Kỹ thuật tạo chuyển động cho đối tượng 3d trong thực tại ảo

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 y tế, giáo dục, kiến trúc, du lịch, giải trí,…Trên đà phát triển xuất mô hình phát triển mà phạm vi ứng dụng có tiềm rộng lớn Công nghệ Thực ảo “Thực ảo” (virtual reality-VR) thực chất lĩnh vực nhằm mô giới thực người vào máy tính, mà người tương tác cảm nhận giới thực Có thể nói lĩnh vực Thực ảo lĩnh vực vô rộng lớn công nghệ thông tin Nó bao gồm nhiều hướng phát triển ứng dụng, không nói tới vấn đề điều khiển mô hình tạo chuyển động cho đối tượng cần thiết, quan trọng Việc tạo chuyển động đối tượng có nhiều kỹ thuật, ví dụ như: chuyển động theo thời điểm chính, chuyển động theo đường cong xác định trước, chuyển động không tuyến tính với đoạn, chuyển động theo ràng buộc thuộc tính, Khi có chuyển động, tương tác đối tượng với đối tượng khác môi trường xung quanh Từ mô hình trở nên chân thực sống động Vậy làm để tạo chuyển động cho đối tượng để thể hành vi, trạng thái đối tượng giới thực không đơn giản Việc đòi hỏi người tạo chuyển động phải hiểu rõ đối tượng thực tế có kiến thức sâu hỗ trợ tạo chuyển động mà công cụ đưa Xuất phát hoàn ảnh từ thành Thực ảo đem lại nên định lựa chọn đề tài: “Kỹ thuật tạo chuyển động cho đối tượng 3D thực ảo” việc làm ý nghĩa khoa học mang đận tính thực tiễn thực tế đặt yêu cầu đòi hỏi Nội dung luận văn trình bày chương: Chương 1: Khái quát Thực ảo tạo chuyển động Thực ảo Trong chương 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 chương em đưa sở lý thuyết để làm sở cho trình bày số kỹ thuật tạo chuyển động cho đối tượng 3D chương Chương 2: Một số kỹ thuật tạo chuyển động cho đối tượng 3D Trong chương này, em xin giới thiệu bốn kỹ thuật tạo chuyển động cho đối tượng Đó tạo chuyển động theo thời điểm chính, tạo chuyển động theo đường cong xác định trước, tạo chuyển động không tuyến tính với đoạn, tạo chuyển động theo ràng buộc thuộc tính Ngoài chương nghiên cứu đối tượng có xương, đối tượng không xương tìm hiểu số phương pháp điều khiển chuyển động áp dụng cho đối tượng có xương Chương 3: Chương trình thử nghiệm Chương mô chuyển động cho đối tượng có xương Chương 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 như: y tế, giáo dục, kiến trúc, quân sự, du lịch, giải trí, Hiện nay, có nhiều định nghĩa Thực ảo, định nghĩa chấp nhận rộng rãi C.Burdea P.Coiffet hiểu Thực ảo tương đối xác sau: VR-Thực ảo hệ thống giao diện cấp cao Người sử dụng Máy tính Hệ thống mô vật tượng theo thời gian thực có tương tác với người sử dụng qua tổng hợp kênh cảm giác Đó ngũ giác gồm: thị giác, thính giác, xúc giác, khứu giác vị giác [6] 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 không gian ba chiều, với hỗ trợ thiết bị xây dựng giới mô để đưa người ta vào giới nhân tạo với không gian thật Trong giới ảo này, người sử dụng không xem người 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 người sử dụng nhờ cử chỉ, hành động, Tức người sử dụng nhìn thấy vật thay đổi hình theo ý muốn họ Một cách lý tưởng, người sử dụng tự chuyển động không gian ba chiều, tương tác với vật thể ảo, quan sát khảo cứu giới ảo góc độ khác mặt không gian Ngược lại, môi trường ảo lại có phản ứng tương ứng với hành động người sử dụng, tác động vào giác quan thị giác, thính giác, xúc