại hình, tất thuật toán sinh ảnh (nếu muốn sản sinh hình ảnh đẹp) cần phải lọc hàm hình ảnh để lọc bỏ tần số cao Quá trình gọi trình chống ảo giác ngoại hình (antialiasing) Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng 2.4.8 Tối ưu hóa − Các phương pháp tối ưu hóa họa sĩ sử dụng xây dựng phong cảnh Do số lượng tính toán lớn, công trình trình phát triển sinh ảnh chi tiết phần quan tâm thời điểm làm việc mà thôi, thế, giai đoạn đầu trình mô hình hóa, người ta dùng mô hình khung lưới kỹ thuật chiếu quang tia mà thôi, kết xuất liệu phải kết dõi quang tia kết hợp với tính va đập ánh sáng Người ta thường sinh ảnh chi tiết số phần phong cảnh, xóa bỏ đối tượng không quan trọng phần công việc xây dựng − Những phương pháp tối ưu hóa phổ biến dùng trình sinh ảnh thời gian thực Đối với thời gian thực, đơn giản hóa nhiều ước lượng tương đối chung điều cần thiết, điều chỉnh cho với tham số phong cảnh quan tâm, tức điều chỉnh cho với tham số thỏa thuận, việc làm gây hiệu nhiều Ngoài có số tiếp cận tới sinh ảnh đồ họa, chẳng hạn phương pháp dùng hàm điều hòa cầu (spherical harmonics) Những kỹ thuật không nhiều người biết đến tốc độ chậm chúng, tính thiếu tính thực dụng đơn giản chúng non nớt, số chúng cho giải pháp Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng Chương CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3.1 Bài toán Trong chương này, luận văn thử nghiệm chương trình sinh ảnh chiều ảnh chiều với nguồn sáng cho trước kỹ thuật Photon mapping - Đầu vào chương trình mô hình với đối tượng cho trước sử dụng kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh - Tăng giảm số lượng photon thay đổi vị trí nguồn sáng - Nhận xét chất lượng ảnh sau lần đổi giá trị 3.2 Công cụ thiết kế chức số hàm chương trình 3.2.1 Giới thiệu ngôn ngữ lập trình mã nguồn mở Processing Processing ngôn ngữ lập trình mã nguồn mở môi trường cho người muốn làm việc với chương trình xử lý hình ảnh, hoạt hình, tương tác Nó sử dụng cho sinh viên, nghệ sĩ, nhà thiết kế, nhà nghiên cứu, nhà sưu tầm cho việc học tập, tạo mẫu, sản xuất Nó tạo để giảng dạy lập trình trực quan để phục vụ phần mềm phác thảo công cụ trình bày chuyên nghiệp Processing để tải miễn phí sử dụng hệ điều hành GNU / Linux, Mac OS X Windows Nó bao gồm phân tích vấn đề hướng dẫn cho việc xây dựng mã, tải mã nguồn, tạo thư viện công cụ Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng Một mục tiêu Processing đóng vai trò công cụ để lập trình bắt đầu làm quen với lập trình Ngôn ngữ xây dựng tính đồ họa ngôn ngữ lập trình Java, đơn giản hóa tính tạo vài tính 3.2.2 Chức số hàm chương trình - Khai báo số mô tả cảnh int szImg = 512; // Khai báo kích thước ảnh int nrTypes = 2; //2 kiểu đối tượng(Hình cầu - Sphere = 0, mặt phẳng - Plane = 1) int[] nrObjects = {2,5}; //2 Hình cầu, Mặt phẳng float gAmbient = 0.1; //Không gian chiếu sáng float[] gOrigin = {0.0,0.0,0.0}; //World Origin for Convenient Re-Use Below (Constant) float[] Light = {0.0,1.2,3.75}; //Điểm sáng – Vị trí nguồn float[][] spheres = {{1.0,0.0,4.0,0.5},{-0.6,-1.0,4.5,0.5}}; //Tâm hình cầu bán kính float[][] planes = {{0, 1.5},{1, -1.5},{0, -1.5},{1, 1.5},{2,5.0}}; //Trục mặt phẳng khoảng cách tới gốc tọa độ - Khai báo biến Photon mapping int nrPhotons = 1000; int nrBounces = 3; //Số lượng Photon phát xạ //Số lần Photon bật lên boolean lightPhotons = true; //Kích hoạt Photon chiếu sáng? float sqRadius = 0.7; //Tích phân vùng Photon (Bình phương cho hiệu quả) float exposure = 50.0; //Số lượng Photon tích phân điểm sáng int[][] numPhotons = {{0,0},{0,0,0,0,0}}; //Tính Photon cho đối tượng cảnh float[][][][][] photons = new float[2][5][5000][3][3]; //Cấp phát nhớ cho Photon Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng - void raySphere(int idx, float[] r, float[] o): Hàm Tính toán tia giao hình cầu - void rayPlane(int idx, float[] r, float[] o): Hàm Tính toán tia giao mặt phẳng - void checkDistance(float lDist, int p, int i): Hàm kiểm tra khoảng cách - void emitPhotons(): Hàm tính toán độ phát xạ Photon - void storePhoton(int type, int id, float[] location, float[] direction, float[] energy): Hàm lưu trữ Photon Photon map - void shadowPhoton(float[] ray): Hàm xử lý Photon bóng - void draw(): Hàm vẽ 3D - void drawInterface(): Hàm thiết kế giao diện - void render(): Hàm sinh ảnh (sinh đường riêng điểm ảnh trước vẽ) - void resetRender(): Hàm thiết lập lại biến sinh ảnh - void setup(): Hàm cài đặt đối tượng chương trình 3.3 Thực nghiệm chương trình đánh giá kết 3.3.1 Thực nghiệm chương trình - Click vào biểu tượng hình ảnh để chuyển đổi đồ photon - Click kéo cầu để di chuyển chúng - Click vào nguồn sáng kéo để di chuyển ánh sáng - Mô tả: Các thực ray tracing cải thiện cách mô photon riêng lẻ phát từ nguồn ánh sáng trả lại quanh cảnh Ở đây, 1000 photon bị trả ba lần, dẫn đến loang màu thực tế bóng mềm Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng Đối với ray tracing, ta chiếu tia vào điểm ảnh cảnh (cho phép phản chiếu gương cầu) Một tia bóng đơn xác định có hay không điểm ảnh chiếu sáng nguồn sáng Để tính toán đồ photon, ta phát 1000 photon (mỗi photon số bị trả lại ba lần) từ nguồn ánh sáng hình bán cầu Đối với photon bị trả ta tính toán photon bóng tương ứng Photon mapping kích hoạt đơn giản cách thay bước ánh sáng cuối ray tracing với bước thu thập photon đó, điểm cảnh kết xuất, photon tích hợp diện tích kích thước cố định (không có cây-kd sử dụng) 3.3.2 Kết thực - Áp dụng sinh ảnh cảnh với nguồn sáng Sử dụng đồ photon trực tiếp hình ảnh nhiều thời gian để sinh ảnh Sử dụng tập hợp cuối bước sinh ảnh làm cho thời gian làm tăng đáng kể Do phải sử dụng phương pháp gọi nhớ đệm xạ, nơi ánh sáng lưu trữ tái sử dụng chiếu sáng giá trị từ nhớ đệm nội suy điểm Những hình ảnh bên trái cho thấy trực quan nhớ đệm xạ Tất điểm mà màu đen điểm mà giá trị lưu trữ sử dụng hình bên phải Khi chiếu nguồn sáng từ phía phát 1000 photon, photon sử dụng lại ba lần ta thu kết ảnh tối không sắc nét thể hình 3.1 Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng Hình 3.1: Số lượng photon phát 1000 Thay đổi vị trí nguồn sáng số lượng photon phát ta cảnh hình 3.2 (a) (b) Hình 3.2: Photon phát 1500, nguồn sáng bên (a), bên phải (b) Hình 3.3 cảnh bên trái sử dụng ánh sáng trực tiếp cảnh bên phải sinh ảnh cách sử dụng kỹ thuật Photon mapping Trong cảnh bên phải sử dụng 26.000 photon từ nguồn ánh sáng cửa sổ chiếu vào 500 số sử dụng để tính toán xạ Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng (a) (b) Hình 3.3: Sử dụng ánh sáng trực tiếp (a), sinh ảnh Photon mapping (b) - Áp dụng sinh ảnh cảnh với nhiều nguồn sáng Một ví dụ đơn giản cảnh với nhiều nguồn ánh sáng biến đổi cảnh thể hình 3.4 Khi 100.000 photon tạo từ nguồn ánh sáng kết đồ Photon toàn cảnh có 400.000 photon Với tham số sinh ảnh tương tự kết khác với nguồn sáng Thời gian sinh ảnh cho cảnh 90 phút Hình 3.4: Sinh ảnh với nguồn sáng Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng Cảnh thể hình 3.5 ví dụ cảnh với môi trường tham gia thống Để mô cảnh cần sử dụng 100.000 photon đồ photon toàn cầu 150.000 photon đồ photon lượng Thời gian sinh ảnh cho cảnh 44 phút Hình 3.5: Sinh ảnh với môi trường tham gia Hình 3.6 ví dụ cổ điển tụ quang, nhẫn kim loại bóng tập trung ánh sáng vào mẫu đặc trưng Hình ảnh bao gồm photon toàn cảnh, kết chiếu sáng yếu bề mặt bên nhẫn Các thành phần phản chiếu nhẫn sinh ảnh với tia phản chiếu hoàn xác 200 