Nghiên cứu một số hiệu ứng bóng và ánh sáng trong xây dựng các ứng dụng thực tại ảo

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Trịnh Xuân Hùng NGHIÊN CỨU MỘT SỐ HIỆU ỨNG BÓNG VÀ ÁNH SÁNG TRONG XÂY DỰNG CÁC ỨNG DỤNG THỰC TẠI ẢO Ngành Chuyên ngành Mã số : Công nghệ thông tin : Công nghệ phần mềm :604810 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Đỗ Năng Toàn Hà Nội - 2011 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT PHẦN MỞ ĐẦU Chƣơng 1: SƠ LƢỢC VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ HIỆU ỨNG BÓNG - ÁNH SÁNG 1.1 THỰC TẠI ẢO VÀ ỨNG DỤNG 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Lịch sử phát triển 1.1.3 Lĩnh vực ứng dụng 1.1.4 Xây dựng hệ thống thực ảo 1.2 BÓNG - ÁNH SÁNG 1.2.1 Khái niệm 1.2.2 Các đơn vị sử dụng đo lƣờng ánh sáng 1.2.3 Hàm phân phối phản xạ hai chiều (BRDF) 1.2.4 Nguồn sáng phân loại nguồn sáng 1.2.5 Phƣơng trình tơ bóng Chƣơng 2: MỘT SỐ HIỆU ỨNG BÓNG - ÁNH SÁNG TRONG ỨNG DỤNG THỰC TẠI ẢO 2.1 HIỆU ỨNG BÓNG BỀ MẶT 2.1.1 Ánh sáng (Ambient) 2.1.2 Sự phản xạ sáng khuếch tán (Diffuse) 2.1.3 Sự phản xạ ánh sáng gƣơng (Specular) 2.1.4 Các mô hình tổng hợp 2.1.5 Các phƣơng pháp tơ bóng đồ họa 3D(Shader) 2.1.6 Cài đặt cài đặt phƣơng pháp tơ bóng đồ họa 3D 2.2 HIỆU ỨNG BÓNG ĐỔ 2.2.1 Tạo bóng đổ bóng khối 2.2.2 Tạo bóng đổ đồ bóng (Shadow Mapping) Chƣơng 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3.1 BÀI TOÁN 3.2 CÀI ĐẶT CHƢƠNG TRÌNH 3.2 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM PHẦN KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO PHẦN MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, thực ảo lĩnh vực đƣợc quan tâm phát triển, ngày chứng tỏ vai trị phát triển cơng nghệ thơng tin nói riêng lĩnh vực đời sống, xã hội nói chung Hiện thực ảo đƣợc ứng dụng phổ biến nhiều lĩnh vực khác nhau, kể đến nhƣ: Quân sự, giáo dục, kỹ thuật - xây dựng, giải trí vv Một yêu cầu quan trọng ứng dụng thực ảo phải thể theo thời gian thực hiệu ứng bóng - ánh sáng Mỗi hiệu ứng bóng - ánh sáng lại có mơ hình, phƣơng pháp thể khác Ty vậy, chƣa có mơ hình nhƣ phƣơng pháp phù hợp cho đối tƣợng, hiệu ứng Do đó, việc tìm hiểu nghiên cứu hiệu ứng bóng - ánh sáng chất chúng việc cần thiết, có ý nghĩa xây dựng phát triển ứng dụng thực ảo nói riêng ứng dụng mơ nói chung Xuất phát từ hồn cảnh đó, luận văn lựa chọn đề tài “Nghiên cứu số hiệu ứng bóng ánh sáng xây dựng ứng dụng thực ảo” nhằm hệ thống hóa mơ hình, phƣơng pháp thể hiệu ứng bóng – ánh sáng ứng dụng thực ảo nói riêng ứng dụng mơ thời gian thực nói chung Cấu trúc luận văn bao gồm “Phần mở đầu”, “Phần kết luận” ba chƣơng nội dung, cụ thể: Chương 1: Sơ lƣợc thực ảo hiệu ứng bóng - ánh sáng Phần trình bầy vấn đề thực ảo, ứng