Nghiên cứu một số kỹ thuật tạo chuyển động theo điểm điều khiển trong thực tại ảo

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG ĐINH THỊ HOA NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT TẠO CHUYỂN ĐỘNG THEO ĐIỂM ĐIỀU KHIỂN TRONG THỰC TẠI ẢO Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS ĐỖ NĂNG TỒN Thái Ngun – 2015 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN i http://www.lrc.tnu.edu.vn ````````````````````````````````````````` LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan tồn nội dung luận văn tự sƣu tầm, tra cứu xếp cho phù hợp với nội dung yêu cầu đề tài Nội dung luận văn chƣa đƣợc công bố hay xuất dƣới hình thức khơng đƣợc chép từ cơng trình nghiên cứu Tất phần mã nguồn chƣơng trình tơi tự thiết kế xây dựng, có sử dụng số thƣ viện chuẩn thuật toán đƣợc tác giả xuất cơng khai miễn phí mạng Internet Nếu sai tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Thái Nguyên, ngày tháng năm 2015 Ngƣời cam đoan Đinh Thị Hoa Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN i http://www.lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Trong trình học tập nghiên cứu lớp Cao học khóa 12 chun nghành Khoa học máy tính Khoa Công nghệ thông tin - Đại học Thái Nguyên, nhận đƣợc nhiều bảo, dìu dắt, giảng dậy nhiệt tình thầy, giáo Viện công nghệ thông tin Việt Nam Các thầy cô giáo quản lý khoa Công nghệ thông tin - Đại học Thái Nguyên giúp đỡ, tạo điều kiện tốt cho tơi q trình cơng tác nhƣ học tập Nhân dịp xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới tập thể thầy, cô giáo Viện công nghệ thông tin Việt Nam, thầy cô giáo Khoa công nghệ thông tin - Đại học Thái Nguyên Tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Đỗ Năng Tồn cho tơi nhiều ý kiến đóng góp q báu, tận tình hƣớng dẫn tạo điều kiện cho tơi hồn thành tốt luận văn tốt nghiệp Tôi xin cảm ơn đồng nghiệp ngƣời thân động viên, giúp đỡ tơi q trình nghiên cứu thực luận văn Quá trình thực đề tài khơng tránh khỏi thiếu sót, mong tiếp tục nhận đƣợc đóng góp ý kiến thầy, cô giáo, bạn đồng nghiệp đề tài nghiên cứu để đề tài đƣợc hồn thiện Tơi xin trân trọng cảm ơn! Thái Nguyên, ngày tháng Đinh Thị Hoa ii năm 2015 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT STT Ký hiệu/ Chữ viết tắt Viết đầy đủ Ý nghĩa FK Forward kinematics Điều khiển tiến HD History Dependent Lƣợc sử phụ thuộc HI History Independent Lƣợc sử độc lập HMD Head Mounted Display IK Inverse kinematics Điều khiển ngƣợc VR Virtual Reality Thực ảo 3D Three Dimension Ba Chiều Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN Mũ đội đầu có hiển thị http://www.lrc.tnu.edu.vn iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1 Giao diện ngƣời sử dụng hệ thống máy tính 3D Hình Thiết bị mơ phịng Sensorrama - 1960 Hình Thiết bị mô HMD-1970 Ivan Sutherland Hình Thiết bị VIDEOPLACE-1970 Myron Kreuger Hình Thiết bị HMD-1984 NASA Hình Các thành phần hệ thống VR Hình Mơ thiết kế kiến trúc cầu 3D 11 Hình Mơ thiết kế kiến trúc nhà 3D 12 Hình Ứng dụng cơng nghệ VR huấn luyện tập nhảy dù 13 Hình 10 Ứng dụng cơng nghệ VR đào tạo phẫu thuật ảo 14 Hình 11 Ứng dụng công nghệ VR Du lịch 15 Hình 12 Các logo phim dùng 3D ảo 16 Hình 13 Hệ thống lĩnh vực giải trí 3D 16 Hình 14 Dàn máy tính HP cấu hình cao hỗ trợ xử lý đồ họa 3D 17 Hình 15 Chuột SpaceBall hệ thống VR khơng có tính nhúng 18 Hình 16 Máy chiếu cơng nghệ DLP hệ thống VR bán nhúng 19 Hình 17 Kính ShutterGlasses hệ thống VR Bán nhúng 20 Hình 18 Hệ thống chiếu ảnh rộng kết hợp 21 Hình 19 Thiết bị Data glove hệ thống VR nhúng tồn phần 22 Hình 20 Thiết bị HMD hệ thống VR nhúng toàn phần 23 Hình 21 Ba đặc tính VR 26 Hình Mơ tả chuyển động theo thời điểm 29 Hình 2 Một Zoetrope 31 Hình Nội suy tuyến tính cho Keyframe theo thời gian 36 Hình Nội suy bậc hai cho Keyframe 37 Hình Mơ tả chuyển động theo đƣờng cong xác định trƣớc 45 Hình Mơ tả chuyển động theo ràng buộc thuộc tính 47 Hình Tạo xƣơng cho khủng long 48 Hình Mơ hình khung xƣơng ngƣời 50 Hình Hình ảnh điều khiển IK đƣợc thêm cho nhánh xƣơng 53 Hình 10 Sử dụng giải pháp IK để làm cho bàn tay nhân vật đạt đƣợc mục tiêu 55 Hình 11 Một liên kết IK đơn 55 Hình 12 Một liên kết đôi IK 56 Hình 13 Một IK có nhiều giải pháp 57 Hình 14 Xoay liên kết cuối cách sử dụng kỹ thuật Phối hợp Descent Cylic cho IK 59 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN iv http://www.lrc.tnu.edu.vn Hình 15 Quay liên kết trung gian cách sử dụng kỹ thuật Phối hợp Descent Cylic cho giải pháp IK 60 Hình 16 Hệ thống xƣơng ứng dụng xử lý HI solver 63 Hình 17 Xác định chốt chuỗi xƣơng 65 Hình 18 Sử dụng IK để tạo chuyển động cho chân thao tác với bóng 67 Hình Trạng thái nghỉ (Idle) 71 Hình Tạo chuyển động cho cánh tay 72 Hình 3 Chuyển động kết hợp tay, đàu vai 73 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN v http://www.lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MỤC LỤC Chƣơng KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ TẠO CHUYỂN ĐỘNG TRONG THỰC TẠI ẢO 1.1 Khái quát thực ảo (Virtual Reality-VR) 1.1.1 Thế thực ảo? 1.1.2 Sơ lƣợc lịch sử phát triển thực ảo 1.1.3 Các thành phần hệ thống thực ảo 1.1.4 Các lĩnh vực ứng dụng thực ảo 10 1.1.5 Phân loại hệ thống thực ảo 17 1.2 Chuyển động thực ảo 25 1.2.1 Vai trò việc tạo chuyển động 25 1.2.2 Cơ sở lý thuyết tạo chuyển động 25 Chƣơng 29 MỘT SỐ KỸ THUẬT TẠO CHUYỂN ĐỘNG CHO ĐỐI TƢỢNG 3D 29 2.1 Chuyển động theo thời điểm (Keyframe Animation) 29 2.2 Chuyển động theo đƣờng cong xác định trƣớc (Path Animation) 45 2.3 Chuyển động không tuyến tính với đoạn (Non linear Animation With 46 Track) 46 2.4 Chuyển động theo ràng buộc thuộc tính (Set Driven Key) 47 2.5 Phân loại đối tƣợng dƣới góc độ chuyển động 48 2.5.1 Đối tƣợng có xƣơng 48 2.5.2 Đối tƣợng khơng có xƣơng 51 2.6 Hỗ trợ tạo chuyển động áp dụng cho đối tƣợng có xƣơng 51 2.6.1 Sử dụng điều khiển ngƣợc IK (Inverse kinematics) 52 2.6.2 Sử dụng điều khiển tiến FK (Forward kinematics) 66 CHƢƠNG 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 