photon tụ quang sử dụng cho ước tính xạ ánh sáng Hình 3.6: Vòng kim loại tụ quang Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng KẾT LUẬN Kỹ thuật Photon mapping tạo cho mặt phẳng đối tượng khung cảnh một sở dữ liệu, lưu trữ thông tin va chạm photon với bề mặt - tọa độ va chạm, hướng lượng photon Photon được hiểu là phần lượng chiếu sáng, truyền theo một hướng nhất định từ nguồn sáng Mật độ photon đồ dùng các tính toán tiếp theo để đánh giá sự chiếu sáng của điểm kết quả của sự phân tán khuyếch tán ánh sáng các bề mặt xung quanh Kỹ thuật Photon mapping thiết kế xen kẽ phép tính chiếu sáng khuếch tán thứ cấp phương pháp Monter Carlo thay phép tính tích phân tương ứng Giải pháp có số ưu điểm hạn chế Ưu điểm Photon mapping tốc độ hoàn chỉnh phép tính Sử dụng Photon mapping cho tính toán phản xạ qua lại dùng nhiều lần cho phép nhận kết nhanh chất lượng Hạn chế liên quan đến yêu cầu nhớ lớn khó khăn việc liên kết vết nối, góc đường biên bề mặt Photon mapping làm việc với nguồn sáng Skylight, HDRI hạn chế truy cập vào nhớ, tính toán khung cảnh mở Trong trình làm luận văn em sử dụng, nghiên cứu nhiều tài liệu, thực nghiệm để hoàn thành luận văn tốt nghiệp hiểu rõ phương pháp sinh ảnh Photon maping Kết thực nghiệm đạt số kết sử dụng chương trình demo tăng giảm số lương photon số lần tái sử dụng trình sinh ảnh Tạo ảnh có mầu sắc rực rỡ với hay nhiều nguồn sáng Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, thân nhiều cố gắng thời gian, công sức cho việc tìm hiểu nghiên cứu đề tài nhận bảo, định hướng tận tình thầy giáo hướng dẫn hạn chế mặt thời gian khó khăn việc tìm kiếm tài liệu nên chưa có kết thực hoàn hảo Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] [2] TẠ VĂN HÙNG, Đồ Họa Máy Tính, Nxb Thống kê, 2001 Nguyễn Thế Hùng, Đồ họa máy tính thiết kế - Computer Graphics and Design, Nxb Thống kê, 2002 [3] Nguyễn Huy Sơn (2005), “VR-Công nghệ tương lai”, http://simulationvn.org Tiếng Anh [4] Jensen, Henrik Wann and Per H Christensen:” High Quality Rendering using Ray Tracing and Photon Mapping” ACM New York , pages 49-53, 63-76, 2007 [5] Jensen, Henrik W., Realistic Image Synthesis Using Photon Mapping, A K Peters, Ltd., Massachusetts, 2001 [6] Per H Christensen Photon mapping tricks In SIGGRAPH 2002 Course Note #43: A Practical Guide to Global Illumination using Photon Mapping, pages 93–121, 2002 [7] Phong Bui Tuong Illumination for computer generated pictures Communications of the ACM, pages 311–317, 1975 Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng [...]... sinh ảnh tụ quang Kỹ thuật Photon mapping trong sinh ảnh và ứng dụng Chương 2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG SINH ẢNH BỞI PHOTON MAPPING 2.1 Thuật toán Photon mapping Thuật toán lập bản đồ photon được phát minh bởi Henrik Wann Jensen Lập bản đồ photon ánh sáng từ sự tách rời hình học của cảnh và lưu trữ dữ liệu này trong một cấu trúc riêng biệt gọi là một bản đồ photon Việc tách các bản đồ photon từ đại diện... thuộc chủ yếu vào số lượng các photon trong bản đồ photon và trong dự toán Theo nhiều Kỹ thuật Photon mapping trong sinh ảnh và ứng dụng photon được sử dụng trong dự toán và trong bản đồ photon, công thức (2.6) trở nên chính xác hơn Nếu chúng ta bỏ qua lỗi do độ chính xác giới hạn của các đại diện của các vị trí, hướng và thông lượng, sau đó có thể đi đến giới hạn và tăng số lượng các photon đến vô... vật liệu quan trọng hơn Một trong những phương pháp là Russian roulette [4] Kỹ thuật Photon mapping trong sinh ảnh và ứng dụng Nếu một photon được hấp thụ bởi bề mặt, nó được lưu trữ trong các bản đồ photon và thời gian tồn tại photon là kết thúc Một kỹ thuật rất quan trọng trong photon tracing là