Bài giảng Công nghệ đồ họa và hiện thực ảo - Bài 12: Kỹ thuật đồ họa và hiện thực ảo

Bài giảng Công nghệ đồ họa và hiện thực ảo - Bài 12: Kỹ thuật đồ họa và hiện thực ảo nêu lên sơ lược về lịch sử, phân loại, các khái niệm cơ bản. Mời các bạn tham khảo bài giảng để bổ sung thêm kiến thức về lĩnh vực này.

Bài 12 ÁNH SÁNG Trịnh Thành Trung trungtt@soict.hust.edu.vn LÝ THUYẾT ÁNH SÁNG - Ánh sáng màu sắc • Màu sắc cảm nhận xảy lượng ánh sáng tiếp xúc với võng mạc phân tích não • Nguyên tắc ánh sáng dựa góc độ – Vật lý - physics – Sinh lý - physiology Yếu tố vật lý • Ánh sáng sóng điện từ có bước sóng  từ 400nm – 700nm • Ánh sáng có tính chất hạt • Vận tốc c = f  – c = 2.9979458 10E8 m/s truyền chân không – c = 2.25 10E8 m/s truyền nước – c = 1.97 10E8 m/s truyền thủy tinh • Tổng lượng đặc trưng cho loại bước sóng biểu diễn hàm phân bổ lượng phổ P() Frequency (Hz) 10 10 Radio Frequency 10 10 10 10 Microwaves Infrared 2 10 X-Rays 10 -Rays Ultraviolet Visible Spectrum Phổ ánh sáng • Ánh sáng xuất phát từ nguồn sáng xác định phổ I() - spectrum, phổ I() đo lượng ánh sáng với bước sóng cho trước qua đơn vị diện tích khoảng thời gian • Thuật ngữ khác phổ công suất - power spectrum, với đơn vị watts/m2 • Phổ cơng suất dùng để đo cường độ phát sáng nguồn - emission intensity • Hay gọi cường độ truyền dẫn - transmission intensity ánh sáng theo luồng không gian, hay cường độ phát sáng- illumination intensity ánh sáng đập lên bề mặt Màu sắc • Isaac Newton - ánh sáng trắng qua thấu kính thuỷ tinh phát tán thành phổ mầu cầu vồng • Ngược lại, thấu kính kết hợp phổ ánh sáng để tạo thành ánh sáng trắng • Chùm sáng phân tách thành phổ mầu có liên quan đến phổ lượng I() • Phổ điện từ có bước songd từ 350 to 780 nm color đặc trưng c() c( ) 350 780  Sinh lý • Cấu tạo hệ quan sát người gồm loại tế bào cảm thụ - sensors – Rods (tế bào que): cho cảm nhận cường độ ánh sáng thấp hay bóng tối – Cones - tế bào hình nón • Nhậy cảm với ánh sáng mầu sắc • Chia làm loại nón - cone • loại có giá trị gọi tristimulus values cảm nhận tương ứng mầu gửi đến não tín hiệu tạo cảm nhận mầu sắc S-M-L • Ðể đạt cảm nhận mầu ta phải xác định giá trị đại lượng Tế bào nón • loại tế bào nón có độ nhạy cảm với mầu với bước sóng khác như: – L R, nhạy cảm với ánh sáng đỏ (610 nm) – M G, nhạy cảm với ánh sáng xanh (560 nm) – S B, nhạy cảm với ánh sáng xanh da trời (430 nm) – (Nguyên nhân dẫn đến việc bị mù màu tổn thương đến tế bào nón này) • Tỉ lệ nhạy cảm S:M:L= 1:20:40  Con người nhạy cảm với màu đỏ màu xanh da trời MÙ MÀU - 10 MƠ HÌNH ÁNH SÁNG - Lý thuyết mầu • [Young] tất mầu tự nhiên tạo nên từ mầu - mắt người phân tích mầu sắc thành thành phần mầu RGB gửi tín hiệu đến não theo kênh thần kinh khác - nerve channels • Helmholz (1855) mắt chứa quan thụ cảm phản ứng mạnh với bước sóng ánh sáng tương ứng red, green, blue • Theo Helmholz: Mầu sắc xác định tỉ lệ phản ứng thành phần thụ cảm • Ví dụ:Tại 480nm, tỉ lệ 1:5:9 cho cảm nhận cyan hay blue G B 400 500 R 600 Yếu tố sinh lý vật lý – A.H.Munsell đưa vào năm 1976 • Khơng gian chiều bao gồm yếu tố Hue, Lightness Saturation – Sắc mầu Hội hoạ • sắc thái (Tints), sắc độ (Shade), tông mầu (Tone) từ mầu nguyên chất bão hoà – – – – – Cảm nhận Hue Saturation Lightness (phản xạ) Brightness (phát xạ) Đo Dominant Wave Lenght Excitation purity Luminance Luminance 13 