dụng thực ảo, đồng thời đề cập đến số lý thuyết ánh sáng, nguồn sáng, mơ hình chúng từ làm sở cho nội dung đƣợc trình bày “Chương 2” Chương 2: Một số hiệu ứng bóng - ánh sáng ứng dụng thực ảo Đây chƣơng nội dung luận văn Nó tập trung trình bày hai hiệu ứng ánh sáng đến tƣơng tác với bề mặt đối tƣợng “hiệu ứng bóng bề mặt”, “hiệu ứng bóng đổ” Với loại hiệu ứng có phƣơng pháp, mơ hình thể khác nhau, mà phần nội dung luận văn đề cập đến Chương 3: Chƣơng trình thử nghiệm Đây chƣơng học viên giới thiệu chƣơng trình thử nghiệm “Huấn luyện bắn súng” đƣợc xây dựng nhằm thể cho kết đƣợc trình bày, tổng hợp luận văn Chƣơng 1: SƠ LƢỢC VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ HIỆU ỨNG BÓNG - ÁNH SÁNG 1.1 THỰC TẠI ẢO VÀ ỨNG DỤNG 1.1.1 Khái niệm Thực ảo (Virtual Reality-VR) thuật ngữ xuất phát triển mạnh vòng vài năm trở lại đây, trở thành công nghệ mũi nhọn nhờ khả ứng dụng rộng rãi lĩnh vực nhƣ y tế, giáo dục, kiến trúc, quân sự, du lịch, giải trí, Hiện nay, có nhiều định nghĩa Thực ảo, định nghĩa đƣợc chấp nhận rộng rãi C.Burdea P.Coiffet hiểu VR tƣơng đối xác nhƣ sau: VR-Thực ảo hệ thống giao diện cấp cao Ngƣời sử dụng Máy tính Hệ thống mô vật tƣợng theo thời gian thực có tƣơng tác với ngƣời sử dụng qua tổng hợp kênh cảm giác Đó giác quan gồm: thị giác, thính giác, xúc giác, khứu giác vị giác [1], [2] Hình 1.1 Giao diện ngƣời sử dụng hệ thống máy tính 3D Hay nói cách cụ thể VR cơng nghệ sử dụng kỹ thuật mơ hình hố không gian ba chiều với hỗ trợ thiết bị đa phƣơng tiện xây dựng giới mơ máy tính - Mơi trƣờng ảo (Virtual Environment) để đƣa ngƣời ta vào giới nhân tạo với không gian nhƣ thật Trong giới ảo này, ngƣời sử dụng khơng cịn đƣợc xem nhƣ ngƣời 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 ngƣời sử dụng qua cử chỉ, hành động, vv Tức ngƣời sử dụng nhìn thấy vật thay đổi hình theo ý muốn họ Một cách lý tƣởng, ngƣời sử dụng tự chuyển động không gian ba chiều, tƣơng tác với vật thể ảo, quan sát khảo cứu giới ảo góc độ khác mặt khơng gian Ngƣợc lại, mơi trƣờng ảo lại có phản ứng tƣơng ứng với hành động ngƣời sử dụng, tác động vào giác quan nhƣ thị giác, thính giác, xúc giác ngƣời sử dụng thời gian thực làm ngƣời sử dụng có cảm giác nhƣ tồn giới thực [1], [2] 1.1.2 Lịch sử phát triển Mặc dù Thực ảo đƣợc mơ tả nhƣ cơng nghệ mang tính cách mạng, nhƣng ý tƣởng việc nhúng ngƣời sử dụng vào môi trƣờng nhân tạo đời từ sớm Thuật ngữ “Thực ảo” đƣợc quan tâm vài năm gần xong lại có lịch sử từ lâu Cách 40 năm nhà làm phim có tên Morton Heilig ngƣời Mỹ đƣa ý tƣởng không đƣa ngƣời bƣớc sang giới khác với ý tƣởng hệ thống mô bay (Flight Simulation) Sử dụng hệ thống ngƣời quan sát có cảm giác ảnh sống động trƣớc mắt Tuy nhiên, khơng có hỗ trợ tài Heilig khơng thể hồn thành ƣớc mơ Xong anh tạo đƣợc thiết bị mơ phỏng, đƣợc gọi "Sensorrama Simulator", thiết bị đƣợc công bố vào khoảng đầu năm 1960 Hình 1.2 Thiết bị mơ Sensorrama-1960 Thiết bị sử dụng hình ảnh 3D, thu đƣợc từ camera 35mm kết hợp thành camera Nó bao gồm có hệ thống âm kết hợp với cảnh quay chiều thực Ngƣời nhìn cƣỡi xe máy, cảm thấy gió chuyển động, chí họ cảm thấy đoạn đƣờng có ổ gà Mặc dù máy tƣơng đối đơn giản, thơ sơ xong mở nhiều ý tƣởng nghiên cứu chƣa có giới Năm 1966 Ivan Sutherland sinh viên tốt nghiệp Trƣờng Utah tiếp tục nghiên cứu vấn đề Heilig bỏ dở Sutherland cho cảnh quay tƣơng tự không đáp ứng đƣợc yêu cầu thực tế Anh ta bắt đầu ý tƣởng tăng tốc đồ hoạ, phần quan trọng mô thực đại chế tạo đƣợc 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 trƣờng đại học Utah, làm cho hồn 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 ngƣời dùng Trên hình hiển thị bóng ngƣời dùng Hệ thống có khả hiển thị nhiều ngƣời sử dụng hình Hình 1.4 Thiết bị VIDEOPLACE-1970 Myron Kreuger Những ý tƣởng đƣợc 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 thƣơng mại đầu tiên, đƣợc gọi hình mơi trƣờng trực quan (Visual Environment Display), thiết kế dựa mẫu hình mặt nạ lặn với hình quang học mà ảnh đƣợc cung cấp hai thiết bị truyền hình cầm tay Sony Watchman Sự phát triển thiết bị thành cơng ngồi dự đoán, NASA sản xuất đƣợc thiết bị HMD có giá chấp nhận đƣợc thị trƣờng nhƣ ngành công nghiệp Thực ảo đời 10 Hình 1.5 Thiết bị HMD-1984 NASA Nhƣng đặc biệt công nghệ VR từ năm 90 trở lại đƣợc phát triển mạnh mẽ trở thành công nghệ mũi nhọn nhờ khả ứng dụng rộng rãi lĩnh vực nhƣ: nghiên cứu công nghiệp, giáo dục đào tạo nhƣ thƣơng mại, giải trí, tiềm kinh tế, nhƣ tính lƣỡng dụng dân dụng quân [1], [2] 1.1.3 Lĩnh vực ứng dụng Cũng nhƣ nhiều ngành công nghệ khác, VR thực đƣợc 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 trƣờng VR tăng trƣởng hàng năm khoảng 21% dự tính đạt khoảng 3,4 tỷ $ năm 2005 (theo Machover, 2004) Theo thống kê Gartner (tổ chức nghiên cứu thị trƣờng toàn cầu), VR đứng đầu danh sách 10 công nghệ chiến lƣợc năm 2009 Thị trƣờng VR Mỹ lĩnh vực giáo dục phẫu thuật y khoa số lĩnh vực khác đƣợc ƣớc đạt 290 triệu USD vào năm 2010 (theo Neurovr.org) Ứng dụng thực ảo thấy đƣợc nhiều giới hàng ngày Xét khía cạnh ứng dụng số lĩnh vực ứng dụng có khuynh hƣớng phát triển mạnh mẽ kể đến số lĩnh vực sau:  Xây dựng thiết kế kiến trúc Một lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu VR thiết kế kiến trúc Khả mơ hình hố giới thực công nghệ VR dƣờng nhƣ đáp ứng cách tự nhiên mục tiêu ngành thiết kế kiến trúc đƣa mơ hình trực quan Ví dụ, cơng trình thiết kế cầu mong muốn tƣơng lai: 53 thể bóng đối tƣợng