giác người sử dụng thời gian thực làm người sử dụng có cảm giác tồn giới thực [6] 1.1.2 Sơ lược Lịch sử phát triển Thực ảo Mặc dù Thực ảo mô tả công nghệ mang tính cách mạng, ý tưởng việc nhúng người sử dụng vào môi trường nhân tạo đời từ sớm Thuật ngữ “Thực ảo” quan tâm vài năm gần xong lại có lịch sử từ lâu Cách khoảng gần 40 năm nhà làm phim có tên Morton Heilig người Mỹ đưa ý tưởng không đưa người bước sang giới khác với ý tưởng hệ thống mô bay (Flight Simulation) Sử dụng hệ thống người quan sát có cảm giác ảnh sống động trước mắt Do hỗ trợ tài Heilig hoàn thành ước mơ Xong anh tạo thiết bị mô gọi "Sensorrama Simulator", thiết bị công bố vào khoảng đầu năm 1960 Hình 1.2 Thiết bị mô Sensorrama-1960 Thiết bị sử dụng hình ảnh 3D, thu từ camera 35mm kết hợp thành camera Thiết bị gồm có hệ thống âm kết hợp với cảnh quay chiều thực Người nhìn cưỡi xe máy, cảm thấy gió chuyển động, chí họ cảm thấy đoạn đường có ổ gà Mặc dù máy đơn giản, thô sơ xong mở nhiều ý tưởng nghiên cứu chưa có giới Năm 1966 Ivan Sutherland sinh viên tốt nghiệp Trường Utah tiếp tục nghiên cứu vấn đề Heilig bỏ dở Sutherland cho cảnh quay tương tự không đáp ứng yêu cầu thực tế Anh ta bắt đầu ý tưởng tăng tốc đồ hoạ, chế tạo 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 trường 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 người dùng Trên hình hiển thị bóng người dùng Hệ thống có khả hiển thị nhiều người sử dụng hình Hình 1.4 Thiết bị VIDEOPLACE-1970 Myron Kreuger Những ý tưởng hai nhà khoa học Mỹ NASA Fisher McGreevy kết hợp lại dự án có tên “Trạm làm việc ảo” (Visual Workstation) vào năm 1984 Cũng từ NASA phát triển thiết bị Hiển thị đội đầu có tính thương mại đầu tiên, thiết kế dựa mẫu hình mặt nạ lặn với hình quang học mà ảnh cung cấp hai thiết bị truyền hình cầm tay Sony Watchman Sự phát triển thiết bị thành công dự đoán, NASA sản xuất thiết bị HMD có giá chấp nhận thị trường ngành công nghiệp Thực ảo đời Hình 1.5 Thiết bị HMD-1984 NASA Nhưng đặc biệt công nghệ Thực ảo từ năm 90 trở lại phát triển mạnh mẽ trở thành công nghệ mũi nhọn nhờ khả ứng dụng rộng rãi lĩnh vực như: nghiên cứu công nghiệp, giáo dục đào tạo thương mại, giải trí, tiềm kinh tế, tính lưỡng dụng dân dụng quân [6] 1.1.3 Các thành phần hệ thống Thực ảo Một hệ thống Thực ảo tổng quát bao gồm thành phần: Phần mềm (Software), phần cứng (HardWare), mạng liên kết, người dùng ứng dụng [6]: Hình 1.6 Các thành phần hệ thống VR Trong luận văn tập chung vào phần cứng phần mềm  Phần cứng (Hardware) Phần cứng VR tổng quát bao gồm:  Máy tính (PC hay Workstation với cấu hình đồ họa mạnh)  Các thiết bị đầu vào (Input devices): thiết bị có khả kích thích giác quan để tạo nên cảm giác hữu giới ảo gồm có: Bộ dò vị trí (position tracking) để xác định vị trí quan sát Bộ giao diện định vị (Navigation interfaces) để di chuyển vị trí người sử dụng Bộ giao diện cử (Gesture interfaces) găng tay liệu (data glove) Thiết bị tương tác với máy tính thông qua thiết bị chuột (SpaceBall), bàn phín,  Các thiết bị đầu (Output devices): gồm thiết bị hiển thị đồ họa (như Kính mắt Shutter Glasses, hình rộng, thiết bị HDM, ) để nhìn đối tượng 3D Thiết bị âm (loa) để nghe âm vòm (như Hi-Fi, Surround, ) Bộ phản hồi cảm giác (Haptic feedback găng tay, ) để tạo xúc giác sờ, nắm đối tượng Bộ phản