68 3.1 Bài toán 68 3.2 Phân tích tốn 68 3.3 Chƣơng trình 70 PHẦN KẾT LUẬN 74 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN vi http://www.lrc.tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, công nghệ thông tin phát triển triển mạnh mẽ đem lại thành tựu đáng kể cho nhiều lĩnh vực nhƣ y tế, giáo dục, kiến trúc, du lịch, giải trí,…Trên đà phát triển xuất mơ hình phát triển mà phạm vi ứng dụng có tiềm rộng lớn Cơng nghệ Thực ảo “Thực ảo” (virtual reality-VR) môi trƣờng ba chiều đƣợc phát sinh, tổng hợp điều khiển thông qua máy tính nhằm mục đích mơ lại giới theo tƣởng tƣợng ngƣời Nó cho phép ngƣời dùng thông qua thiết bị ngoại vi tƣơng tác với vật, tƣợng giới ảo giống nhƣ tƣơng tác với vật, tƣợng giới thực Có thể nói lĩnh vực thực ảo lĩnh vực vô rộng lớn cơng nghệ thơng tin Nó bao gồm nhiều hƣớng phát triển ứng dụng, khơng thể khơng nói tới vấn đề điều khiển mơ hình tạo chuyển động cho đối tƣợng cần thiết, quan trọng Việc tạo chuyển động đối tƣợng có nhiều kỹ thuật, ví dụ nhƣ: chuyển động theo thời điểm chính, chuyển động theo đƣờng cong xác định trƣớc, chuyển động khơng tuyến tính với đoạn, chuyển động theo ràng buộc thuộc tính, Khi có chuyển động, tƣơng tác đối tƣợng với đối tƣợng khác môi trƣờng xung quanh Từ mơ hình trở nên chân thực sống động Vậy làm để tạo chuyển động cho đối tƣợng để thể đƣợc hành vi, trạng thái đối tƣợng giới thực không đơn giản Việc đòi hỏi ngƣời tạo chuyển động phải hiểu rõ đƣợc đối tƣợng thực tế có kiến thức sâu hỗ trợ tạo chuyển động mà công cụ đƣa Xuất phát hồn cảnh từ thành thực ảo đem Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn lại nên định lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu số kỹ thuật tạo chuyển động theo điểm điều khiển thực ảo” việc làm khơng có ý nghĩa khoa học cịn mang đậm tính thực tiễn thực tế đặt yêu cầu đòi hỏi Nội dung luận văn đƣợc trình bày chƣơng: Chƣơng 1: Khái quát thực ảo tạo chuyển động thực ảo Trong chƣơng cung cấp cho ta nhìn tổng quan trình phát triển lĩnh vực ứng dụng thực ảo, đồng thời cung cấp nhìn khái quát tạo chuyển động thực ảo Tại chƣơng em đƣa sở lý thuyết để làm sở cho trình bày số kỹ thuật tạo chuyển động cho đối tƣợng 3D chƣơng Chƣơng 2: Một số kỹ thuật tạo chuyển động cho đối tƣợng 3D Trong chƣơng này, em xin giới thiệu bốn kỹ thuật tạo chuyển động cho đối tƣợng Đó tạo chuyển động theo thời điểm chính, tạo chuyển động theo đƣờng cong xác định trƣớc, tạo chuyển động không tuyến tính với đoạn, tạo chuyển động theo ràng buộc thuộc tính Ngồi chƣơng nghiên cứu đối tƣợng có xƣơng, đối tƣợng khơng xƣơng tìm hiểu số phƣơng pháp điều khiển chuyển động áp dụng cho đối tƣợng có xƣơng Chƣơng 3: Chƣơng trình thử nghiệm Chƣơng mơ chuyển động cho đối tƣợng có xƣơng Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Chƣơng KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ TẠO CHUYỂN ĐỘNG TRONG THỰC TẠI ẢO 1.1 Khái quát thực ảo (Virtual Reality-VR) 1.1.1 Thế thực ảo? Thực ảo thuật