mà vẽ phần nửa bề mặt đối tƣợng (phần có vector pháp tuyến mà tích vơ hƣớng với hƣớng ánh sáng lớn 0) Xa việc nâng cao chất lƣợng bóng ngƣời ta có phƣơng pháp để tạo bóng mềm (một loại bóng đổ gần với thực tiến mức độ bóng đối tƣợng liên tục) từ bóng khối [15], [16], [17], [18] , [19] , [20] 2.2.2 Tạo bóng đổ đồ bóng (Shadow Mapping) a Giới thiệu Shadow Mapping đƣợc giới thiệu Lance Williams năm 1978 Từ đó, đƣợc sử dụng rộng rãi lĩnh vực tạo ảnh offline lẫn ứng dụng thời gian thực Shadow mapping đƣợc sử dụng Pixar’s RenderMan kỹ thuật tạo bóng thức sử dụng phim lớn nhƣ “Toy Story” Đến hầu hết hệ thống mô hỗ trợ phƣơng pháp tạo bóng đổ Hình 2.16 Bóng đổ đồ bóng “Shadow Mapping” Trong Hình 2.16 ta xét P khơng nằm khu vực có bóng đổ khoảng cách từ P tới nguồn sáng nhỏ hay nói cách khác khơng có điểm cảnh nằm đƣờng thẳng nối P với nguồn sáng tới nguồn sáng có khoảng cách nhỏ điểm P, ngƣợc lại với P thuộc khu vực có bóng đổ có nghĩa đƣờng thẳng từ P đến nguồn sáng tồn điểm cảnh cho khoảng cách từ điểm đến nguồn sáng nhỏ từ P Đây tƣ tƣởng thuật tốn tạo bóng đổ dựa vào đồ bóng Có thể phát biểu cụ thể tƣ tƣởng nhƣ sau: Xét nguồn sáng cảnh, giả sử ta có đƣợc đồ khoảng cách lƣu trữ khoảng cách nhỏ từ 54 nguồn sáng đến điểm thuộc đối tƣợng cảnh, đồ đƣợc gọi “Shadow Mapping” Với điểm tiến hành tơ bóng ta tính đƣợc khoảng cách từ điểm đến nguồn sáng, so sánh khoảng cách với giá trị tƣơng ứng “Shadow Mapping” nhỏ giá trị đồ điểm điểm khơng có bóng đổ, ngƣợc lại điểm điểm có bóng đổ Bằng phƣơng pháp nhƣ ta thể đƣợc bóng đổ cho tồn cảnh b Thuật tốn Bước 1: Xây dựng bản đồ bóng “Shadow Mapping” Bước 2: Vẽ cảnh điểm nhìn với điểm tính khoảng cách từ tới nguồn sáng D, so sánh với giá trị lƣu đồ bóng, Db ngƣợc lại Nhƣ vậy, để đảm bảo việc điểm P khơng tự đổ bóng lên phải thêm giá trị nhỏ vào thành phần s điểm pl kết cuối phép chiếu Tạo bóng đổ đồ bóng có ƣu điểm lớn có khả thể đƣợc theo thời gian thực, độ phức tạp thời gian, công việc không cao hầu hết thao tác đƣợc tiến hành ảnh mà khơng phải hình dạng đối tƣợng nhƣ với bóng khối, hầu hết thiết bị tăng tốc đồ họa hỗ trợ loại texture trực tiếp để thể so sánh bóng, ƣu điểm tƣơng đối quan trọng việc chuyển đổi thành thuật tốn thể bóng đổ mềm từ thuật toán tƣơng đối đơn giản (chỉ cân nội suy số mẫu xung quanh điểm p(s, t, , ) đổ bóng) Tuy tạo bóng đổ đồ bóng có số nhƣợc điểm, khó khăn định: kích thƣớc đồ bóng nhỏ, khoảng quan sát gần đối tƣợng hiệu ứng cƣa thể rõ, để giảm hiệu ứng cƣa phải tăng kích thƣớc đồ việc đồng nghĩa với việc giảm hiệu hệ thống Nhƣợc điểm lớn Shadow mapping với nguồn sáng ta tạo đƣợc ma trận phép chiếu để quan sát không gian, nhiên không gian lớn khó xây dựng đƣợc phép chiếu cho khơng gian