hồi xung lực (Force Feedback) để tạo lực tác động đạp xe, đường xóc,  Phần mềm (Software) Phần mềm linh hồn Thực ảo hệ thống máy tính đại Về mặt nguyên tắc dùng ngôn ngữ lập trình hay phần mềm đồ họa phải bảo đảm hai công dụng là: Mô hình hóa (modelling) mô (simulation) đối tượng VR Các đối tượng VR mô hình hóa (modelling) tức tạo dựng mô hình nhờ phần mềm hay mô hình hoá từ mô hình 2D thành mô hình 3D nhờ công cụ đặc biệt từ phần mềm như: Maya, 3D Max,… Mô (Simulation) trình “bắt chước” hay mô tả vật tượng, cảnh vật có thực thiên nhiên trí tưởng tượng người Cho đến nay, nhìn chung có xu hướng để thực mô mô hình 3D: - Phương pháp thứ nhất: thể mô hình 3D nhờ ngôn ngữ lập trình Ví dụ như: C, C++, Java3D, OpenGL, VRML, X3D, WorldToolKit, PeopleShop, Cách không đòi hỏi cấu hình mạnh phần cứng, thực dạng mô phức tạp đòi hỏi xác cao Tuy nhiên không nhiều người sử dụng công việc đơn giản, đòi hỏi trình độ lập trình cao, thuật toán phức tạp, nhiều thời gian Do ưa thích lại lựa chọn cho muốn mô xác đối tượng với chất Nó phù hợp với mô có quy mô nhỏ, với việc học tập - Phương pháp thứ hai: sử dụng công cụ mô xây dựng sẵn Cách không đòi hỏi trình độ lập trình cao, không tốn nhiều thời gian thực hiện, phù hợp với mô có tính chất mô hình không yêu cầu độ xác cao Một nhược điểm yêu cầu cấu hình hệ thống mạnh để cài đặt chạy chương trình, kết xuất (Rendering) Một số công cụ mô thông dụng là: 3DsMax, Maya, Autocad, Painter3D, VirtualML, Softimage, Flash,.v.v Đang phổ biến, ưa chuộng công việc làm Game 3D, Web3D, Phim 3D, Tóm lại, hệ mô thiết kế tốt, kết hợp với thiết bị trình chiếu đại thiết bị tương tác ngoại vi giúp người tiếp cận với giới ảo giới thực Việc tạo mô hình đối tượng có độ chân thực sức hấp dẫn hoàn toàn phụ thuộc vào cách ta lựa chọn phương pháp để thể chúng Mỗi phương pháp có ưu điểm nhược điểm riêng, tuỳ vào mức độ quan trọng đối tượng hệ mà ta chọn phương pháp phù hợp để xây dựng 1.1.4 Các lĩnh vực ứng dụng Thực ảo Cũng nhiều ngành công nghệ khác, Thực ảo thực phát triển ứng dụng rộng rãi năm gần nhờ vào phát triển tin học (phần mềm phần cứng) Ngày VR trở thành ngành công nghiệp thị trường VR tăng trưởng hàng năm khoảng 21% dự tính đạt khoảng 3,4 tỷ $ năm 2005 (theo Machover, 2004) Theo dự đoán Gartner (tổ chức nghiên cứu thị trường toàn cầu), VR đứng đầu danh sách 10 công nghệ chiến lược năm 2009 Thị trường VR Mỹ lĩnh vực 10 - Sử dụng khung có sẵn: Thường áp dụng tạo xương người hay xương động vật Đối với đối tượng dạng này, sử dụng khung xương có sẵn giúp việc tạo xương nhanh Có thể thêm đốt xương cho khung, ví dụ thêm xương đuôi cho mô hình động vật chẳng hạn 2.5.2 Đối tượng xương Có thể nói đối tượng không thuộc lớp có xương Tuy nhiên cụ thể đối tượng có biến dạng chuyển động tàu, thuyền, máy bay,… hay đối tượng có biến dạng theo quy luật, ví dụ biến dạng bóng (sự nén giãn) Đối với đối tượng kiểu này, phương pháp tạo chuyển động hiệu tạo chuyển động theo thời điểm chính, tạo chuyển động theo đường cong xác đinh trước, tạo chuyển động không tuyến tính với đoạn 2.6 Hỗ trợ tạo chuyển động áp dụng cho đối tượng có xương Khi đối tượng tổ hợp đối tượng chuyển động, ta xử lý đối tượng đơn giản cách liên kết thành phần chúng thành liên kết phả hệ (Hierarchy linkage) thành chuỗi (chain) Liên kết phả hệ liên kết hai hay nhiều đối tượng, hình thành lên mối quan hệ cha-con, anh-em Nhờ vào liên kết phả hệ mà ta xây dựng lên mối quan hệ phức tạp với nhiều đối tượng Đối tượng cha điều khiển đối tượng cấu trúc, nói cách khác chuyển động cha ảnh hưởng đến tất đối tượng thuộc lớp đối tượng cha lại chịu ảnh hưởng đối tượng khác có cấp bậc cao Một đối tượng đối tượng song lại cha đối tượng khác mối quan hệ thứ bậc Một đối tượng cha có vị trí cao cấu trúc gốc Ngược lại đối tượng có vị trí thấp đóng vai trò 33 Đối với chuỗi liên kết: đối tượng chuyển động ảnh hưởng đến số tất đối tượng khác, làm cho đối tượng bị ảnh hưởng chuyển động theo Thuật ngữ kinematics mô tả vận động chuyển động chuỗi đối tượng chỉnh thể Có hai loại điều khiển: Điều khiển tiến FK (forward kinematics): Ta tác động đến thành phần cao hệ đẳng cấp để tạo chuyển động cho đối tượng Điều khiển ngược IK (inverse kinematics): Tác động đến thành phần thấp hệ đẳng cấp để tạo chuyển động cho chuỗi 2.6.1 Sử dụng điều khiển ngược IK (Inverse kinematics) Thêm IK (inverse kinematics) điều khiển cho vùng điều khiển tương ứng Mỗi IK có hai đầu, đầu giữ vai trò cố định đầu giữ vai trò điều khiển chuyển động Sự xoay khớp xương khác tính toán tự động điều khiển IK(IK solver) IK solver tính toán xoay khớp khoảng gốc đỉnh IK ngược lên theo cấu trúc con-cha, nhánh-gốc khung xương Điều khiển ngược IK thật hữu ích cho mô hình có hai chân, bốn chân cho mô hình máy Hình 2.6 Hình ảnh điều khiển IK thêm cho nhánh xương 34 Khi thêm điều khiển IK việc tạo chuyển động cho đoạn xương cần tác động vào đỉnh IK Thông thường ta phải sử dụng nhiều điều khiển IK để tạo chuyển động cho đối tượng, có ưu tiên điều khiển IK dựa theo cấu trúc thứ tự khung xương Các kỹ thuật tạo chuyển động theo thời điểm chính, chuyển động không tuyến tính với đoạn, chuyển động theo ràng buộc thuộc tính sử dụng Một điều cần ý tạo điều khiển IK, ta cần quan tâm đến hướng IK Hướng IK thể đoạn thẳng hướng từ gốc IK Hướng IK xác định hướng dịch chuyển khớp nối phạm vi IK Để điều khiển hướng IK ta xoay hướng khớp gốc IK Ví dụ chuyển động IK, liên hệ đến hành động xoay tay người Khi ta giơ tay lên, cẳng tay chuyển động theo Mỗi cẳng tay quay quanh khớp nối cổ tay, khuỷ tay bả vai chuyển động xem chuyển động ngược Vị trí cuối bàn tay lại định chuyển động chi lại Hình 2.7 Sử dụng IK để tạo chuyển động cho cánh tay 35 Một phận xử lí IK tạo giải pháp điều khiển ngược làm quay đặt vị trí liên kết chuỗi mắt xích Nó áp dụng điều khiển IK để quản lí thay đổi đối tượng liên kết Ta áp dụng xử lí IK cho hệ đẳng cấp vật thể Mỗi loại xử lý IK có tính (cách xử lí) công việc riêng, điều khiển công cụ riêng đặc biệt xuất hệ đẳng cấp Như xử lí IK làm việc nào? Nhìn chung xử lí IK hoạt động theo cách sau: Một chuỗi mắt xích chuyển động ngược xác định phận hệ đẳng cấp, chạy từ hông tới gót chân, từ vai tới cổ tay nhân vật tạo hoạt cảnh Có bốn xử lí IK sau: [10], [14] 2.6.1.1 HI (History Independent) solver Bộ xử lí HI phương pháp thích hợp cho việc tạo chuyển động nhân vật cho chuyển động IK trình tự dài Với xử lí IK bạn thiết lập nhiều chuỗi hệ đẳng cấp Ví dụ xương chân mô hình người có chuỗi mắt xích từ hông đến mắt cá chân, chuỗi mắt xích từ mắt cá chân đến gót chân chuỗi mắt xích khác từ gót chân đến ngón chân 36 Hình 2.8 