Một số dạng nguồn sáng và sự chiếu sáng trong thực tại ảo

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG MÔNG ĐỨC HÙNG MỘT SỐ DẠNG NGUỒN SÁNG VÀ SỰ CHIẾU SÁNG TRONG THỰC TẠI ẢO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên, 2018 PHỤ LỤC LỜI NÓI ĐẦU CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ BÀI TOÁN CHIẾU SÁNG TRONG THỰC TẠI ẢO 1.1.Khái quát thực ảo 1.1.1 Thực ảo gì? 1.1.2 Các thành phần hệ thống thực tế ảo (Virtual Reatily – VR) 1.1.2.1 Phần mềm 1.1.2.2 Phần cứng 14 1.1.3 Các lĩnh vực ứng dụng Thực ảo 17 1.2 Bài toán chiếu sáng thực ảo 19 1.2.1 Khái quát chiếu sáng 19 1.2.2 Một số ứng dụng chiếu sáng ảnh 22 1.2.3 Một số hình ảnh chiếu sáng 22 CHƯƠNG MỘT SỐ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG CƠ BẢN 25 2.1 Nguồn sáng 25 2.1.1 Các đơn vị sử dụng đo lường ánh sáng 25 2.1.2 Các loại nguồn sáng thực ảo 29 2.1.3 Các hướng chiếu sáng 30 2.1.3.1 Chiếu sáng diện (Front lighting) 31 2.1.3.2 Chiếu sáng bên (Side Lighting) 31 2.1.3.3 Chiếu sáng phía sau (Back lighting) 32 2.1.3.4 Chiếu sáng từ phía (Top Lighting) 33 2.1.3.5 Chiếu sáng từ phía (Below Lighting) 34 2.2.Kỹ thuật Phong Shading 36 2.3 Kỹ thuật phản chiếu ngược Phong Shading 38 2.4 Kỹ thuật Gouraud Shading 39 Chương CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 43 3.1.Phân tích, u cầu tốn 43 3.2.Phân tích thiết kế chương trình 43 3.2.1 Khối Modul thực mở ảnh 43 3.2.2 Khối Modul thực xử lý thêm nguồn sáng vào ảnh 46 3.2.3 Khối Modul thực thêm nguồn sáng 49 3.2.4 Khối Modul thực thiết lập thông số nguồn sáng 52 3.2.5 Khối Modul thực kiện thay đổi nguồn sáng 63 3.2.6 Khối Modul thực hiển thị kết xử lý ảnh 74 3.3.Một số kết chương trình 77 3.3.1 Giao diện chương trình 77 3.3.2.Thực mở ảnh 78 3.3.3 Thiết lập màu, tọa độ nguồn sáng, kiểu chiếu sáng,… 78 3.3.4 Xử lý chiếu sáng ảnh kết 79 3.3.5 Thêm nhiều nguồn sáng đồng thời 80 KẾT LUẬN 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO 83 LỜI CAM ĐOAN Tôi Mông Đức Hùng xin cam đoan nội dung trình bày luận văn kết tìm hiểu, nghiên cứu thân hướng dẫn PGS.TS Đỗ Năng Toàn nhà nghiên cứu trước Nội dung tham khảo, kế thừa, phát triển từ cơng trình cơng bố trích dẫn, ghi rõ nguồn gốc Kết mơ phỏng, thí nghiệm lấy từ chương trình thân Nếu có sai phạm tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm Người cam đoan Mông Đức Hùng LỜI CẢM ƠN Trong trình thực luận văn gặp nhiều khó khăn tơi ln nhận quan tâm, giúp đỡ từ thầy cô, đồng nghiệp bạn bè người thân Đây nguồn động lực giúp tơi hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời chân thành cảm ơn tới PGS.TS Đỗ Năng Tồn tận tình giúp đỡ, hướng dẫn bảo q trình thực luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn tới quý thầy, cô trường Đại học Công nghệ thông tin truyền thông - Đại học Thái Nguyên tận tình bảo, truyền đạt kiến thức qúy báu giúp tơi hồn thành nhiệm vụ học tập suốt thời gian theo học trường Q thầy giúp tơi có kiến thức quan trọng lĩnh vực Công nghệ thông tin, tảng vững cho nghiên cứu thân thời gian tới Tôi xin cảm ơn anh em, đồng nghiệp giúp đỡ, ủng hộ tinh thần thời gian tham gia học tập Cuối cùng, xin cảm ơn tất người luôn quan tâm, sẻ chia động viên Thái Nguyên, ngày tháng năm 2019 Người thực Mơng Đức Hùng LỜI NĨI ĐẦU Trong năm gần đây, công nghệ thông tin ứng dụng mạnh mẽ hầu hết lĩnh vực Các ứng dụng vào sống ngày phong phú, đa dạng thiết thực Từ lĩnh vực khoa học bản, đến lĩnh vực kinh tế, kỹ thuật lĩnh vực giải trí, du lịch; khơng lĩnh vực khơng có ứng dụng thiết thực hiệu công nghệ thông tin Sự phát triển không ngừng sức mạnh máy tính làm cho số lĩnh vực khó phát triển trước kia, có khả phát triển đạt thành tựu đáng kể; là: Các hệ chuyên gia, hệ xử lý thời gian thực,v.v… lĩnh vực phát triển mạnh giới, cơng nghệ mơ Việc “tái tạo” tượng, vật giới thực máy tính có nhiều tác dụng Trong giải trí, giúp xây dựng trò chơi sống động, gần gũi với người tạo sức lôi mạnh mẽ Trong xây dựng, việc dựng mơ hình thực ảo cho phép có nhìn trực quan, xác để đưa định, sáng kiến thiết kế cơng trình xây dựng đắn Trong giáo dục, thí nghiệm, ví dụ mơ tả sát thực máy tính giúp cho người học hứng thú hơn, kiến thức thể rõ hơn, trực quan hơn, đầy đủ “Thực ảo” lĩnh vực nhằm mô giới thực người vào máy tính, mà người tương tác cảm nhận giới thực Để mô giới thực máy tính, thiết mơi trường giới thực cần mơ phỏng; nguồn sáng chiếu thành phần quan trọng thiếu Xuất phát từ thực tế đó, tơi chọn đề tài: “Một số dạng nguồn sáng chiếu sáng thực ảo” Nội dung luận văn chia làm phần chính: Chương 1: Tổng quan thực ảo toán chiếu sáng thực ảo - Khái quát thực ảo - Bài toán chiếu sáng thực ảo Chương 2: Một số kỹ thuật chiếu sáng Hệ thống hóa số kỹ thuật chiếu sáng thực ảo: - Nguồn sáng - Kỹ thuật Phong Shading - Kỹ thuật phản chiếu ngược Phong Shading - Kỹ thuật Gouraud Shading Chương 3: Chương trình thử nghiệm Xây dựng nguồn sáng chiếu sáng số thí nghiệm dựa kỹ thuật mơ hình hóa CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ BÀI TOÁN CHIẾU SÁNG TRONG THỰC TẠI ẢO 1.1 Khái quát thực ảo 1.1.1 Thực ảo gì? Thực tế ảo hay thực ảo môi trường người giả lập qua phân mềm chun dụng Nó hiển thị qua hình máy tính hay thơng qua kính thực tế ảo nhằm đem lại trải nghiệm thực tế cho người xem họ khơng gian Để gia tăng tính trải nghiệm, số mơi trường cịn kèm với giác quan khác âm thanh, chuyển động Cần phân biệt rõ phim 3D phim thực tế ảo Mặc dù thể loại phim có cách hoạt động tương đối giống cho hình ảnh chiều mắt người xem phim 3D, người xem không tương tác với môi trường phim cịn phim thực tế ảo ta khơng cảm giác môi trường chiều thực mà cịn tương tác với mơi trường Hình 1.1 : Lấy ví dụ phim ứng dụng công nghệ real 3D Madagascar Đối với 3D, bạn khơng thể xem phía nước ơng có mặc quần chip hay khơng cịn thực tế ảo, bạn hồn tồn làm điều Hình 1.2 : Cơng nghệ thực tế ảo khơng cho phép bạn xem, cịn cho phép bạn sống giới 1.1.2 Các thành phần hệ thống thực tế ảo (Virtual Reatily – VR) 1.1.2.1 Phần mềm Phần mềm linh hồn hệ thống VR Khơng có dù phần cứng có mạnh vơ nghĩa (giống có trai mà khơng có gái trai có mạnh đến đâu dẹp) Nếu phần cứng cung cấp cần thiết để mơi trường hoạt động phần mềm cung cấp mơi trường Về ngun tắc tạo mơi trường ảo ngơn ngữ lập