bóng đổ tƣơng đồng hồn tồn với khơng gian nguồn sáng, hai phép chiếu phép chiếu phối cảnh Tuy có nhiều nghiên cứu khắc phục nhƣợc điểm này, nhƣng khả áp dụng chúng khơng cao hai lý tốc độ, độ phức tạp phƣơng pháp [14], [22], [23] Dƣới hình ảnh kết thuật tốn tạo bóng đổ đồ bóng Ảnh thứ ảnh chƣa có bóng đổ, ảnh thứ hai ảnh đồ bóng, ảnh thứ ba ảnh có sử dụng phƣơng pháp tính bóng đổ đổ bóng với đồ bóng cụ thể ảnh thứ hai: 57 Hình 2.18 Ảnh thể cảnh đền.Từ trái qua phải là: “ảnh chƣa có bóng”, “ảnh đồ bóng”, “ảnh sử dụng thuật toán Shadow Mapping” 58 Chƣơng 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3.1 BÀI TỐN Trong phần xây dựng hệ thống VR để phục vụ cho công tác huấn luyện bắn súng binh với mục đích sử dụng huấn luyện quân đội, công an Hệ thống bao gồm hai phần Một là, cho phép ngƣời sử dụng tập bắn bia theo bắn (kịch bắn) khác Hai hệ thống huấn luyện khả phản xạ ngƣời sử dụng bắn với bia đối tƣợng khủng bố di chuyển khơng gian tịa nhà Với kịch bắn di động ngƣời sử dụng dịch chuyển không gian tòa nhà theo kịch định trƣớc, dịch chuyển gặp đối tƣợng khủng bố, khơng cơng chúng trƣớc bị chúng cơng điểm, điểm cuối đƣợc tính điểm số dựa vào lƣợng đối tƣợng bị tiêu diệt trừ số lƣợng điểm bị trừ bị bắn trúng Các yêu cầu toán là: Thể đƣợc nội dung hai bắn “bài bắn với bia cố định”, “bài bắn bia di động” Hệ thống phải đáp ứng đƣợc theo thời gian thực có nghĩa phải thực thi đƣợc tối thiểu 24 hình/s Hệ thống có hỗ trợ chế độ hiển thị stereo, chế độ hiển thị cho phép ngƣời quan sát, có cảm nhận khơng gian nhƣ không gian thực (yêu cầu hệ thống VR), nhiên phải có tƣơng thích từ phần cứng Phải thể đƣợc số hiệu ứng bóng – ánh sáng yêu cầu nhằm thể cho kết mà luận văn đƣa phần 3.2 CÀI ĐẶT CHƢƠNG TRÌNH Với toán đƣợc nêu phải tiến hành xây dựng mơ hình 3D để thể không gian, đối tƣợng 59 Các mơ hình cần xây dựng : Mơ hình trƣờng bắn ngồi trời bao gồm bia bắn, mơ hình trƣờng bắn nhà, mơ hình đối tƣợng khủng bố hành động chúng Với yêu cầu chúng tơi chọn giải pháp tìm, lựa chọn sử dụng mơ hình miễn phí mạng Bƣớc xây dựng hệ thống bắn súng theo hai kịch Với yêu cầu hệ thống số công việc cần giải quyết: Thể hiệu ứng bóng bề mặt: Để thể hiệu ứng bóng bề mặt ứng dụng sử dụng hai phƣơng pháp Gauraud Phong cho loại hiệu ứng bề mặt khác Thể hiệu ứng bóng đổ: Với hiệu ứng bóng đổ hệ thống cài đặt thể theo phƣơng pháp tạo bóng đổ bóng khối, sử dụng thuật toán Depth-fail Thực kịch cho đối tƣợng: Để thực đƣợc kịch đối tƣợng phải thể đƣợc hành động đối tƣợng Các hành động đối tƣợng đƣợc thể qua mơ hình hành động (mơ hình lƣu trữ hình liên tiếp đối tƣợng để tạo thành hành động) Tuy nhiên hình hình rời rạc muốn có cảm giác trơn, liên tục phải tiến hành nội suy để lấy