Hệ thống xương ứng dụng xử lí HI solver Tính thuật toán bạn điều chỉnh giá trị góc xoay Swivel Angle để điều chỉnh dao động khung xương Một tính quan trọng phép điều khiển HI Solver khả tạo nhiều chuỗi hệ thống để tăng thêm phần điều khiển cục Một ví dụ Cánh tay Bàn tay người Một giải pháp chạy từ vai đến ngón tay để điều khiển toàn 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 máy hoạt ảnh với phần lướt (slide) Nó cho phép ta thiết lập giới hạn khớp nối thứ tự trước sau Bộ xử lí HD hoạt động tốt chu trình hoạt ảnh ngắn Trong chu trình, xử lí sau nhiều thời gian để tính toán giải pháp Nó cho phép ta kết nối hiệu ứng cuối tới đối tượng Nó sử dụng hệ thống tắt dần để xác định tham số khớp nối Nó cho phép trượt giới hạn khớp nối mà kết hợp với hoạt ảnh IK Không giống xử lí HI IK cho phép trượt giới hạn khớp nối sử dụng chuyển động FK 2.6.1.3 IK Limb Solver Bộ xử lí limb IK hoạt động xương chuỗi mắt xích Nó phận phân tích hoạt động nhanh Viewport, sử dụng để tạo hoạt ảnh cho tay chân mô hình người Bộ xử lí limb IK cho trò chơi game 37 Bộ xử lí limb IK sử dụng nhanh ta muốn tạo khung hoạt ảnh Nó sử dụng góc quay để điều chỉnh solver plane đặt vị trí gấp khúc khớp xoay Ta đặt đích góc quay tới vật thể khác để tạo chuyển động cho Bộ xử lí limb IK sử dụng góc thích hợp để xác định hướng xoay, khớp xoay 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 đưa chức bạn sử dụng IK để tạo khoá FK 2.6.1.4 Spline IK Solver Bộ xử lí Spline IK sử dụng chốt để xác định độ cong chuỗi xương đối tượng liên kết Các đỉnh chốt Spline IK gọi nút Giống đỉnh, nút chuyển động để thay đổi độ cong chốt Số lượng khớp nối số lượng xương Điều tạo dễ dàng để việc tạo hoạt ảnh cho cấu trúc xương với khớp nối 38 Hình 2.9 Xác định chốt chuỗi xương Spline IK cung cấp hệ thống hoạt ảnh linh động xử lí IK khác Các nút chuyển động nơi không gian ba chiều, cấu trúc liên kết tạo hình cách phức tạp Một đối tượng trợ giúp đặt tự động nút Spline IK phân bổ Mỗi nút liên kết với phận trợ giúp tương ứng Vì nút dịch chuyển cách dịch chuyển trợ giúp Không giống xử lí HI, hệ thống Spline không 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 hưởng tới chốt trụ cấu trúc 2.6.2 Sử dụng điều khiển tiến FK(Forward kinematics) Ta thao tác đỉnh hệ đẳng cấp để tạo chuyển động cho chuỗi FK có đặc trưng sau:  Cấp bậc liên kết từ cha đến  Kế thừa thay đổi vị trí, xoay co dãn từ cha tới  Khi đối tượng liên kết với nhau, đối tượng trì vị trí, quay co dãn mối quan hệ với đối tượng cha Những thay đổi nhịp nhàng từ trụ cha tới trụ Ta dịch chuyển, xoay co dãn  Đối tượng kế thừa thay đổi cha nó, đối tượng cha lại kế thừa thay đổi từ đối tượng có cấp bậc cao (tổ tiên) Tuy nhiên, với điều khiển FK đối tượng không bị cưỡng ép việc liên kết với đối tượng cha Ta dịch chuyển, xoay co dãn đối tượng độc lập với đối tượng cha Ngược lại với điều khiển ngược IK, điều khiển tiến FK yêu cầu xoay khớp xương tới có vị trí mong muốn cho cảnh 39 Việc phù hợp với chuyển động đơn giản mô hình yêu cầu chuyển động phức tạp dùng FK chậm không phù hợp gây cảm giác không uyển chuyển chán nản, trường hợp FK dùng để hỗ trợ cho IK Hình 2.10 Sử dụng IK để tạo chuyển động cho chân thao tác với bóng 40 Chương CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3.1 Bài toán Với tìm hiểu