ngữ xuất phát triển mạnh vòng vài năm trở lại đây, trở thành ngành 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 thực ảo 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 ngũ giác gồm: thị giác, thính giác, xúc giác, khứu giác vị giác [6] Hình 1 Giao diện ngƣời sử dụng hệ thống máy tính 3D Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn quan trọng phép điều khiển HI Solver khả tạo đƣợc nhiều chuỗi hệ thống để tăng thêm phần điều khiển cục Một ví dụ Cánh tay Bàn tay ngƣời Một giải pháp chạy từ vai đến ngón tay để điều khiển tồn hệ thống Một giải pháp khác chạy từ cổ tay đến ngón tay để điều khiển bàn tay giải pháp khác chạy từ cổ tay lên đến vai để điều khiển cách tay Điều cho phép bạn cần điều chỉnh cho chuỗi dễ dàng chuyển động 2.6.1.2 HD (History Dependent) Solver Bộ xử lí HD xử lí thích hợp với máy móc hoạt ảnh, đặc biệt máy hoạt ảnh với phần lƣớt (slide) Nó cho phép ta thiết lập giới hạn khớp nối thứ tự trƣớc sau Bộ xử lí HD hoạt động tốt chu trình hoạt ảnh ngắn Trong chu trình, xử lí sau nhiều thời gian để tính tốn giải pháp Nó cho phép ta kết nối hiệu ứng cuối tới đối tƣợng Nó sử dụng hệ thống tắt dần để xác định tham số khớp nối Nó cho phép trƣợt giới hạn khớp nối mà đƣợc kết hợp với hoạt ảnh IK Không giống nhƣ xử lí HI IK cho phép trƣợt giới hạn khớp nối sử dụng chuyển động FK 2.6.1.3 IK Limb Solver Bộ xử lí limb IK hoạt động xƣơng chuỗi mắt xích Nó phận phân tích hoạt động nhanh Viewport, đƣợc sử dụng để tạo hoạt ảnh cho tay chân mơ hình ngƣời Bộ xử lí limb IK cho trị chơi game Bộ xử lí limb IK sử dụng nhanh ta muốn tạo khung hoạt ảnh Nó sử dụng góc quay để điều chỉnh solver plane đặt vị trí gấp khúc khớp xoay Ta đặt đích góc quay tới vật 64 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn thể khác để tạo chuyển động cho Bộ xử lí limb IK sử dụng góc thích hợp để xác định đƣợc hƣớng xoay, khớp xoay đƣợc uốn cong cách xác Nó cho phép ta chuyển IK FK cách thiết lập điều khiển IK thời điểm Nó có IK đặc biệt để FK đƣa chức bạn sử dụng IK để tạo khoá FK 2.6.1.4 Spline IK Solver Bộ xử lí Spline IK sử dụng chốt để xác định độ cong chuỗi xƣơng đối tƣợng đƣợc liên kết Các đỉnh chốt Spline IK đƣợc gọi nút Giống nhƣ đỉnh, nút đƣợc chuyển động đƣợc để thay đổi độ cong chốt Số lƣợng khớp nối số lƣợng xƣơ ng Điều tạo dễ dàng để việc tạo hoạt ảnh cho cấu trúc xƣơng với khớp nối Hình 17 Xác định chốt chuỗi xƣơng 65 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Spline IK cung cấp hệ thống hoạt ảnh linh động xử lí IK khác Các nút đƣợc chuyển động nơi khơng gian ba chiều, cấu trúc liên kết đƣợc tạo hình cách phức tạp Một đối tƣợng trợ giúp đƣợc đặt tự động nút Spline IK đƣợc phân bổ Mỗi nút đƣợc liên kết với phận trợ giúp tƣơng ứng Vì nút đƣợc dịch chuyển cách dịch chuyển trợ giúp Khơng giống nhƣ xử lí HI, hệ thống Spline khơng sử dụng mục tiêu Các vị trí nút không gian ba chiều nhân tố định tới hình dạng cấu trúc liên kết Các nút quay co dãn không ảnh hƣởng tới chốt trụ cấu trúc 