đƣợc hình trung gian phục vụ cho hiển thị Phƣơng pháp nội suy mà Em sử dụng hệ thống nội suy tuyến tính Ngồi để xác định đƣợc hành vi đối tƣợng phải biết môi trƣờng quanh gì? Cụ thể vị trí quan sát tƣơng đối ngƣời dùng so với đố tƣợng, để xác định đƣợc điều sử dụng tia nhìn từ đối tƣợng đến Camera theo góc định, tia qua sát khơng va chạm với mơ hình cố định khác có nghĩa đối tƣợng nhìn đƣợc ngƣời sử dụng ngƣợc lại Kịch dịch chuyển ngƣời sử dụng bắn di động đƣợc thực loại đối tƣợng động track, theo ngƣời sử dụng dịch chuyển hành trình đƣợc vạch từ trƣớc Để thực công việc với mơi hình, chúng tơi lựa chọn chuẩn mơ hình chuẩn VRML (một chuẩn phổ biến lĩnh vực 3D nói chung lĩnh vực thực ảo nói riêng) Việc cài đặt hệ thống đƣợc lựa chọn ngôn ngữ C++, sử dụng công cụ phát triển “Microsoft Visual studio.Net” phiên 7.0(2003) “Microsoft” Ngoài hệ thống sử dụng số thƣ viện bao gồm: Bộ thƣ viện đồ họa “OpenGL”, thƣ viện cho âm “OpenAL” 60 3.2 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM Bằng cách cài đặt hệ thống nhƣ phần trên, chúng tơi hồn tất hệ thống Yêu cầu tối thiểu để chạy hệ thống là: Hệ điều hành Microsoft Window95 trở lên, yêu cầu CPU tối thiểu 1.8Ghz, nhớ ram tối thiểu 512MB, ổ cứng trống tối thiểu 300MB, Card đồ họa 3D hỗ trợ thự viện OpenGL hỗ trợ lập trình GPU Với yêu cầu nhƣ kết hệ thống nhƣ sau: Giao diện hệ thống: Hình 3.1 Giao diện chƣơng trình Từ giao diện chọn chức hệ thống là: “Bắn bia bắn cố định” để thực thi module bắn theo bắn cố định, “Bắn bia di động” để thực thi module tập bắn theo kịch bắn di động, ngồi hệ thống cịn có chức cấu hình để đặt số tham số cho hệ thống 61 Giao diện chọn bắn cố định: Hình 3.2 Chọn bắn cố định Với giao diện ngƣời sử dụng lựa chọn tham số cho bắn cố định nhƣ: “kịch bắn”, “mức độ khó bắn” Giao diện bắn cố định: Hình 3.3 Thực bắn cố định Trong bắn cố định ngƣời sử dụng phải bắn vào bia tùy thuộc vào kịch bắn, số lƣợng đạn tùy thuộc vào kịch Sau thực xong bắn hệ thống lƣu điểm đạt đƣợc vào sở liệu 62 Giao diện chọn bắn di động: Hình 3.4 Chọn bắn di động Cũng nhƣ với bắn cố định phần chức hệ thống cho phép ngƣời sử dụng lựa chọn tham số cho cho bắn di động Giao diện bắn di động: Hình 3.5 Thực bắn di dộng 63 Hình 3.5 Thực bắn di động Cũng nhƣ bắn cố định phần cho phép ngƣời sử dụng tham gia bắn di động với kịch nhƣ mô tả phần đề Ở phần bắn cố định cài đặt, phƣơng pháp tơ bóng Gauraud, khơng có hiệu ứng bóng đổ phần chúng tơi cài đặt phƣơng pháp tơ bóng Phong (cho đối tƣợng kẻ khủng bố), bóng đổ (sử dụng bóng khối với thuật tốn Depth-fail) Giao diện cấu hình hệ thống: Hình 3.7 Cấu hình hệ thống 64 Phần chức cho phép ngƣời sử dụng cấu hình số tham số mơi trƣờng cho hệ thống nhƣ “hiệu ứng sƣơng mù”, “ánh