Bài giảng môn đồ họa và hiện thực ảo bài 1 kỹ thuật đồ họa và hiện thực ảo (computer graphics and virtual reality)

Khoa CNTT - ĐHBK Hà nội Email: hunglt@it-hut.edu.vn Tel: 0913030731 A Brief History of Computer Graphics Lesson 1: Kỹ thuật đồ họa Hiện thực ảo Computer Graphics And Virtual Reality z Kỹ Thuật đồ họa sở z Kỹ Thuật đồ họa tiên tiến Hiện thực ảo - VRML z 1885 - CRT (Cathode Ray Tube) 1887 - Edison patents motion picture camera 1888 - Edison and Dickson record motion picture photos on a wax cylinder Le Tan Hung hunglt@it-hut.edu.vn A Brief History of Computer Graphics Computer Graphics: 1960-1970 1926 – J.L Baird invents the television z 1960 William Fetter (Thuật ngữ kỹ thuật đồ hoạ máy tính (Computer Graphics) z 1960 - SAGE (Semi-Automatic Ground Environment System) Bút sáng 1960-1963 Dự án Sketchpad MIT 1963 Ivan shutherland (hội nghị Fall Joint Computer - lần khả tạo mới, hiển thị thay đổi thực thời gian thực CRT) Wireframe graphics Display Processors Storage tube z z 30 line vertical, black and red scan z z z Ivan Sutherland’s PhD thesis at MIT – – Vấn đề tương tác người máy Loop z z z – Display something User moves light pen Computer generates new display Sutherland tạo nhiều thuật toán cho CG A Brief History of Computer Graphics A Brief History of Computer Graphics 1963 z z z 1966 Ralph Baer creates the 1st comsumer CG product: z 1967 IBM creates the 360 models – z One of the First General Purpose Mainframes – SRI develops the mouse – Odyssey Pinball GE introduces first full colour real time flight simulator for NASA Khoa CNTT - ĐHBK Hà nội Email: hunglt@it-hut.edu.vn Tel: 0913030731 A Brief History of Computer Graphics Lịch sử phát triển 1970-1980 z CG:1970-1980 z Raster Graphics Beginning of graphics standards z 1973 z GKS: European effort z Core: North American effort – – Becomes ISO 2D standard 3D but fails to become ISO standard Michael Crichton’s “Westworld” uses 2D graphics z First time computer is used for image manipulation Featured scenes that showed audiences the world viewed by the eye circuitry of a synthetic human (played by a very real Yul Brenner) in a future Western theme park This effect was achieved with 2D computer graphics tools mostly derived from image processing techniques z IFIPS – z A Brief History of Computer Graphics A Brief History of Computer Graphics z 1974 z Intel develop the 8080 processor z 1975 z Mandelbrot plots fractals z Bill Gates starts Microsoft 1976 z Steve Jobs and Steve Wozniak start Apple z z 1977 Star Wars wins oscar for special effects 1978 Superman wins oscar for special effects 1979 Alien wins oscar for visual effects 1980 The Empire Strikes Back wins oscar for visual effects 1977 z Academy of Motion Pictures Art and Sciences introduces Visual Effects category for Oscars 10 A Brief History of Computer Graphics 80-90 z CG: 1980-1990 – z z – 11 VLSI implementation of graphics pipeline Industry-based standards z – chip) Silicon Graphics geometry engine – – 1981 IBM introduces the first IBM PC (16 bit 8088 Special purpose hardware PHIGS RenderMan • Raiders of the Lost Ark wins an oscar for visual effects Networked graphics: X Window System Human-Computer Interface (HCI) 12 Khoa CNTT - ĐHBK Hà nội Email: hunglt@it-hut.edu.vn Tel: 0913030731 A Brief History of Computer Graphics A Brief History of Computer Graphics 1982 1983 z The Genesis Effect (ILM) for Startrek II is the first all computer animated visual effects shot for film 13 z 1984 PIXAR Opens z CGraphics: 2000-03 Photorealism Graphics cards for PCs dominate market 14 A Brief History of Computer