Tìm hiểu một số kỹ thuật tạo mô hình 3 chiều và xây dựng ứng dụng

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THƠNG TIN NGUYỄN THỊ HÀ TÌM HIỂU MỘT SỐ KỸ THUẬT TẠO MƠ HÌNH CHIỀU VÀ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Khoa học máy tính HÀ NỘI, 2019 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGUYỄN THỊ HÀ TÌM HIỂU MỘT SỐ KỸ THUẬT TẠO MƠ HÌNH CHIỀU VÀ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG KHỐ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Chuyên ngành: Khoa học máy tính Người hướng dẫn Nguyễn Thị Quyên HÀ NỘI, 2019 LỜI CẢM ƠN Để hồn thành khóa luận này, trước hết em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới Th.s Nguyễn Thị Quyên tận tình hướng dẫn, bảo, định hướng, đóng góp ý kiến quý báu cho em suốt trình thực Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô giáo viện công nghệ Thông tin, trường Đại học Sư phạm Hà Nội quan tâm giảng dạy giúp đỡ em suốt bốn năm học vừa qua thời gian em làm khóa luận Là sinh viên viện Công nghệ Thông tin, em tự hào viện mình, thầy giáo Em xin kính chúc thầy, mạnh khỏe, hạnh phúc thành công Chúc viện Công nghệ thông tin ngày khang trang, vững mạnh, góp phần to lớn nghiệp đào tạo chuyên nghiệp trường Đại học Sư phạm Hà Nội Lần đầu nghiên cứu khoa học, chắn đề tài em khơng tránh khỏi thiếu sót, hạn chế Vì vậy, em mong đóng góp ý kiến thầy cô giáo bạn để đề tài em hoàn thiện Hà Nội, ngày 16 tháng năm2019 Sinh viên Nguyễn Thị Hà LỜI CAM ĐOAN Trong q trình hồn thành luận văn, tơi tìm hiểu, nghiên cứu, tổng hợp nhiều nguồn tài liệu khác nhau, đạo, giúp đỡ giáo viên hướng dẫn, kết đề tài sản phẩm lao động cá nhân Các nguồn tài liệu sử dụng trích dẫn rõ ràng Nội dung luận văn chưa công bố hay xuất hình thức khơng chép từ cơng trình nghiên cứu Tất phần ứng dụng tự thiết kế xây dựng hướng dẫn giáo viên hướng dẫn, có sử dụng số thư viện chuẩn thuật toán tác giả xuất công khai miễn phí Internet Tơi xin cam đoan điều hoàn toàn Hà Nội, ngày 16 tháng năm2019 Sinh viên Nguyễn Thị Hà DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu/ Viết đầy đủ Ý nghĩa Chữ viết tắt VR Virtual Reality Thực ảo 3D Dimentional Chiều UE4 Unreal Engine Phần mềm trung gian NURBS Non-uniform rational B-spline HMD Non-uniform rational B-spline Mơ hình tốn học Mũ đội hiển thị MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1 Liên kết đặc tính Hình 1.2: Ứng dụng VR cần thiết lĩnh vực giáo dục 11 Hình 1.3: Ứng dụng HumanSim giúp mơ ca điều trị thực tế 12 Hình 2.1: Autocad 2015 … 14 Hình 2.2: Autodesk 3Ds Max 15 Hình 2.3 Autodesk Maya 17 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI CAM ĐOAN MỤC LỤC HÌNH ẢNH MỤC LỤC MỞ ĐẦU Chương .4 KHÁI QUÁT VỀ MÔ PHỎNG VÀ THỰC TẠI ẢO 1.1 Khái quát mô 1.1.1 Mơ gì? 1.1.2 Mục đích mơ 1.1.3 Ưu, nhược điểm mô 1.2 Khái quát