2.6.2 Sử dụng điều khiển tiến FK (Forward kinematics) Ta thao tác đỉnh hệ đẳng cấp để tạo chuyển động cho chuỗi FK có đặc trƣng sau:  Cấp bậc liên kết từ cha đến  Kế thừa thay đổi vị trí, xoay co dãn từ cha tới  Khi đối tƣợng liên kết với nhau, đối tƣợng trì vị trí, quay co dãn mối quan hệ với đối tƣợng cha Những thay đổi nhịp nhàng từ trụ cha tới trụ Ta dịch chuyển, xoay co dãn  Đối tƣợng kế thừa thay đổi cha nó, đối tƣợng cha lại kế thừa thay đổi từ đối tƣợng có cấp bậc cao (tổ tiên) Tuy nhiên, với điều khiển FK đối tƣợng không bị cƣỡng ép việc liên kết với đối tƣợng cha Ta dịch chuyển, xoay co dãn đối tƣợng độc lập với đối tƣợng cha Ngƣợc lại với điều khiển ngƣợc IK, điều khiển tiến FK yêu cầu xoay khớp xƣơng lần lƣợt tới có đƣợc vị trí mong muốn cho cảnh Việc phù hợp với chuyển động đơn giản cịn mơ hình u cầu 66 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn chuyển động phức tạp dùng FK chậm khơng phù hợp gây cảm giác không uyển chuyển chán nản, trƣờng hợp FK đƣợc dùng để hỗ trợ cho IK Hình 18 Sử dụng IK để tạo chuyển động cho chân thao tác với bóng 67 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn CHƢƠNG 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3.1 Bài tốn Để củng cố phần lý thuyết đề ra, chọn kỹ thuật đƣa phần để mô đối tƣợng cụ thể, chuyển động ngƣời lính gác cổng Bài toán đƣợc đặt nhƣ sau: - Đầu vào Mơ hình nhân vật 3D, dƣới dạng lƣới đa giác (thƣờng tam giác), khung xƣơng tƣơng ứng Ở đây, tơi sử dụng khung xƣơng có sẵn đƣợc thiết kế đăng tải miễn phí mạng internet  Mơ hình bề mặt (mesh)  - Dữ liệu animation (khung xƣơng) Đầu ra: + Chuyển động mơ hình theo khung xương 3.2 Phân tích tốn Trong Bài tốn “mơ chuyển động ngƣời lính gác cổng” tạo diễn hoạt cho cánh tay ngƣời cần điều khiển chuyển động cánh tay ngƣời lính cách uyển chuyển giống thật Trong thực tế, hầu hết cánh tay chuyển động từ vai, sau đến cùi chỏ, sau cổ tay Do đó, sử dụng kỹ thuật FK gần giống với tự nhiên Tuy nhiên, có chút phức tạp với IK – theo phƣơng pháp này, cổ tay di chuyển đầu tiên, phần lại cánh tay di chuyển theo nó, khiến trơng nhƣ cánh tay tự di chuyển Nhiệm vụ ta làm có cảm giác nhƣ vai dẫn chuyển động, chí ta đặt vị trí cho cổ tay trƣớc tiên 68 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Một điều quan trọng khác diễn hoạt ngƣời yêu cầu phải có gắn kết phần thể Khi ngƣời di chuyển cột sống, đôi tay di chuyển Khi bạn giơ tay lên, cột sống di chuyển Một lần nữa, điều dễ đạt đƣợc với FK Nếu ta có cánh tay với FK ta di chuyển thể cánh tay (cả cổ tay) di chuyển theo, ta nhận thấy cánh tay đƣợc kết nối với toàn thể Với cánh tay IK, chuyển động cột sống không tự động ảnh hƣởng đến vị trí cổ tay Ta di chuyển thể cổ tay nguyên vị trí cũ Vì thế, đơi ta có cảm giác nhƣ cánh tay (cổ tay) độc lập với thể Vậy, tạo diễn hoạt IK cho cánh tay, ta phải cố để truyền tải cảm giác chuyển động đƣợc làm chủ đôi vai, khơng phải cánh tay làm chủ Cơ bản, ta phải xử lý với IK, diễn hoạt cổ tay, cùi chỏ y nhƣ cách di chuyển cánh tay thật Ta cần xác định vị trí cánh tay, đảm bảo cho di chuyển cùi chỏ truyền tải ý tƣởng: chuyển động đƣợc đôi vai Phải thực ý đến cùi chỏ, nhƣ xƣơng đòn ngực làm việc với IK Tuy nhiên cần gắn vật vào tay nhân vật, chẳng hạn nhƣ đèn giải pháp FK đem lại nhiều phức tạp Bởi chuyển động nhỏ cổ tay dẫn đến thay đổi lớn vị trí đèn Khi ta phải chỉnh lại đƣờng cong di chuyển đèn cho đầu đèn trạm đến đích Chỉnh cách vừa làm bàn tay bị bất động lãng phí thời gian Ngồi ra, sử dụng FK, góc cổ tay bị ảnh hƣởng dịch chuyển (translation) khuỷu tay, cổ tay, khuỷu tay bị ảnh hƣởng chuyển động vai Thông thƣờng, điều tuyệt, giúp diễn hoạt ta có cảm giác liên kết cánh tay, nhƣng ta muốn giới hạn chuyển động cổ tay, ta thực nhiều công sức để điều chỉnh đƣờng chuyển động (curves), góc cổ tay chịu ảnh hƣởng yếu tố khác nhau, yếu tố lại ảnh hƣởng lẫn 69 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Do đó, kỹ thuật điều khiển ngƣợc IK đƣợc áp dụng để giải việc tính tốn tham số vị trí hƣớng quay thời điểm cho thành phần khung xƣơng Sử dụng Open GL việc draw mơ hình lên hình thông qua lệnh nhƣ: glDraw(), glVertex3fv (), glColor3f () …Tạo góc nhìn cho chƣơng trình glViewport(), gluPerspective()… Tại chuyển động có thơng tin số khớp biến đối, thông tin trạng thái đầu trạng thái cuối (vị trí, hƣớng) để tạo chuyển động sử dụng kỹ thuật nội suy để suy diễn trạng thái trung gian trạng thái đầu trạng thái cuối 3.3 Chƣơng trình Hệ thống mơ thử nghiệm chuyển động cho đối tƣợng có xƣơng ngƣời gác cổng thông qua sử dụng ngôn ngữ lập trình Visual C ++, thƣ viện đồ hoạ OpenGL Các bƣớc thuật toán: Load mesh (vertieces, indexs, nomals, texcoord, texture), animation (hệ thống phân cấp khớp, số lƣợng frame) Tính tốn tham số vị trí hƣớng thời điểm t cho khớp theo frame Xây dựng xƣơng cho hành động Tính tốn tác động ngƣợc lại mesh Render kết Tại thời điểm ban đầu, mơ hình trạng thái nghỉ Sau vị trí mục tiêu đƣợc xác định cho chuyển động Việc tính tốn vị trí hƣớng cho thành phần mơ hình khung xƣơng chuyển động sử dụng công thức trình bày phần 2.2 chƣơng - Các tham số cài đặt chƣơng trình 70 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn + Các thông tin mesh: Vertieces, indexes, nomals… + Các thông tin skeleton: số lƣợng joint, sơ đồ phân cấp joint, ảnh hƣởng tƣơng ứng bề mặt joint… + Tại frame có tham số vị trí đầu cuối joint (tạo độ, hƣớng) Dƣới chọn số chuyển động đặc biệt ngƣời gác cổng chẳng hạn nhƣ: chuyển động tay soi đèn, di chuyển tai, vai đầu nhìn quan sát Hình Trạng thái nghỉ (Idle) Tại trạng thái này, ta nhìn thấy hình dạng ban đầu ngƣời lính gác cổng Các đƣờng kẻ màu xanh tƣợng trƣng cho xƣơng, vết chấm màu đỏ tƣợng trƣng cho khớp nối cấu trúc khung xƣơng Khi cánh tay chuyển động ta thấy chuyển động khớp nối xƣơng bị thay đổi nhƣ hình 3.2 71 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Hình Tạo chuyển động cho cánh tay 72 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn Hình 