trình OpenGL, C++, Java3D, X3D , phần mềm đồ họa thương mại WorldToolKit, Peopleshop, hay phần mềm làm game Unity 3D, Unreal Engine hỗ trợ việc tạo nên môi trường ảo Và đa phần nhà sản xuất VR tiếng Oculus, Google phát hành API cho phép bạn tạo nên môi trường ảo nhanh dễ dàng (bạn truy cập link bên để sử dụng api google oculus nhé) Nói thêm rằng, VR phải đáp ứng cơng dụng tạo hình mơ Về việc tạo hình thực phần mềm hay sử dụng phần mềm trung gian phần mềm đồ họa AutoCAD, 3d Studio, 3Ds Max, Maya Mô khả mô phản ứng vật lý động học, va chạm, động lực học mô ứng xử đối tượng áo dính nước màu áo phải đậm hơn, cốc rơi xuống bể Hình 1.3: Một vật cạn có trạng thái khác vật nước Trên thực tế, để có trải nghiệm hồn hảo Người ta thường sử dụng thiết bị kèm kính thực tế ảo Nó có tác dụng nào? Lấy ví dụ Google CardBoard Google Hình 1.3: Một vật cạn có trạng thái khác vật nước Nếu nhìn vào, bạn thấy Google CardBoard có khung nhìn kèm theo thấu kính tương ứng với vị trí mắt phải mắt trái Phía trước khu vực 69 } CString vl; if (myS[i].type==0){ vl.Format("Oy:%d",slb1->GetPos()); tb1->SetWindowText(vl); vl.Format("Ox:%d",slb2->GetPos()); tb2->SetWindowText(vl); // Preview(i); }else{ vl.Format("Oy:%d",slb1->GetPos()-Wh/2); tb1->SetWindowText(vl); vl.Format("Ox:%d",slb2->GetPos()-Hi/2); tb2->SetWindowText(vl); // Preview(i); 70 } *pResult = 0; if(QP) OnButtonLight(); } void Cpr1View::OnChangeType() { // TODO: Add your control notification handler code here CMainFrame *frm = (CMainFrame*)CWnd::GetParentFrame(); CListBox *myList = (CListBox*)frm- >m_wndDlgBar.GetDlgItem(IDC_LIST_L IGHT); CButton *ctrl1 = (CButton*)frm- 71 >m_wndDlgBar.GetDlgItem(IDC_RAD IO1); CButton *ctrl2 = (CButton*)frm- >m_wndDlgBar.GetDlgItem(IDC_RAD IO2); int i = myList->GetCurSel(); if (iSetCheck(0) ; ctrl2- >SetCheck(0) ; ::AfxMessageBox("Ban chua chon nguon sang!"); return; } i = ctrl1>GetCheck(); if (i==1) myS[curSource].type = 0; else 72 myS[curSource].type = 1; if(QP) OnButtonLight(); } void Cpr1View::RemoveLightSource() { // TODO: Add your control notification handler code here int i; CMainFrame *frm = (CMainFrame*)CWnd::GetParentFrame(); CListBox *myList = (CListBox*)frm- >m_wndDlgBar.GetDlgItem(IDC_LIST_LIGHT); i = myList>GetCurSel(); if (countS=countS-1) act[i] = 0; else for (i=i;i=0;i-) if (act[i]= =1){ myList>SetCurSel(i) ; curSource = i; break; } coun tS-; if(Q P) OnButtonLight(); } 3.2.6 Khối Modul thực hiển thị kết xử lý ảnh void Cpr1View::OnDraw(CDC* pDC) 75 { Cpr1Doc* pDoc = GetDocument(); ASSERT_VALID(pDoc); if (!pDoc) return; a TODO: add draw code for native data here RECT rc; if (zoomV==0){ if (Wh/600>= Hi/800) zoomV = 800/Wh; else zoomV = 600/Hi; 76 } rc.left = 1; rc.right = (long)(Wh*zoomV); rc.bottom = (long)(Hi*zoomV); rc.top = 1; if(daDocAnh){ fip>draw(pDC>m_hDC,rc); long nwh = Wh; long nhi = Hi; nwh = long(nwh*scaleFactorDr aw); nhi = long(nhi*scaleFactorDr aw); CSize s = CSize(Wh,Hi); SetScrollSizes(MM_TEXT ,s); } 77 } 3.3 Một số kết chương trình 3.3.1 Giao diện chương trình Các chức chương trình bao gồm : (1) Mở ảnh mới: Chọn đường dẫn tới thư