chung bốn kỹ tạo chuyển động cho đối tượng, đặc biệt em tìm hiểu cách tạo chuyển động dựa mô hình có xương Bài toán xây dựng chương trình mô chuyển động áp dụng cho đối tượng 3D có xương cho người xem nhận biết chuyển động Bài toán mô mô hình người bảo vệ gác cổng cầm đèn để quan sát Để điều khiển tạo chuyển động cho mô hình ta cần thực hiện: - Tạo khung xương cho mô hình - Tạo bề mặt đa giác cho mô hình - Phân tích chuyển động cho cử chỉ, động tác - Tạo chuyển động cho mô hình cho mô hình chuyển động cách uyển chuyển giống với thực tế 3.2 Chương trình thử nghiệm Hệ thống mô thử nghiệm chuyển động cho mô hình có xương thông qua sử dụng ngôn ngữ lập trình Visual C ++, thư viện đồ hoạ OpenSG Trong hệ thống có sử dụng thư viện mã nguồn mở cài [14] Đây giao diện chương trình thử nghiệm mô chuyển động người bảo vệ gác cổng cầm đèn để quan sát Chương trình mô trình chuyển động cho hành động: 41 Hình 3.1 Mô hình người gác Frame Hình 3.2 Mô hình người gác Frame Hình 3.3 Mô hình người gác Frame Hình 3.4 Mô hình người gác Frame 42 Hình 3.5 Mô hình người gác Frame Hình 3.6 Mô hình người gác Frame Hình 3.7 Mô hình người gác Frame Hình 3.8 Mô hình người gác Frame 43 KẾT LUẬN Sau thời gian thực đề tài với nỗ lực, cố gắng thân với hướng dẫn nhiệt tình thầy giáo PGS TS Đỗ Năng Toàn, em thu số kết sau: + Khái quát Thực ảo tạo chuyển động Thực ảo + Trình bày bốn kỹ thuật tạo chuyển động cho đối tượng 3D Qua thấy ưu nhược điểm kỹ thuật lựa chọn kỹ thuật phù hợp với đối tượng cần tạo chuyển động Nhờ ta giải vấn khó khăn lớn thực ảo để tạo chuyển động cho đối tượng linh hoạt, uyển chuyển, chân thực sống động Đặc biệt khóa luận văn sâu vào tìm hiểu cách tạo xương cho đối tượng có xương số điều khiển áp dụng cho đối tượng có xương Từ ta áp dụng điều khiển cho đối tượng có xương cách hợp lí, tạo chuyển động phức tạp + Nghiên cứu công cụ đồ họa chuyên nghiệp như: 3DsMax, Maya, củng cố kỹ lập trình Virtual C++ Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình VRML OpenGL + Đưa chương trình Demo thể kiến thức thu nhận Hướng phát triển khoá luận: Trong tương lai, tác giả mong muốn hoàn thiện vấn đề sau: + Trình bày chi tiết vào việc tìm hiểu mối ràng buộc thuộc tính, đối tượng chuyển động, ràng buộc chuyển động với bề mặt đối tượng Việc tạo mối ràng buộc thuộc tính đối tượng chuyển động khó khăn phức tạp, thực tốt tạo 44 hoạt cảnh chuyển động linh hoạt phức tạp Nếu có điều kiện tương lai không xa em bổ sung phần cho hoàn thiện + Phải nâng cao kỹ phân tích kỹ thuật tạo chuyển động, đảm bảo tính thẩm mỹ chuyên nghiệp chương trình đồ hoạ vi tính Tiến tới tạo kết xuất chương trình lớn đáp ứng yêu cầu tích hợp vào hệ mô chuyển động thương mại + Kết hợp nhuần nhuyễn kỹ thuật tạo chuyển động hiệu ứng Thực ảo Tìm hiểu sâu thêm tính công cụ phát triển từ có kiến thức tổng quát, chuyên sâu, sẵn sàng cho việc phân tích thiết kế hệ Thực ảo có gắn với mô chuyển động,… Mặc dù cố gắng thời gian trình độ có hạn chế định nên luận văn chắn không tránh khỏi khiếm khuyết định Trong tương lai, em cố gắng để hoàn thiện hạn chế, phát triển vấn đề nêu, đặc biệt đưa kết khả quan cho đề tài Rất mong nhận ý kiến đóng góp thầy cô quý vị độc giả để luận văn ngày hoàn thiện Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đỗ Năng Toàn tận tình giúp đỡ em việc hoàn thành khoá luận tốt nghiệp Em xin cảm ơn tới thầy, cô Viện công nghệ thông tin tạo điều kiện tốt để em hoàn thành đề tài này, cảm ơn thầy cô, bạn đồng nghiệp khoa Công nghệ thông tin - ĐHTN bạn học viên lớp cao học khoá - CNTT - ĐHTN động viên, giúp đỡ suốt thời gian qua 45 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] Lưu Triều Nguyên, (2002), Thiết Kế chiều với 3DS Max 4, NXB Lao Động - Xã Hội, Tr 445-494, Tr 589-595 [5] Lưu Triều Nguyên, (2006), Các thủ thuật 3DSMax, NXB Lao Động - Xã Hội, Tr 131-145 [6] Nguyễn Huy Sơn (2006), “Virtual Reality Technologie - Công nghệ Thực ảo ”, http://tusach.thuvienkhoahoc.com [7] Lê Huy Vần (2005), Nghiên cứu phát va chạm ứng dụng, Khoá luận văn tốt nghiệp, ĐH Công nghệ -ĐHQG Hà Nội, Tr 41-50 [8] Đề tài “Ứng dụng công nghệ thực ảo Virtual Reality-VR bảo tàng di sản”, Đề tài trọng điểm cấp Viện KH CN Việt Nam 20042006 Tiếng Anh [9] Applications, Hardware - Virtual Reality; http://vresources.org/ [10] Animation - Keyframe, IK; http://www.autodesk.com/techpubs/aliasstudio/2010/index.html? url=AnimationIKAddIKhandle.htm,topicNumber=d0e213743 46 [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 [16] Learning Mayay - Character Rigging And Animation http://www.learning-maya.com/24-0-character-setup-tutorials.html [17] Leonard McMillan, Julie Dorsey, Robert Jagnow(2001), “Real-Time Simulation of Deformation and Fracture”, The Eurographics Association [18] Martin John Baker (2006), “Physics - Collision in dimensions”, http://www.euclideanspace.com/physics/dynamics/collision/oned/index.h tm [19] Rui Pires, Tiago Rodrigues, José Miguel Salles Dias (2004), "d4md - deformation system for a vehicle simulation game", http://pwp.netcabo.pt/0175938601/d4md [20] The Art of Maya character Animation; http://www.highend3d.com 47 [...]... việc tạo chuyển động là thành phần không thể thiếu trong VR Chuyển động, tương tác giữa các đối tượng sẽ làm cho đối tượng trở lên chân thực và sống động hơn, sẽ đưa người ta vào một thế giới nhân tạo giống như thật Việc thể hiện thành công kỹ thuật tạo chuyển động trong VR sẽ cho phép ta đi sâu vào thế giới ảo để tạo ra những giá trị thật cho cuộc sống con người Nhưng để tạo chuyển động cho đối tượng. .. phải hiểu được đối tượng trong thực tế và sự chuyển động của chúng Có rất nhiều cách tạo chuyển động song có bốn kỹ thuật tạo chuyển động chính như sau: 2.1 Chuyển động theo các thời điểm chính (Keyframe Animation) Đây là kỹ thuật phổ biến nhất, chuyển động của đối tượng sẽ được thiết lập bằng cách sử dụng các thao tác dịch chuyển, xoay tại một số thời điểm nhất định Chuyển động của đối tượng sẽ được sẽ... trường ảo Không - Thấp Trung bình Cao Trung bình - Cao 1.2 Chuyển động trong Thực tại ảo 22 Hình ảnh 3D trong Thực tại ảo ngày càng có nhiều ứng dụng trong thực tế Việc tạo ra các mô hình 3D với các chuyển động gắn với nó là một đòi hỏi tất yếu Trong lĩnh vực thể hiện hình ảnh 3D trong VR có hai khâu quan trọng là tạo mô hình và điều khiển mô hình 1.2.1 Vai trò của việc tạo chuyển động Có thể nói việc tạo. .. vi động vật như rôbốt, phương tiện vận chuyển, …  Tạo xương cho đối tượng Để có thể điều khiển và tạo được chuyển động cho mô hình với các đối tượng có xương ta cần tạo xương cho đối tượng Có hai phương pháp tạo xương