Graphics Lịch sử phát triển 90-00 1985 z z The Last Starfighter is the first live action feature film with realistic computer animation of highly detailed models z z z 1989 z The Abyss is the first movie to include convincing 3D character animation CGraphics: 1990-2000 OpenGL API Tạo phim hoạt hình hồn chỉnh (Toy Story) Khả phần cứng – – – 15 Texture mapping Blending Accumulation, stencil buffer z z – z z Nvidia, ATI, 3DLabs Game boxes and game players push the market CGraphics trở thành công cụ cho công nghiệp sản xuất phim: Maya, Lightwave 16 A Brief History of Computer Graphics A Brief History of Computer Graphics 1995 1996 z Quake Released by Id Software z Toy Story becomes the first fully 3D computer animation feature film z Independence Day wins oscar for visual effects 1997 z z 17 z First Coke Polar Bears Commercial Titanic wins oscar for visual effects PIXAR wins oscar for best short film: Geri’s Game 18 Khoa CNTT - ĐHBK Hà nội Email: hunglt@it-hut.edu.vn Tel: 0913030731 A Brief History of Computer Graphics A Brief History of Computer Graphics 1998 z z z 2000 Armageddon Mouse Hunt Bugs Life 2002 Microsoft’s XBOX Sony Playstation II Walking with Dinosaurs Disney’s Shrek z z z 1999 z z z The Matrix Star Wars: The Phantom Menace Disney’s Tarzan 19 20 Kỹ thuật đồ hoạ điểm (Sample based-Graphics) Kỹ thuật đồ họa vi tính z Definition (ISO) – Method and Technologies for converting data to and from a graphics devices via a computer z Computer Graphics (Kỹ thuật đồ hoạ máy tính) lĩnh vực Cơng nghệ thơng tin mà nghiên cứu, xây dựng tập hợp công cụ (mơ hình lý thuyết phần mềm) khác để: z z z Các mơ hình, hình ảnh đối tượng hiển thị thông qua pixel (từng mẫu rời rạc) z Đặc điểm: – – kiến tạo, lưu trữ, xử lý Các mơ hình (model) hình ảnh (image) đối tượng – Computer graphics deals with all aspects of creating images with a computer – – Interactive Computer Graphics: - user controls contents, structure, and appearance of objects and their displayed images via rapid visual feedback 21 Có thể thay đổi thuộc tính Xố pixel mơ hình hình ảnh đối tượng Các mơ 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) Tập hợp tất pixel grid cho mơ hình, hình ảnh đối tượng mà muốn hiển thị 22 Bitmap Kỹ thuật đồ hoạ vector Pascal / C program z SRGP library positions lines,areas, graphics algorithms colour Graphical Model Rendering Parameters z z X Window System Graphics hardware z Rendering Image Mơ hình hình học (geometrical model) cho mơ hình hình ảnh đối tượng Xác định thuộc tính mơ hình hình học này, Q trình tơ trát (rendering) để hiển thị điểm mơ hình, hình ảnh thực đối tượng Vector = geometrical model + rendering image formats, compression, transfer 23 24 Output Device Khoa CNTT - ĐHBK Hà nội Email: hunglt@it-hut.edu.vn Tel: 0913030731 Ví dụ hình ảnh đồ hoạ Vector Wireframe Model Skeletal Model Muscle Model © Walt Disney and TSL 25 Raster – z CAD/CAM System Hình ảnh mơ hình vật thể biểu diễn tập hợp điểm grid – Thay đổi thuộc tính pixel => thay đổi phần vùng hình ảnh – Copy pixel từ hình ảnh sang hình ảnh khác Kiến tạo đồ hoạ Khụng thay i thuc tớnh điểm trực tiếp – Xử lý với thành phần hình học sở thực q trình tơ trát hiển thị lại Kü thuật đồ hoạ nghệ thuật Xử lý ảnh Xử lý ®å ho¹ Quan sát hình ảnh mơ hình hình ảnh vật nhiều góc độ khác cách thay đổi điểm nhìn góc nhìn 27 Đồ hoạ minh hoạ Đồ hoạ hoạt hình Vector Kỹ thuật nhận dạng Kỹ thuật phân tích tạo ảnh 28 Phõn loi theo chc nng Phõn loi theo h to Kỹ thuật đồ hoạ chiều Kỹ thuật đồ hoạ z K thut x lý ảnh (COMPUTER IMAGING) z Kỹ thuật nhận dạng (Computer Vision techniques Kỹ thuật