sáng ngày - đêm”, độ phân giải hình vvv 65 PHẦN KẾT LUẬN Hiệu ứng bóng – ánh sáng hiệu ứng quan trọng ứng dụng thực ảo nói riêng, ứng dụng mơ nói chung Có thể khẳng định đƣợc hiệu ứng bóng – ánh sáng theo thời gian thực khơng có ứng dụng thực ảo Cơ bản, luận văn hệ thống đƣợc vấn đề liên quan đến hiệu ứng bóng – ánh sáng thơng qua mơ hình tốn học – vật lý học, mơ hình phục vụ cho việc cài đặt hiệu ứng ứng dụng thực ảo nói riêng ứng dụng 3D nói chung Những đóng góp luận văn kể đến nhƣ sau: Tổng hợp, trình bày lý thuyết ánh sáng ứng dụng lĩnh vực dựng hình giải thích theo hai khía cạnh tốn học, vật lý Trình bầy mơ hình, phƣơng pháp sử dụng để thể hiệu ứng “bóng bề mặt” Trong mơ hình kể đến : “ánh sáng nền”, “ánh sáng khuếch tán”, “ánh sáng phản xạ gƣơng” Các phƣơng pháp thể nhƣ: “tô bóng phẳng”, “tơ bóng Gauraud” “tơ bóng Phong” Nghiên cứu trình bầy phƣơng pháp sử dụng thể hiệu ứng “bóng đổ”, tập trung vào hai hƣớng tiếp cận “tạo bóng đổ bóng khối”, “tạo bóng đổ đồ bóng” Các vấn để tiếp tục nghiên cứu: Nghiên cứu, xây dựng mơ hình tơ bóng mới, phù hợp với đặc trƣng toán, lớp đối tƣợng cụ thể Xây dựng phƣơng pháp nội suy bậc cao phƣơng pháp nội suy “Phong” nhằm thể tốt cho đối tƣợng có bề mặt bậc cao Cải tiến thuật tốn tạo bóng đổ: Với phƣơng pháp tạo bóng đổ bóng khối xây dựng phƣơng pháp tạo bóng khối để thể bóng mềm, đẩy tính tốn để xây dựng đƣờng Silhouette lên GPU Với tạo bóng đổ đồ bóng: xây dựng thuật tốn để phân chia, tối ƣu hóa đồ bóng nhằm làm tăng tốc độ thực hiện, thể đƣợc bóng mềm đồ bóng vv 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đề tài “Ứng dụng công nghệ thực ảo bảo tàng di sản”, Đề tài cấp Viện KH&CN Việt Nam 2004-2006 [2] Đặng Văn Đức, Lê Hải Khôi, Vũ Đức Thi, "Công nghệ thực ảo ứng dụng", Báo cáo khoa học Hội nghị khoa học 30 năm thành lập Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam [3] Trịnh Xn Hùng, Lê Hải Khơi, Đỗ Năng Tồn, Trần Thanh Hiệp, Trịnh Hiền Anh, Hà Xuân Trƣờng “ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THỰC TẠI ẢO TRONG BẢO TÀNG CÁC DI SẢN” Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia “Các vấn đề chọn lọc CNTT”, Đà Lạt 15-17/6/2006, tr 356-367 [4] Trần Thanh Hiệp, Đỗ Năng Toàn, Phạm Tấn Năm, Trịnh Hiền Anh (2005), “Một kỹ thuật tiếp cận tạo mơ hình chiều”, Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia “Các vấn đề chọn lọc CNTT”, Hải Phòng 25-27/8/2005, tr 631-642 [5] Lê Hải Khơi, Đỗ Năng Tồn, Phạm Thế Anh, Trịnh Xuân Hùng (2005), “Một cách tiếp cận cho hiển thị hình ảnh chiều”, Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia “Các vấn đề chọn lọc CNTT”, Hải Phòng 25-27/8/2005, tr 396-404 [6] Huỳnh Quyết Thắng, Lê Tấn Hùng, “Kỹ thuật đồ họa” Nhà xuất