Russian roulette Kỹ thuật Russian roulette được sử dụng để quyết định xem một photon sẽ được phản xạ, hấp... Ward-RGB-định dạng số mũ và sử dụng tọa độ theo hướng photon Phần đầu tiên của thuật toán photon mapping là photon tracing được nghiên cứu bởi Jensen Photon tracing là một quá trình phát photon từ Kỹ thuật Photon mapping trong sinh ảnh và ứng dụng các nguồn ánh sáng và dựng (vẽ) lại mô hình từ nguồn sáng đó Công việc của photon tracing nói chính xác là giống như ray tracing Nhưng sự khác biệt trong photon tracing... quanh cảnh Kỹ thuật Photon mapping trong sinh ảnh và ứng dụng Tuy nhiên Photon mapping khác với bản đồ chiếu sáng là trong Photon mapping không chỉ lưu trữ các photon mà còn cả cường độ chiếu sáng Photon A có một hướng, một địa điểm và một giá trị màu sắc Mặt khác các bản đồ chiếu sáng dựa hoàn toàn vào hình học của các đối tượng để có thông tin về hướng Thứ hai các photon không được lưu trữ cố định trong. .. lại, và tham gia truyền thông trong những cảnh phức tạp Nó cung cấp sự linh hoạt tương tự như phương pháp Monte Carlo ray tracing chỉ sử dụng một phần nhỏ thời gian tính toán Kỹ thuật Photon mapping trong sinh ảnh và ứng dụng Thuật toán chiều sáng toàn cảnh dựa trên phương thức bản đồ photon gồm 2 vấn đề Vấn đề đầu tiên là xây dựng bản đồ photon bằng cách phát ra các photon từ các nguồn ánh sáng vào cảnh... thảo từ xa là một ứng dụng của mục đích này Sự cảm nhận không gian và sử dụng không gian cho việc gặp gỡ và trao đổi với nhau trong môi trường ba chiều có đặc điểm:  Kích thích mạnh mẽ người tham gia trong hội thảo Kỹ thuật Photon mapping trong sinh ảnh và ứng dụng  Âm thanh vẫn giữ được tự nhiên  Có được các thao tác phối hợp như trong thế giới thực Như vậy thực tại ảo có ứng dụng trong hầu hết các... định vị các photon gần nhất là tương tự như một hình cầu mở rộng khoảng x và sử dụng các photon trong mặt cầu này Có thể sử dụng nhiều thể tích hình cầu trong quá trình này Có thể sử dụng một Kỹ thuật Photon mapping trong sinh ảnh và ứng dụng khối lập phương thay vào đó, một hình trụ hoặc có thể là hình đĩa Cả hai điều này có thể có ích cho một thuật toán đó là xác định nhanh hơn vị trí các photon gần... một trong các lĩnh vực mà ứng dụng Công nghệ thông tin một cách hiệu quả hiện nay là y học Dưới đây là một số hình ảnh minh hoạ về việc nghiên cứu và ứng dụng Công nghệ thông tin trong y học: Hình 1.1 Mô phỏng các cơ cánh tay Kỹ thuật Photon mapping trong sinh ảnh và ứng dụng Đây là dự án nghiên cứu của Châu Âu vào tháng 11 năm 1993, dự án này cho phép xây dựng lại mô hình cánh tay của con người trong. .. thường nằm trong nửa khoảng trống giống như của điểm mà trực tiếp chiếu sáng đang được xem xét, do đó độ cong bề mặt được đưa vào tính toán Nếu cờ bóng không được thiết lập, các nguồn sáng đó phát ra các photon góp phần vào sự chiếu sáng trực tiếp và được tham chiếu để xác định bức xạ của nó Kỹ thuật Photon mapping trong sinh ảnh và ứng dụng 2.2.2 Toàn cảnh và tụ quang các photon Các loại photon chia ... thêm đồ photon để sinh ảnh họ Do số hệ thống thương mại sử dụng Photon mapping để sinh ảnh tụ quang Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng Chương MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG SINH ẢNH BỞI PHOTON MAPPING. .. xem sinh ảnh từ cảnh Do ánh sáng ánh sáng phân tán xung quanh cảnh Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng Tuy nhiên Photon mapping khác với đồ chiếu sáng Photon mapping không lưu trữ photon. .. Nguyên, ngày 15 tháng 10 năm 2010 Học viên Vũ Phú Cường Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng MỤC LỤC Kỹ thuật Photon mapping sinh ảnh ứng dụng DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Mô cánh tay