3 Chuyển động kết hợp tay, đàu vai 73 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn PHẦN KẾT LUẬN Mô chuyển động động vật có xƣơng sống có nhiều ứng dụng lĩnh vực nhƣ : Cơng nghệ thơng tin, giải trí, quảng cáo, tạo mơ hình ảo, kỹ thuật số, Trên giới, có nhiều nhà nghiên cứu đƣa phƣơng pháp mơ hình hóa nhân vật ảo chuyển động cách nhịp nhàng sinh động giống nhƣ thực tế Tuy nhiên, Việt Nam vấn đề đƣợc nghiên cứu, nhiều vấn đề cần quan tâm Với mục tiêu nghiên cứu số kỹ thuật điều khiển chuyển động cấu trúc động vật có xƣơng sống Trong luận văn này, với nỗ lực, cố gắng thân với hƣớng dẫn nhiệt tình thầy giáo PGS.TS Đỗ Năng Tồn, tơi đạt đƣợc số kết sau :  Trình bày khái quát thực ảo tốn Mơ chuyển động động vật có xƣơng sống  Trình bày số phƣơng pháp xây dựng cấu trúc khung xƣơng sống đối tƣợng có xƣơng sống  Hệ thống hóa số kỹ thuật thể chuyển động động vật có xƣơng sống  Cài đặt thử nghiệm chƣơng trình thể chuyển động động vật có xƣơng sống dựa vào kỹ thuật hệ thống đƣợc  Nghiên cứu công cụ đồ hoạ chuyên nghiệp 3DsMax, Maya, củng cố kỹ lập trình Visual C++ Tìm hiểu ngơn ngữ lập trình VRML OpenGL 74 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn  Tự thiết kế chƣơng trình demo sử dụng kĩ thuật nghiên cứu để kiểm chứng thể kiến thức nghiên cứu, tìm hiểu *Kiến nghị hƣớng nghiên cứu tiêp theo Trên sở kết đạt đƣợc Thì luận văn cịn số hạn chế định Do tơi có số kiến nghị hƣớng nghiên cứu nhƣ: - Tìm hiểu lý thuyết giải phẫu muscle động vật, mối liên hệ chuyển động cấu trúc skeleton đến muscle Trên sở đó, phát triển chƣơng trình để có chuyển động đẹp hơn, chân thực sống động tạo - Trình bày chi tiết vào việc tìm hiểu đƣợc mối ràng buộc thuộc tính, đối tƣợng chuyển động, ràng buộc chuyển động với bề mặt đối tƣợng Việc tạo mối ràng buộc thuộc tính đối tƣợng chuyển động khó khăn phức tạp, thực tốt tạo hoạt cảnh chuyển động linh hoạt phức tạp Nếu có điều kiện tƣơng lai khơng xa tơi bổ sung phần cho hồn thiện - Nâng cao kỹ phân tích kỹ thuật tạo chuyển động, đảm bảo tính thẩm mỹ chuyên nghiệp chƣơng trình đồ hoạ vi tính Tiến tới tạo kết xuất chƣơng trình lớn đáp ứng đƣợc u cầu tích hợp vào hệ mô chuyển động thƣơng mại - Kết hợp nhuần nhuyễn kỹ thuật tạo chuyển động hiệu ứng thực ảo Mặc dù cố gắng nhƣng thời gian trình độ cịn có hạn chế định nên luận văn chắn không tránh khỏi khiếm khuyết định Trong tƣơng lai, cố gắng để hoàn thiện đƣợc hạn chế, phát 75 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn triển đƣợc vấn đề nêu, đặc biệt đƣa đƣợc kết khả quan cho đề tài Rất mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp thầy q vị độc giả để luận văn ngày đƣợc hoàn thiện Cuối cùng, xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đỗ Năng Tồn tận tình giúp đỡ em việc hồn thành khóa luận tốt nghiệp Tơi xin cảm ơn tới thầy, cô Viện công nghệ thông tin tạo điều kiện tốt để em hồn thành đề tài này, cảm ơn thầy cơ, bạn học viên lớp cao học khóa 12 – CNTT – ĐHTN động viên, giúp đỡ tơi suốt thời