cho đối tượng đó là sử dụng các khớp nối và sử dụng khung có sẵn: - Sử dụng các khớp nối: Sử dụng các khớp nối có thể tạo xương cho bất kì đối tượng nào Nghĩa là việc hỗ trợ tạo xương cho. .. chuyển động, tương tác của đối tượng với các đối tượng khác, môi trường xung quanh Mô hình sẽ trở lên chân thực và sống động nếu không sự có chuyển động và tương tác Vậy làm thế nào để có thể tạo chuyển động cho đối tượng được linh hoạt, uyển chuyển, để nó có thể thể hiện được hành vi, trạng thái của đối tượng trong thế giới thực không hề đơn giản Việc này đòi hỏi người tạo chuyển động phải hiểu được đối. .. đối tượng kiểu này, phương pháp tạo chuyển động hiệu quả nhất là tạo chuyển động theo các thời điểm chính, tạo chuyển động theo đường cong xác đinh trước, hoặc tạo chuyển động không tuyến tính với đoạn 2.6 Hỗ trợ tạo chuyển động áp dụng cho đối tượng có xương Khi một đối tượng hoặc một tổ hợp các đối tượng chuyển động, ta có thể xử lý đối tượng đơn giản hơn bằng cách liên kết các thành phần của chúng... khung của một đối tượng, phần giữ cấu trúc và gây ra điều khiển chuyển động cho đối tượng Một cách cụ thể xương ở đây được hiểu theo nghĩa thông thường, ví dụ như xương người, xương động vật,… Hình 2.4 Tạo xương cho khủng long 30  Lớp đối tượng có xương Lớp đối tượng có xương bao gồm động vật và một phần đối tượng phi động vật có thể hiện hành vi động vật, hành vi sống Đối tượng phi động vật có biểu... định trong thời gian qua đó đối tượng chuyển động đi qua [1], [13], [15], [18] 2.2 Chuyển động theo đường cong xác định trước (Path Animation) Kỹ thuật này cho phép một hay nhiều đối tượng chuyển động theo một đường cong đã được xác định trước trong không gian Theo phương pháp này một đường cong sẽ được vẽ ra, sau đó đối tượng sẽ được khoá với đường cong và chuyển động trên nó Hình 2.2 Mô tả chuyển động. .. trong thế giới thực không hề đơn giản 1.2.2 Cơ sở lý thuyết của tạo chuyển động Cơ sở lý thuyết của việc tạo chuyển động chính là các đặc tính của nó trong VR Trong điều khiển mô hình thì tạo chuyển động cho đối tượng là quan trọng Chất lượng hệ thống phụ thuộc nhiều vào quá trình điều khiển do phải đảm bảo những đặc tính trong VR Dưới đây giới thiệu ba đặc tính chính của VR để tạo cơ sở cho việc tạo. .. bị ảnh hưởng chuyển động theo Thuật ngữ kinematics mô tả sự vận động hoặc chuyển động của một chuỗi đối tượng trong một chỉnh thể Có hai loại điều khiển: Điều khiển tiến FK (forward kinematics): Ta tác động đến thành phần cao nhất của hệ đẳng cấp để tạo chuyển động cho đối tượng Điều khiển ngược IK (inverse kinematics): Tác động đến thành phần thấp nhất của hệ đẳng cấp để tạo chuyển động cho cả chuỗi ... 2: Một số kỹ thuật tạo chuyển động cho đối tượng 3D Trong chương này, em xin giới thiệu bốn kỹ thuật tạo chuyển động cho đối tượng Đó tạo chuyển động theo thời điểm chính, tạo chuyển động theo... chuyển động áp dụng cho đối tượng có xương Chương 3: Chương trình thử nghiệm Chương mô chuyển động cho đối tượng có xương Chương KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ TẠO CHUYỂN ĐỘNG TRONG THỰC TẠI ẢO 1.1... Tương tác - Đắm chìm - Tưởng tượng 25 Chương MỘT SỐ KỸ THUẬT TẠO CHUYỂN ĐỘNG CHO ĐỐI TƯỢNG 3D Việc tạo hoạt cảnh cho mô hình tạo chuyển động, tương tác đối tượng với đối tượng khác, môi trường xung