Ánh sáng đơn sắc • Không cảm nhận sắc mầu khác vàng, đỏ, tím • Định lượng thuộc tính tia sáng đơn sắc mặt vật lý • Cường độ (intensity) hay độ chiếu sáng (luminance) lượng tia sáng • Dưới góc độ cảm nhận mặt tâm lý cường độ tia sáng độ sáng vật (brighness) • Sử dụng phổ kế - photometer để đo độ sáng max hình Và khoảng động: • Khoảng cường độ nhận giá trị min, I0, đến max, 1.0 14 Dynamic Ranges • • • • • • Dynamic Range Max # of Display (max / illum) Perceived Intensities (r=1.01) CRT: 50-200 400-530 Photo (print) 100 465 Photo (slide) 1000 700 B/W printout 100 465 Color printout 50 400 Newspaper 10 234 15 Cường độ sáng cách tính  Cường độ nguồn sáng thay đổi khoảng từ đến 1: I0=I0 o qui ước cho mầu đen cho mầu trắng  khoảng tăng cường độ sáng phân chia theo hàm logarit I1 = rI0 oI0 = I0 , I1 = r I0 , I2 = r I1 = r2 I0 , , I255 = r255 I0=1 or=(1/ I0)1/255 , Ij = rj I0 = I0(255-j)/255 I2 = rI1 = r2I0  I = k.N oVới k  số (từ 2.2 -> 2.6)N số lượng hạt thời điểm phát … I255=rI254=r255I 16 Phép hiệu chỉnh gama • I = K.V hay V = (I / K)1/ – V: điện áp tỉ lệ với N • Giả sử có cường độ sáng I bước ta phải làm tìm giá trị Ij gần qua phép làm tròn Giá trị j tìm = ROUND(logr ( I / I0 )) Thay j vào cơng thức ta có: • Ij = rj I0 • Bước tiến trình xây dựng mức điện áp Vj cho điểm ảnh mà cường độ ánh sáng có giá trị tương ứng Ij • Vj = ROUND( Ij / K )1/ 17 Xấp xỉ bán tơng • Sử dụng đen trắng để mơ tả ảnh nhiều mầu? • Phương pháp dựa vào cấu tạo mắt người nguyên lý thu nhận ảnh mắt nhìn vùng nhỏ khoảng cách xa • Lúc mắt phân biệt vật cách cụ thể mà ghi nhận cường độ trung bình vùng ảnh • Ảnh báo vào khoảng từ 60->80 dpi, tạp chí sách cao khoảng từ 110 -> 120 dpi 18 Giải thuật phân ngưỡng • Phân ngưỡng: so sánh cường độ sáng trung bình với ngưỡng xác định • Mẫu tô: 19  Thứ nhất: Không dùng ma trận mẫu có dạng đường thẳng ngang  Thứ hai: Các mẫu phải hình thành theo chuỗi bước liên tiếp cho điểm ảnh có mật độ thể ngưỡng a phải có mặt để thể ngưỡng b với b > a  Thứ ba: Các mẫu phải phát triển theo quy tắc từ tâm dần xung quanh Nhờ gây cho người sử dụng hiệu ứng tăng kích thước điểm  Thứ tư: Với số thiết bị in máy in laser hay thiết bị ghi hình, vấn đề điểm độc lập tuyệt đối khó có khả đạt Khi mà đại đa phần điểm ảnh bật cho cường độ sáng chúng gây thay đổi cho điểm lại 20 Xấp xỉ bán tông với ảnh mầu 21 Ma trận Dither phép xấp xỉ bán tơng • Bayer năm 73 đưa dạng ma trận dither mà nhờ tăng độ mịn ảnh hiển thị 2    • Ma trận  ma trận dither có ký hiệu D(2): D     • c ma trận D(2n) thơng qua D(n):  10   D 4  12  3  15 14 11 13 6  9  5 • U(n) ma trận n  n với tất phần tử = • Với n = kết từ D(2) n /  2  n /   D  D n  00 U D   n /  2  n /  D  D 10 U  D n /   D012 U n /    D n /   D112 U n /   22 ... thời gian • Thuật ngữ khác phổ cơng suất - power spectrum, với đơn vị watts/m2 • Phổ cơng suất dùng để đo cường độ phát sáng nguồn - emission intensity • Hay gọi cường độ truyền dẫn - transmission... MÙ MÀU - 10 MÔ HÌNH ÁNH SÁNG - Lý thuyết mầu • [Young] tất mầu tự nhiên tạo nên từ mầu - mắt người phân tích mầu sắc thành thành phần mầu RGB gửi tín hiệu đến não theo kênh thần kinh khác - nerve... LÝ THUYẾT ÁNH SÁNG - Ánh sáng màu sắc • Màu sắc cảm nhận xảy lượng ánh sáng tiếp xúc với võng mạc phân tích não • Ngun tắc ánh sáng dựa góc độ – Vật lý - physics – Sinh lý - physiology Yếu tố