gian qua 76 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Quang Huy, Tín Dũng, (2004), Đồ họa máy tính 3DSMax vẽ phối cảnh ảnh 3chiều, NXB Thống Kê, Tr 37-96 [2] Lê Tấn Hùng, Huỳnh Quyết Thắng (2004), Đồ họa máy tính, NXB Khoa học kỹ thuật, Tr 40-50 [3] Nguyễn Công Minh, (2009), 3DS Max 2009, NXB Hồng Đức, Tr 45-85 [4] Lƣu Triều Nguyên, (2002), Thiết Kế chiều với 3DS Max 4, NXB Lao Động - Xã Hội, Tr 445-494, Tr 589-595 [5] Lƣu Triều Nguyên, (2006), Các thủ thuật 3DSMax, NXB Lao Động - Xã Hội, Tr 131-145 [6] Nguyễn Huy Sơn (2006), “Virtual Reality Technologie - Công nghệ Thực ảo ”, http://tusach.thuvienkhoahoc.com [7] Lê Huy Vần (2005), Nghiên cứu phát va chạm ứng dụng, Khoá luận văn tốt nghiệp, ĐH Công nghệ -ĐHQG Hà Nội, Tr 41-50 [8] Đề tài “Ứng dụng công nghệ thực ảo Virtual Reality-VR bảo tàng di sản”, Đề tài trọng điểm cấp Viện KH CN Việt Nam 20042006 Tiếng Anh [9] Applications, Hardware - Virtual Reality; http://vresources.org/ [10] Animation - Keyframe, IK; http://www.autodesk.com/techpubs/aliasstudio/2010/index.html?url=Ani mationIKAddIKhandle.htm,topicNumber=d0e213743 77 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn [11] Department of Informatics Umể University S-901 87 UMỂ, Sweden, “Virtual Reality in Medicine: Survey of the State of the Art” [12] GameCharDevCh03 - Game Character Development with Maya Antony Ward Copyrigh @ 2005 by Antony Ward; http://www.peachpit.com [13] Getting Stated with Maya; http://www.scribd.com/doc/11061465 [14] Henry David (2005), “MD5Mesh and MD5Anim files formats”, http://tfc.duke.free.fr/coding/md5-specs-en.html [15] Keyrame Animation; http://www.cadtutor.net/dd/bryce/anim/anim.html [16] Learning Mayay - Character Rigging And Animation http://www.learning-maya.com/24-0-character-setup-tutorials.html [17] Leonard McMillan, Julie Dorsey, Robert Jagnow(2001), “Real-Time Simulation of Deformation and Fracture”, The Eurographics Association [18] Martin John Baker (2006), “Physics - Collision in dimensions”, http://www.euclideanspace.com/physics/dynamics/collision/oned/index.h tm [19] Rui Pires, Tiago Rodrigues, José Miguel Salles Dias (2004), "d4md - deformation system for a vehicle simulation game", http://pwp.netcabo.pt/0175938601/d4md [20] The Art of Maya character Animation; http://www.highend3d.com 78 Số hóa Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ... trình bày số kỹ thuật tạo chuyển động cho đối tƣợng 3D chƣơng Chƣơng 2: Một số kỹ thuật tạo chuyển động cho đối tƣợng 3D Trong chƣơng này, em xin giới thiệu bốn kỹ thuật tạo chuyển động cho đối... tạo chuyển động theo thời điểm chính, tạo chuyển động theo đƣờng cong xác định trƣớc, tạo chuyển động khơng tuyến tính với đoạn, tạo chuyển động theo ràng buộc thuộc tính Ngồi chƣơng nghiên cứu. .. địi hỏi ngƣời tạo chuyển động phải hiểu đƣợc đối tƣợng thực tế chuyển động chúng Có nhiều cách tạo chuyển động song có bốn kỹ thuật tạo chuyển động nhƣ sau: 2.1 Chuyển động theo thời điểm (Keyframe