thực ảo 1.2.1 Thực ảo gì? 1.2.2 Đặc điểm hệ thống thực ảo 1.2.3 Một số loại hệ thống thực ảo 1.2.4 Các thành phần hệ thống thực ảo 10 1.2.5 Một số ứng dụng thực ảo 12 Chương 14 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG MÔ PHỎNG CẤU TRÚC 3D 14 2.1 Công cụ xây dựng mơ hình hóa 3D 14 2.1.1 AutoCad 14 2.1.2 Autodesk 3Ds Max 15 2.1.3 Autodesk Maya 16 2.2 Các kỹ thuật dựng hình 17 2.2.1 Kỹ thuật dựng hình Polygon (lưới) 17 2.2.2 Kỹ thuật dựng hình với Cross Section 30 2.2.3 Chia nhỏ bề mặt 32 2.2.4 Hai hướng tạo mơ hình 34 2.3 Kỹ thuật tạo kết xuất 35 2.3.1 Nhập file FBX 35 2.3.2 Vật liệu UE4 37 2.3.3 Ánh sáng UE4 38 Chương 40 CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 40 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 46 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Công nghệ thực ảo thuật ngữ xuất khoảng thập kỷ 90, thực phát triển mạnh vòng năm trở lại Cơng nghệ thực ảo nhiều doanh nghiệp nhà phát triển ứng dụng quan tâm, bước đưa vào sống VR tạo môi trường giả lập với hình ảnh người chủ động thiết kế, hiển thị hình máy tính thơng qua kính thực ảo, nhằm đem lại trải nghiệm thực tế cho người xem Thế giới ảo VR không cố định, mà tương tác theo ý muốn người sử dụng Nói cách khác, VR đặt người bên không gian giả lập mang lại trải nghiệm đời thực Khi muốn hiểu tồn cơng nghệ phải nắm phương pháp thể hay mô đối tượng môi trường thực ảo Hiện nay, VR trở thành công nghệ mũi nhọn nhờ khả ứng dụng rộng rãi lĩnh vực giáo dục, giải trí, dịch vụ tới y tế, quân sự, kiến trúc… thay đổi cách người tiếp cận tương tác không gian Một lĩnh vực hưởng lợi sử dụng nhiều cơng nghệ bất động sản.Trong giao dịch bất động sản nay, vấn đề lớn người mua phải tiếp cận hộ, nhà để xem xét, đánh giá thực tế Điều đòi hỏi nhiều thời gian cơng sức (di chuyển, bố trí cơng việc…) bên Mặt khác, cách tiếp cận qua hình ảnh video thơng thường thiếu chân thực có nhiều sai lệch, khơng đảm bảo đủ xác để người mua định VR giải vấn đề Khi ứng dụng VR, nhà phát triển tạo khơng gian 3D ảo hồn chỉnh bất động sản Những liệu xây dựng lấy từ thông số kỹ thuật, thiết kế chủ đầu tư người bán, đảm bảo mức độ xác cao, sát với thực tế Mặt khác với lợi tách đôi không gian thực/ảo, mang người dùng đến khung cảnh mới, chủ đầu tư bất động sản thơng qua VR Nhâp file FBX chi viêc rê va keo file FBX vao content browser, đê măc đinh option cung đươc bo chon “combine meshes” Cac option ban cần lưu y: - Generate Lightmap Uvs: Trong UE4 cung co tinh tư unwrap lightmapcho ban - Auto generate collision UE4 se tư bo theo đung kich thươc cua vât thê - Importing materials: Nếu chon thi UE se import tư đông chi cac map diffuse cua file FBX vao, cac khối se đươc ốp map đo để dê nhân diên Theo kinh nghiêm thi viêc tao material UE khac vơi 3ds Max nên không cần chon option - Combine Meshes: Nếu import luc nhiều file FBX, UE se nhâp tất ca cac khối lai theo pivot măc đinh cua khối Kha thich hơp vơi phần đơn gian vơi it vât liêu ghế, ban, đối vơi cac mesh phưc tap công trinh thi nên bo chon option Bươc kế, rê va tha cac mesh content browser vao view Cac phần đươc thêm vao se đươc lam nôi bât bên tab outliner goc bên phai, co thê chinh cac thông số tab details bêndươi Ban chu y thông số location, Max ta đăt goc pivot về 0,0,0, qua UE4 thi vi tri đươc đăt se tai toa đô đo Đây la cach ta import va đăt cac phần kiến truc vao đung vi tri ma không phai thao tac nhiều 2.3.2 Vật liệu UE4 Có bước tạo vật liệu: - Bước 1: Kiếm map vât liêu Cach đơn gian nhất la google hinh anh va loc hinh anh co đô phân giai cao (Gơi y thêm “seamless texture” đê co dê tim đươc hinh anh tốt hơn) Cac hinh nên co kich thươc la cấp số nhân cua 2, 512x512, 1024x1024, 2048x2048, hay4096x4096.Nếu không đung kich thươc trên, ban co thê dung photopshop hay cac công cu chinh anh đê co kich thươc mong ḿn Ví dụ: - Bước 2: Tao qua cac map khac dưa vao map gốc săn co - Bước 3: Sau tao map xong, đưa chung vao content browser rồi bắt đầu tao vât liêu ban Nối cac map vao thông số tương ưng (diffuse vao base colour, normal vao normal, specular vao specular,reflection vao roughness, ) Unreal Engine sử dụng mơ hình đổ bóng dựa vật lý Điều có nghĩa thay xác định Vật liệu cách sử dụng thuộc tính tùy ý (như Màu khuếch tán Sức mạnh đặc biệt), thay vào đó, bạn sử dụng thuộc tính dễ dàng liên quan đến giới thực Chúng bao gồm Màu bản, Kim loại, Đặc trưng Độ nhám 2.3.3 Ánh sáng UE4 Xong hoan import va vât liêu, ban bắt đầu lam quen vơi anh sang - Keo va tha directional light tab modes vao view Điều chỉnh thông số Nhưng thông số đa điều chinh se co dấu mui tên vang Sau đa set anh sang xong, ta “render” bằng cach nhấn nut build Sau build xong, ban đến phần chinh sưa hâu ki, UE4 la chưc post process volumes (tab Modes/Place/Visual) Keo va tha khối đo vao view, chinh kich thươc cho khối bao lấy canh cần thấy rồi điều chinh thông số Chương CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3.1 Bài tốn Ngày nay, công nghệ thực ảo công nghệ đại dẫn đầu để giải tốn mơ Trên giới phát triển ứng dụng thực ảo từ sớm nhiều lĩnh vực giáo dục, giải trí, kiến trúc, y học, … Ở Việt Nam, công nghệ thực ảo có nhiều ứng dụng tích cực, nhiều tốn mơ triển khai tốn mơ lại dự án bất động sản Trong giao dịch bất động sản nay, vấn đề lớn người mua phải tiếp cận hộ, nhà để xem xét, đánh giá thực tế Điều đòi hỏi họ phải nhiều thời gian công sức bên Mặt khác, cách tiếp cận qua hình ảnh video thơng thường thiếu tính chân thực có nhiều sai lệch, khơng đảm bảo đủ xác để người mua định Một phần nhu cầu người hay thay đổi nhanh chóng, họ cần có nhìn trực tiếp, xác mà họ mong muốn có