mục chứa ảnh hiển thị ảnh lên chương trình,… (2) Thêm nguồn sáng mới: Chức cho ta thêm nhiều nguồn sáng khác lúc vào ảnh để chỉnh sửa ảnh mong muốn (3) Chọn tọa độ nguồn sáng (4) Chọn kiểu nguồn sáng, màu sắc cho nguồn sáng (5) Chọn cường độ sáng (6) Chọn bán kính nguồn sáng (7) Chọn phạm vi chiếu sáng (8) Thực xử lý chiếu sáng 78 3.3.2.Thực mở ảnh 3.3.3 Thiết lập màu, tọa độ nguồn sáng, kiểu chiếu sáng,… 79 3.3.4 Xử lý chiếu sáng ảnh kết 80 3.3.5 Thêm nhiều nguồn sáng đồng thời 81 82 KẾT LUẬN Hiểu nắm rõ kỹ thuật chiếu sáng ảnh, hiểu rõ Phong shading, phép nội suy Phong, phép phản chiểu ngược Phong, Gouraud shading, tính bất biến màu sắc xây dựng ứng dụng mơ hình chiếu sáng ảnh Với việc xây dựng ứng dụng mơ hình chiếu sáng ảnh giúp cho điều chỉnh ảnh khơng gian, thời gian linh hoạt hơn, có tính sáng tạo hồn cảnh cụ thể Ứng dụng giúp có thêm lựa chọn cho công cụ phục vụ cho lĩnh vực nghệ thuật khác Nghiên cứu kỹ thuật chiếu sáng ảnh giúp cho việc hoàn thiện ảnh mơi trường khác Từ việc hồn thiện việc chiếu sáng cho ảnh giúp cho cơng nghệ xử lý ảnh hồn thiện hơn, làm cho nghệ thuật tranh ảnh phát triển, v.v Hướng phát triển đề tài: Sau nghiên cứu, tìm hiểu kỹ thuật chiếu sáng ảnh xây dựng ứng dụng thử nghiệm sử dụng kỹ thuật này, xây dựng thêm kỹ thuật chiếu sáng ảnh khác có chất lượng ảnh tốt hơn,… Đề tài tiếp tục tìm hiểu mặt hạn chế ứng dụng chiếu sáng ảnh khắc phục hoàn thiện ứng dung Cung cấp thêm nhiều công cụ ứng dụng phục vụ cho việc chiếu sáng ảnh hoàn cảnh cụ thể để có ảnh mong muốn 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu Tiếng Việt: [1] PTS Nguyễn Ngọc Kỷ, Bài giảng xử lý ảnh cho Cao học Tin học ĐHBK Hà Nội, Hà Nội 1997; [2] PGS.TS Đỗ Năng Toàn, TS Phạm Việt Bình, Giáo trình mơn học Xử lý ảnh, Nhà xuất Đại học Thái Nguyên, 2007 [3] Phạm Anh Phương, Nguyễn Hữu Tài, “Giáo trình lý thuyết đồ họa” [4] Dương Anh Đức, Lê Đình Huy, Chiếu sáng tạo bóng Tài liệu Tiếng Anh: [6] Andrew V.Nealen, “Shadow Volume and Shadow Mapping”, Recent Development Ikrima Elhassan, “Shadow Algorithms”, 20-02-2007 [7] http://www.vicman.net/lightartist/lightartist_g.htm [8] http://www.snapfiles.com/get/lightartist.html [9] http://www.codeproject.com/KB/graphics/Basic_Illumination_Model.a spx [5] [10] http://www.codeproject.com/KB/graphics/Simple_Ray_Tracing_in_C_ aspx [11] http://en.wikipedia.org/wiki/Phong_shading [12] http://en.wikipedia.org/wiki/Lambertian_reflectance [13] http://en.wikipedia.org/wiki/Gouraud_shading ... dựng nguồn sáng chiếu sáng số thí nghiệm dựa kỹ thuật mơ hình hóa 7 CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ BÀI TOÁN CHIẾU SÁNG TRONG THỰC TẠI ẢO 1.1 Khái quát thực ảo 1.1.1 Thực ảo gì? Thực tế ảo. .. phát từ thực tế đó, tơi chọn đề tài: ? ?Một số dạng nguồn sáng chiếu sáng thực ảo? ?? Nội dung luận văn chia làm phần chính: Chương 1: Tổng quan thực ảo toán chiếu sáng thực ảo - Khái quát thực ảo -... 1: KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ BÀI TOÁN CHIẾU SÁNG TRONG THỰC TẠI ẢO 1.1.Khái quát thực ảo 1.1.1 Thực ảo gì? 1.1.2 Các thành phần hệ thống thực tế ảo (Virtual Reatily