đồ hoạ ba chiều 29 Render and Touch up Phân loại lĩnh vực Computer Graphics Raster and Vector Graphics z Hair Skin 26 attempt to provide meaning to computer) images Kỹ thuật đồ hoạ hai chiều: kỹ thuật đồ hoạ máy tính sử dụng hệ toạ độ hai chiều (hệ toạ độ phẳng), sử dụng nhiều kỹ thuật xử lý đồ, đồ thị Kỹ thuật đồ hoạ ba chiều: kỹ thuật đồ hoạ máy tính sử dụng hệ toạ độ ba chiều, đòi hỏi nhiều tính tốn phức tạp nhiều so với kỹ thuật đồ hoạ hai chiều z Kỹ thuật tổng hợp ảnh (Computer Graphics) z Geometry modelling 30 Khoa CNTT - ĐHBK Hà nội Email: hunglt@it-hut.edu.vn Tel: 0913030731 Các ứng dụng tiêu biểu kỹ thuật đồ họa z z z z z z z Xây dựng giao diện người dùng (User Interface) Tạo biểu đồ thương mại, khoa học, kỹ thuật, minh họa Tự động hố văn phòng chế điện tử Thiết kế với trợ giúp máy tính (CAD_CAM) Lĩnh vực giải trí, nghệ thuật mơ Điều khiển q trình sản xuất (Process Control) Lĩnh vực đồ (Cartography) GIS 31 32 Square: Final Fantasy 33 34 Computer Aided Design (CAD) 35 Pixar: Monster’s Inc CAD-CAM application 36 Khoa CNTT - ĐHBK Hà nội Email: hunglt@it-hut.edu.vn Tel: 0913030731 Mơ hình Hệ đồ họa ƒ ƒ ƒ 37 38 Hệ thống đồ hoạ (Graphics System) Mơ hình hệ thống đồ họa Core, GKS, GKS-3D CGI (device interface) CGM (metafile) PHIGS (3D and realtime) X-window PHIGS+ (PEX) IGES OpenGL DirectX z z Application program z Graphics system Operating system z Input and output devices Graphics hardware Metafiles 39 Interface between application software and graphics hardware system Consists of input subroutines and output subroutines accepting input data or commands from a user and converting internal representations into external pictures on screen, respectively Phần mềm đồ hoạ hệ thống: – Là tập hợp lệnh đồ hoạ hệ thống (graphics output commands), – Thực cơng việc hiển thị (what object) chúng hiển thị (how) – Phần mềm đồ hoạ hệ thống phần mềm xây dựng sở thể loại phần cứng định phụ thuộc vào phần cứng Phần cứng đồ hoạ: – Là tập hợp thiết bị điện tử (CPU, nhớ hình) giúp cho việc thực phần mềm đồ hoạ 40 Thành phần chức kỹ thuật đồ hoạ MODELING ( to describe) to the computer what is a table, a car, • •• Geometric Engine concerned with: - modeling - modeling transf - color models - material property - lighting property RENDERING (to capture) the description create 2D image from 2D / 3D models Rendering Engine concerned with : - viewing & projection - drawing & clipping primitives - local illumination & shading - texture mapping 3D Graphics Over World Wide Web Animation GUI 41 Mơ hình hệ thống Mơ hình chức Các chuẩn hệ đồ hoạ Drawing packages Pascal / C program DISPLAYING (to show) the image generate image on screen transformation of objects SRGP library positions lines,areas, VRML 3D Graphics WWW projections lighting,shading graphics algorithms colour Raster & Display Engine concerned with: - hardware - how to display (rasterization) X Window System WWW 42 Image Video Graphics hardware image formats, compression, transfer ... computer) images Kỹ thuật đồ hoạ hai chiều: kỹ thuật đồ hoạ máy tính sử dụng hệ toạ độ hai chiều (hệ toạ độ phẳng), sử dụng nhiều kỹ thuật xử lý đồ, đồ thị Kỹ thuật đồ hoạ ba chiều: kỹ thuật đồ hoạ máy... 27 Đồ hoạ minh hoạ Đồ hoạ hoạt hình Vector Kỹ thuật nhận dạng Kỹ thuật phân tích tạo ảnh 28 Phõn loi theo chc nng Phõn loi theo h to Kỹ thuật đồ hoạ chiều Kỹ thuật đồ hoạ z K thut x lý nh (COMPUTER. .. Shrek z z z 19 99 z z z The Matrix Star Wars: The Phantom Menace Disney’s Tarzan 19 20 Kỹ thuật đồ hoạ điểm (Sample based -Graphics) Kỹ thuật đồ họa vi tính z Definition (ISO) – Method and Technologies