khoa học kỹ thuật năm 2000 Tiếng Anh [7] Forsyth Ponce “Computer Vision A Modern Approach” [8] Van Oosterom, A; Strackee, J (1983) "The Solid Angle of a Plane Triangle" IEEE Trans Biom Eng BME-30 (2): tr 125–126 [9] http://mathforum.org/library/drmath/view/63767.html [10] Rusinkiewicz, S "A Survey of BRDF Representation for Computer Graphics" Retrieved 2007-09-05 [11] Wolfgang Heidrich “High Quality Shadingand Lighting for Hardware accelerated Rendering” Erlangen–1999 67 [12] Phong Bùi Tƣờng, “Illumination for computer generated pictures”, Communications of ACM 18 (1975), no 6, tr 311–317 [13] Addison Wesly “OpenGL Shading Language, Second Edition”, January 25, 06 [14] Ikrima Elhassan, “Shadow Algorithms” , 20-02-2007 [15] A.Schilling (Editors) M.Doggett, W.Heidrich, W.Mark, “An Optimized Soft Shadow Volume Algorithm with Real - Time Performance” Graphics Hardware (2003) [16] Andrew Poulin, Woo, Pierre Fournier, Alain, “A Survey of shadow algorithms”, IEEE CG&A, 1990 [17] T.Akenine-Möller and U Assarsson, ”On Shadow Volume Silhouettes”,” submitted to Journal of Graphics Tools, 2003 [18] U.Assarsson and T.Akenine-Möller, “A Geometry-Based Soft Shadow Volume Algorithm using Graphics Hardware”, to appear in SIGGRAPH 2003 [19] AILA,T., AND AKENINE-M OLLER, T.2004 “A hierarchical shadow volume algorithm” In Proceedings of Graphics Hardware 2004, Eurographics Association, Eurographics, tr 15–23 [20] ALDRIDGE, G., AND WOODS, E 2004 “Robust, geometry independent shadow volumes” In Proc.2nd Int Conf on Comp graphics and Interactive Techniques in Austalasiaand Southeast Asia (Graphite), ACM Press, vol.2, ACM, tr 250–253 [21] Samuel Hornus, Jared Hoberock, Sylvain Lefebvre, John C Hart “ZP+: correct Z-pass stencil shadows” ACM Symposium on Interactive 3D Graphics and Games - April 2005 [22] W.Heidrich, S.Brabec, and H-P Seidel, ”Soft Shadow Maps for Linear Lights”, 11th Eurographics Workshop on Rendering, pp 269-280, 2000 [23] Andrew V.Nealen, “Shadow Volume and Shadow Mapping, Recent Development in Real-time Shadow Rendering”, University of British Columbia, 2000 ... ? ?Nghiên cứu số hiệu ứng bóng ánh sáng xây dựng ứng dụng thực ảo? ?? nhằm hệ thống hóa mơ hình, phƣơng pháp thể hiệu ứng bóng – ánh sáng ứng dụng thực ảo nói riêng ứng dụng mơ thời gian thực nói... đƣợc nguồn sáng i, trƣờng hợp ngƣợc lại [6], [7] ) Le (x, 31 Chƣơng 2: MỘT SỐ HIỆU ỨNG BÓNG - ÁNH SÁNG TRONG ỨNG DỤNG THỰC TẠI ẢO 2.1 HIỆU ỨNG BÓNG BỀ MẶT Hiệu ứng bóng bề mặt xảy ánh sáng đến... 2: Một số hiệu ứng bóng - ánh sáng ứng dụng thực ảo Đây chƣơng nội dung luận văn Nó tập trung trình bày hai hiệu ứng ánh sáng đến tƣơng tác với bề mặt đối tƣợng ? ?hiệu ứng bóng bề mặt”, ? ?hiệu ứng