khơng gian sống Cùng với lợi tách đôi không gian thực/ảo, mang người dùng đến khung cảnh mới, chủ đầu tư bất động sản thơng qua VR cung cấp cho người mua nhà hình ảnh trải nghiệm tương lai trường hợp dự án chưa hoàn tất khách hàng muốn xem Để củng cố cho phần lý thuyết nghiên cứu chương 2, Em chọn số kỹ thuật để thực việc mô Với khoảng thời gian hạn chế, khuôn khổ luận văn em tiến hành việc mơ “ phòng ngủ nội thất bên rèm, giường, bàn ghế, gương, đèn ” Bài tốn đặt xây dựng phòng ngủ theo tiêp cận 3d, cụ thể nhìn, lại (tương tác) mơ hình Về ngun tắc, mơ bao gồm hai cơng việc sau: • Xây dựng mơ hình mơ • Điều khiển mơ hình phần mềm UE4 Với tốn mơ Phòng ngủ, u cầu tốn sau: - Dùng 3DS Max để tạo mơ hình “Phòng ngủ vật phòng ngủ” - Dùng cơng cụ UE4 để thực tạo vật liệu, ánh sáng điều khiển mơ hình 3D - Hiển thị tương tác với mơ hình Cụ thể bước thực sau: Bước 1: Dựng mơ hình thơ Để thiết kế phòng ngủ, việc em thiết kế đồ vật phòng ngủ Sau đó, dựa vào diện tích phòng ngủ mà em đưa đồ vật vào vị trí cho phù hợp Đầu tiên, em dựng khung hình giường ngủ 3dsmax Em sử dụng khối hình chữ nhật Sử dụng thao tác xoay, co giãn, phân chia lắp ghép bề mặt, di chuyển để tạo khung giường Hình 3.1: Khung giường chưa phủ vật liệu Tiếp theo, em xây dựng rèm cửa phòng Để tạo rèm cửa trước tiên em vẽ đường ziczac Sau đó, em chọn cấp chỉnh điểm vertex để bao chọn điểm Chọn lệnh loft để tạo mặt dùng line để làm biến dạng mặt cắt Lúc ta thay đổi độ dài đường line kích thước hình thay đổi theo Tương tự vậy, em dựng hình ghế bên cạnh giường ngủ Em chọn khối hộp hình chữ nhật để làm chân nhân thành để làm chân bàn Em tiếp tục vẽ khối hộp hình chữ nhật làm mặt bàn Em chọn kích thước chân bàn mặt bàn cho phù hợp sau tiến hành di chuyển, lắp ghép bề mặt thành ghế hoàn chỉnh Tiếp theo, em tiến hành dựng hình gối giường ngủ Bước đầu em vẽ mặt phẳng hình chữ nhật Chọn break để tách điểm, sau chọn cloth cho đối tượng, sau chọn vật liệu cotton Để gối phồng lên em chọn simulate local (damped), cuối em chọn vertex để hàn điểm cho khít lại hồn thành gối Các đối tượng lại em thiết kế tương tự đặt vào vị trí phù hợp Hình 3.2 Hình ảnh phòng ngủ chụp góc quan sát khác Phòng ngủ nhìn từ bên ngồi xây dựng 3dsmax Hình 3.3 Phòng ngủ nhìn từ bên 3dsmax Bước 2: Rendering Nếu phần dựng hình tạo lớp khung vững phần render thêm phần vỏ bọc bên ngồi (hay gọi lớp áo) cho vật thể Để tạo màu sắc ánh sáng em sử dụng phần mềm UE4 để tạo vật liệu, ánh sáng…cho vật thể sống động dễ nhìn 3.2 Chương trình thử nghiệm Hệ thống mơ thử nghiệm phòng ngủ đồ vật bên phòng ngủ thơng qua sử dụng phần mềm 3dsmax 2018 UE4 Chương trình có số chức chính: dùng chuột để xoay dừng xoay mơ hình, cho phép quan sát mơ hình góc nhìn khác Ngồi ra, chương trình thay đổi vật liệu (màu sắc) phòng đổi chuyển sang UE4 Sau