Bài giảng môn Đồ họa và hiện thực ảo - Bài 1: Kỹ thuật đồ họa và Hiện thực ảo (Computer graphics and virtual reality)

This effect was achieved with 2D computer graphics tools mostly derived from image processing techniques.. 1975.[r]

(1)

1

Lesson 1:

Kỹthuậtđồhọa Hiện thựcảo

Computer Graphics And Virtual Reality

z KỹThuậtđồhọa cơsở

z KỹThuậtđồhọa tiêntiến z Hiện thựcảo - VRML

Le Tan Hung hunglt@it-hut.edu.vn

2

A Brief History of Computer Graphics

1885 - CRT (Cathode Ray Tube) 1887 - Edison patents motion picture camera

1888 - Edison and Dickson record motion picture photos on a wax cylinder

3

1926 – J.L Baird invents the television.

30 line vertical, black and red scan.

4

Computer Graphics: 1960-1970

z 1960 William Fetter (Thuật ngữ kỹ thuật

đồ hoạ máy tính (Computer Graphics) z 1960 - SAGE (Semi-Automatic

Ground Environment System) Bút sáng

z 1960-1963 Dự án Sketchpad MIT

z 1963 Ivan shutherland (hội nghịFall

Joint Computer-lầnđầu tiên khảnăng tạo mới, hiển thịvà thayđổiđược thực thời gian thực CRT)

z Wireframe graphics

z Display Processors

z Storage tube

z Ivan Sutherland’s PhD thesis at MIT

– Vấn đề tương tác người máy

– Loop

zDisplay something

zUser moves light pen

zComputer generates new display

– Sutherland tạo nhiều thuật toán cho CG

5

1963

z IBM creates the 360 models – One of the First General Purpose

Mainframes

z SRI develops the mouse.

6

z 1966 Ralph Baer creates the 1stcomsumer CG product:

– Odyssey Pinball z 1967

(2)

7

Lịch sử phát triển 1970-1980

z CG:1970-1980

z Raster Graphics z Beginning of graphics

standards – IFIPS

zGKS: European effort –Becomes ISO 2D standard zCore: North American effort

– 3D but fails to become ISO standard

8

1973

z Michael Crichton’s “Westworld” uses 2D graphics

z First time computer is used for image manipulation

z 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

9

1974

z Intel develop the 8080 processor 1975

z Mandelbrot plots fractals z Bill Gates starts Microsoft 1976

z Steve Jobs and Steve Wozniak start Apple

1977

z Academy of Motion Pictures Art and Sciences introduces Visual Effects category for Oscars

10

z 1977 Star Wars wins oscar for special effects.

z 1978 Superman wins oscar for special effects

z 1979 Alien wins oscar for visual effects. z 1980 The Empire Strikes Back wins oscar

for visual effects.

80-90

zCG: 1980-1990

– Special purpose hardware zSilicon Graphics geometry engine

–VLSI implementation of graphics pipeline – Industry-based standards

zPHIGS zRenderMan

– Networked graphics: X Window System

– Human-Computer Interface (HCI)

1981 IBM introduces the first IBM PC (16 bit 8088 chip)

(3)

13

1982

z The Genesis Effect (ILM) for Startrek II is the first all computer animated visual effects shot for film.

14

1983

z First Coke Polar Bears Commercial

z 1984 PIXAR Opens

15

1985

z The Last Starfighter is the first live action feature film with realistic computer animation of highly detailed models

1989

z The Abyss is the first movie to include convincing 3D character animation

16

Lịch sử phát triển 90-00

z CGraphics: 1990-2000 z OpenGL API

z Tạo phim hoạt hình hồn chỉnh (Toy Story) z Khả năng mới của phần

cứng

– Texture mapping – Blending

– Accumulation, stencil buffer

z CGraphics: 2000-03 z Photorealism z Graphics cards for PCs

dominate market

– Nvidia, ATI, 3DLabs

z Game boxes and game players push the market

z CGraphics trở thành công cụ cho công nghiệp sản xuất phim: Maya, Lightwave

17

1995

z Quake Released by Id Software z Toy Story becomes

the first fully 3D computer animation feature film.

18

1996

zIndependence Day wins oscar for visual effects. 1997

zTitanic wins oscar for visual effects.

(4)

19

1998

z Armageddon z Mouse Hunt z Bugs Life

1999

z The Matrix

z Star Wars: The Phantom Menace

z Disney’s Tarzan

20

2000

z Sony Playstation II z Walking with Dinosaurs z Disney’s Shrek

2002 Microsoft’s XBOX

21

Kỹthuậtđồhọa vi tính. z Definition (ISO)

– Method and Technologies for converting data to and from a

graphics devices via a computer

z Computer Graphics (Kỹthuậtđồhoạmáy tính)là một lĩnh vực của Cơng nghệthơng tin màởđó nghiên cứu, xây dựng tập hợp cơng cụ(mơ hình lý thuyết phần mềm) khác nhauđể:

zkiến tạo, lưu trữ, xửlý Các mơ hình (model) hìnhảnh (image) củađối tượng

z Computer graphicsdeals 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

22

Kỹthuậtđồhoạ điểm (Sample based-Graphics)

z Các mơ hình, hìnhảnh cácđối tượngđược hiển thị

thông qua pixel (từng mẫu rời rạc)

z Đặcđiểm:

– Có thểthayđổi thuộc tính

– Xốđi pixel mơ hình hìnhảnh cácđối tượng

– Các mơ hình hìnhảnhđược hiển thịnhưmột lướiđiểm(grid) pixel rời rạc,

– Từng pixelđều có vịtrí xácđịnh, hiển thịvới giá trịrời rạc (sốnguyên) thông sốhiển thị(màu sắc hoặcđộsáng)

– Tập hợp tất cảcác pixel grid cho mơ hình, hìnhảnhđối tượng mà muốn hiển thị

Bitmap

lines,areas,

SRGP library Pascal / C program

X Window

System Graphics hardware

Image

image formats, compression, transfer graphics algorithms colour

positions

Graphical Model

Rendering

Output Rendering Parameters

Kỹthuậtđồhoạvector

z Mơ hình hình học (geometrical model) cho mơ hình hìnhảnh củađối tượng

z Xácđịnh thuộc tính mơ hình hình học này,

z Q trình tơ trát (rendering) đểhiển thịtừngđiểm mơ hình, hình ảnh thực củađối tượng z Vector = geometrical model +

(5)

25

Ví dụvềhìnhảnhđồ hoạVector

26

Muscle Model Wireframe Model Skeletal Model

Skin Hair Render and Touch up

© Walt Disney and TSL

27

Raster and Vector Graphics

z Raster

– Hình ảnh mơ hình vật thểđược biểu diễn tập hợp

điểm grid

– Thay đổi thuộc tính pixel => thay đổi phần vùng của hình ảnh

– Copy pixel từ hình ảnh sang hình ảnh khác z Vector

– Khơng thayđổi thuộc tính từngđiểm trực tiếp

– Xửlý với thành phần hình học cơsởcủa thực q trình tơ trát hiển thịlại

– Quan sát hìnhảnh mơ hình hìnhảnh sựvậtởnhiều góc độkhác cách thayđổiđiểm nhìn góc nhìn

28

Phân loại lĩnh vực của

Computer Graphics

Kỹ thuật phân tích tạo ảnh Đồ hoạ hoạt hình

nghệ thuật

Kỹ thuật nhận dạng Xử lý ảnh

Đồ hoạ minh hoạ CAD/CAM System

Kỹ thuật đồ hoạ

Kiến tạo đồ hoạ

Xử lý đồ hoạ

29

Phân loại theo hệtoạ độ

Kỹthuậtđồhoạhai chiều:là kỹthuậtđồhoạmáy tính sửdụng hệ toạ độhai chiều (hệtoạ độphẳng), sửdụng nhiều kỹ thuật xửlý bảnđồ, đồthị

Kỹthuậtđồhoạba chiều: kỹthuậtđồhoạmáy tính sửdụng hệ toạ độba chiều, địi hỏi nhiều tính tốn phức tạp nhiều so với kỹthuậtđồhoạhai chiều

Kỹ thuật đồ hoạ

Kỹ thuật đồ hoạ chiều

Kỹ thuật đồ hoạ ba chiều

30

Phân loại theo chức năng

z Kỹthuật xửlýảnh (COMPUTER IMAGING) z Kỹthuật nhận dạng (Computer Visiontechniques

(6)

31

Cácứng dụng tiêu biểu của kỹthuậtđồ

họa

z Xây dựng giao diện người dùng (User Interface) z Tạo biểuđồtrong thương mại, khoa học, kỹthuật,

minh họa

z Tự động hố văn phịng chếbảnđiện tử z Thiết kếvới sựtrợgiúp máy tính (CAD_CAM) z Lĩnh vực giải trí, nghệthuật mơ z Điều khiển trình sản xuất (Process Control) z Lĩnh vực bảnđồ(Cartography) GIS

32

33 34

Pixar: Monster’s Inc.

Square: Final Fantasy

(7)

37 38

Mơ hình Hệ đồhọa

Mơ hình hệ thống Mơ hình chức năng Các chuẩn của hệ đồhoạ

39 Application program Graphics system Graphics hardware Input and output devices Core, GKS, GKS-3D CGI (device interface) CGM (metafile) PHIGS (3D and realtime) X-window PHIGS+ (PEX) IGES OpenGL DirectX Metafiles Operating system Mô hìnhhệthống đồ họa

40

Hệthống đồhoạ

(Graphics System)

z Interface between application software and graphics hardware system

z 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

z Phần mềmđồhoạhệthống:

– Là tập hợp lệnhđồhoạcủa hệthống(graphics output commands), – Thực cơng việc hiển thịcái gì(what object) chúng hiển thịnhưthế

nào(how)

– Phần mềmđồhoạhệthống phần mềm xây dựng cơsởmột thểloại phần cứng nhấtđịnh phụthuộc vào phần cứng

z Phần cứngđồhoạ:

– Là tập hợp thiết bị điện tử(CPU, nhớ hình) giúp cho việc thực phần mềmđồhoạ

41

concerned with:

-hardware

-how to display (rasterization) concerned with:

-modeling

-modeling transf

-color models

-material property

-lighting property

G U I

MODELING RENDERING DISPLAYING

what is a table, a car, • • •

( to describe)

to the computer

Geometric Engine

(to capture)

the description create 2D image from 2D / 3D models Rendering Engine generate image on screen (to show) the image

Raster & Display Engine

concerned with :

-viewing & projection - drawing & clipping primitives

-local illumination & shading

-texture mapping

Thành phần chức năng của kỹ thuật đồ hoạ

42

3D Graphics Over World Wide Web

SRGP library Pascal / C program

X Window

System Graphics hardware

Image