chuyển sang phần mềm UE4 để tạo vật liệu cho vật thể em hồn thành việc thiết kế phòng ngủ với màu sắc bắt mắt, làm hình ảnh chân thực sống động Sau số kết thu mơ phòng ngủ Hình 3.5.Mơ hình giường ngủ Hình ảnh nhìn từ bên sau thêm vật liệu Hình 3.8 Hình ảnh nhìn từ bên thêm vật liệu Phòng ngủ chụp từ góc khác phòng Hình 3.6 Mơ hình phòng ngủ góc quan sát khác 45 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Kết luận 46 Sau thời gian thực em thu số kết sau: - Tìm hiểu khái quát VR, công nghệ mô ứng dụng - Tìm hiểu nghiên cứu số kỹ thuật tạo mơ hình chiều phần mềm tạo mơ hình 3D thơng dụng 3DS Max - Sử dụng kỹ thuật tạo mơ hình em tạo mơ hình phòng ngủ cài đặt mơ khơng gian chiều phòng ngủ - Tìm hiểu UE4 Đây lĩnh vực em, luận văn em xây dựng chương trình thử nghiệm mơ phòng ngủ, em nhìn di chuyển, tương tác phòng Hướng phát triển khoá luận Với kết nghiên cứu bước đầu tiền đề cho nghiên cứu em điều kiện thời gian cho phép Trong tương lai, em mong muốn hồn thiện vấn đề sau: - Mơ hình em xây dựng chưa thay đổi, di chuyển đồ vật nội thất theo yêu cầu Nếu có điều kiện tương lai không xa em bổ sung phần cho hoàn thiện Mặc dù cố gắng thời gian trình độ có hạn chế định nên luận văn chắn không tránh khỏi khiếm khuyết Trong tương lai, em cố gắng để hoàn thiện hạn chế, phát triển vấn đề nêu Rất mong nhận ý kiến đóng góp thầy quý vị độc giả để luận văn ngày hoàn thiện Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn Ths.Nguyễn Thị Quyên tận tình giúp đỡ em việc hồn thành khố luận tốt nghiệp Em xin cảm ơn tới thầy, cô Trường Đại học sư phạm Hà Nội tạo điều kiện 47 tốt để em hồn thành đề tài này, bạn sinh viên Viện Công nghệ thông tin - ĐHSP Hà Nội động viên, giúp đỡ em suốt thời gian qua TÀI LIỆU THAM KHẢO http://share3dvn.blogspot.com/2009/11/tong-quan-ve-mo-phong-va-thuctai-ao.html http://idc.edu.vn/tin-tuc-chuyen-nganh/3d-max-la-gi-va-ung-dung-cua-3dmax.html http://repository.vnu.edu.vn/bitstream/VNU_123/8206/1/00050002609.pd f https://tuhoclaptrinh.cachhoc.net/2017/02/25/bai-2-gioi-thieu-do-hoamay-tinh/ http://kkhouse.com.vn/giao-trinh-hoc-3d-max.html/ Giáo trình sketchup + vray (KTS-GV: Phan Thức) Tự học 3dsmax nhà (Biên soạn :Phạm Thọ Hòa ) ... - Tìm hiểu khái quát VR, công nghệ mô ứng dụng - Tìm hiểu số kỹ thuật tạo mơ hình chiều cơng cụ dựng hình 3dsmax - Tìm hiểu kỹ thuật rendering UE4 - Sử dụng kỹ thuật tạo mơ hình em tạo mơ hình. .. kỹ thuật xây dựng mô hình 3D sở phần mềm tạo mơ hình chiều thơng dụng 3DS Max, kỹ thuật tạo mơ hình (modelling), kỹ thuật kết xuất (rendering) Trong đó, luận văn tập trung tìm hiểu kĩ thuật tạo. .. bóng 3D Hình 2 .3 Autodesk Maya 2.2 Các kỹ thuật dựng hình 2.2.1 Kỹ thuật dựng hình Polygon (lưới) 2.2.1.1 Khái niệm Polygon cơng cụ dựng hình mạnh 3dsmax Có thể dựng đối tượng bất quy tắc • Một số