Phép biến đổi hệ quan sát trong không gian ba chiều phức tạp hơn nhiều so với trong không gian hai chiều do chúng ta phải chọn lựa nhiều tham số hơn khi mô tả một cảnh ba chiều sẽ xu[r]
(1)Compu
ter G
rap
hic
s
ĐỒ HỌA MÁY TÍNH
GIỚI THIỆU ĐỒ HỌA BA CHIỀU
(2)Trang đầu
Compu
ter G
rap
hic
s
2
NỘI DUNG
I TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA BA CHIỀU
(3)Compu
ter G
rap
hic
s
Tham khảo
Francis S Hill Computer Graphics Macmillan Publishing Company, NewYork, 1990, 754 tr
James D.Foley, Andries Van Dam, Feiner, John Hughes Introduction to Computer Graphics Addision Wesley, NewYork, 1995, 559 tr
James D.Foley, Andries Van Dam, Feiner, John Hughes Computer Graphics - Principle and Practice Addision Wesley, NewYork, 1996, 1175 tr
Dương Anh Đức, Lê Đình Duy Giáo trình Đồ họa máy tính Khoa Cơng nghệ thơng tin, Trường Đại học Khoa học Tự nhiên (lưu hành nội bộ), 1996, 237 tr
Hoàng Kiếm, Dương Anh Đức, Lê Đình Duy, Vũ Hải Quân Giáo trình Cơ sở Đồ họa Máy Tính, NXB Giáo dục, 2000
(4)Trang đầu
Compu
ter G
rap
hic
s
4
GIỚI THIỆU ĐỒ HỌA BA CHIỀU
Các đối tượng giới thực phần lớn
đối tượng ba chiều, nên việc thể đối tượng ba chiều máy tính công việc cần thiết để đưa tin học gần gũi với thực tế
Cũng giống cách biểu diễn đối tượng
(5)Compu
ter G
rap
hic
s
GIỚI THIỆU ĐỒ HỌA BA CHIỀU
Chương giới thiệu số kĩ thuật biểu diễn
(6)Trang đầu
Compu
ter G
rap
hic
s
6
TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA BA CHIỀU
Khi mô hình hóa hiển thị cảnh
ba chiều, ta cần phải xem xét nhiều khía cạnh và vấn đề khác
Bề mặt đối tượng xây dựng nhiều tổ
hợp khác mặt phẳng mặt
cong Ngồi ra, đơi cần mô tả một số thông tin bên đối tượng
Các công cụ hỗ trợ đồ họa (graphics package)
(7)Compu
ter G
rap
hic
s
TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA BA CHIỀU
Các phép biến đổi hình học thường sử
(8)Trang đầu
Compu
ter G
rap
hic
s
8
TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA BA CHIỀU
Các mô tả cảnh ba chiều
phải qua quy trình xử lí gồm nhiều cơng đoạn phép biến đổi hệ tọa độ quan sát phép chiếu chuyển cảnh từ hệ tọa độ quan sát ba chiều xuống hệ tọa độ thiết bị hai chiều
Những phần nhìn thấy
cảnh, ứng với hệ quan sát chọn đó, phải xác định cuối cùng, thuật toán vẽ mặt áp dụng nhằm tạo hình ảnh trung thực (gần với thực tế)
(9)Compu
ter G
rap
hic
s
TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA BA CHIỀU Sơ lược quy trình hiển thị
Quy trình xử lí thơng tin
đồ họa ba chiều chuỗi bước nối tiếp nhau, kết bước đầu vào bước
Bắt đầu việc xây dựng
(10)Trang đầu
Compu
ter G
rap
hic
s
10
TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA BA CHIỀU Sơ lược quy trình hiển thị
Có hai kiểu mơ hình hóa Trong
solid modeling đối tượng đồ họa sở thường dùng để mơ tả đối tượng tích (volume) Trong boundary
representations(B-reps), đối tượng định nghĩa bề mặt chúng
Các mơ hình thường biểu
(11)Compu
ter G
rap
hic
s
TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA BA CHIỀU Sơ lược quy trình hiển thị
Bước quy trình
hiển thị biến đổi đối tượng từ không gian đối tượng (object-space) vào không gian chung gọi không gian thực (world space) Trong không gian đối tượng, nguồn sáng, người quan sát tồn Bước gọi giai đoạn biến đổi mơ hình
(12)Trang đầu
Compu
ter G
rap
hic
s
12
TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA BA CHIỀU Sơ lược quy trình hiển thị
Bước bước tối
(13)Compu
ter G
rap
hic
s
TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA BA CHIỀU Sơ lược quy trình hiển thị
Tiếp theo ta phải chiếu sáng
(illumination) đối tượng có
thể nhìn thấy cách gán cho chúng màu sắc dựa đặc tính chất tạo nên vật nguồn sáng tồn cảnh
Sau chiếu sáng, ta phải thực
hiện phép biến đổi hệ tọa độ để đặt vị trí quan sát (viewing
position) gốc tọa độ mặt
(14)Trang đầu
Compu
ter G
rap
hic
s
14
TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA BA CHIỀU Sơ lược quy trình hiển thị
Trong không gian quan sát, ta phải
thực việc xén Clipping đối tượng cảnh để cảnh nằm gọn phần khơng gian chóp cụt mà ta gọi viewing
(15)Compu
ter G
rap
hic
s
TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA BA CHIỀU Sơ lược quy trình hiển thị
Bước ta chiếu đối
tượng xuống mặt phẳng hai chiều Bước Projection thực phép biến đổi từ không gian quan sát sang không gian hình (screen-space)
Trong bước rời rạc hóa
(rasterization) ta chuyển đối
(16)Trang đầu
Compu
ter G
rap
hic
s
16
TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA BA CHIỀU Mơ hình khung nối kết (Wireframe Model)
Khái niệm
Một phương pháp thơng dụng đơn giản để mơ
hình hóa đối tượng mơ hình khung nối kết
Một mơ hình khung nối kết gồm có tập
đỉnh tập cạnh nối đỉnh Khi thể mơ hình này, đối tượng ba chiều rỗng khơng giống thực tế
Để hoàn thiện hơn, người ta dùng kĩ thuật tạo
bóng loại bỏ đường mặt khuất Tuy nhiên vẽ mơ hình thường nhanh nên người ta thường dùng việc xem phác thảo
(17)Compu
ter G
rap
hic
s
TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA BA CHIỀU Mơ hình khung nối kết (Wireframe Model)
Biểu diễn vật thể ba chiều mô hình khung nối kết
Với mơ hình khung nối kết, hình dạng đối
tượng ba chiều biểu diễn hai danh sách (list): danh sách đỉnh (vertices) danh sách cạnh (edges) nối đỉnh Danh sách đỉnh
(18)Trang đầu
Compu
ter G
rap
hic
s
18
TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA BA CHIỀU Mơ hình khung nối kết (Wireframe Model)
Biểu diễn vật thể ba chiều mơ hình khung nối kết
Vertex List (đỉnh) Edge List (cạnh)
Vertex x y z Edge Vertex
1
Vertex 2
1 0 0 0 back
side
1 1 2
2 0 1 0 2 2 3
3 0 1 1 3 3 4
4 0 0.5 1.5 4 4 5
5 0 0 1 5 5 1
6 1 0 0 front
side
6 6 7
7 1 1 0 7 7 8
8 1 1 1 8 8 9
9 1 0.5 1.5 9 9 10
(19)Compu
ter G
rap
hic
s
TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA BA CHIỀU Mơ hình khung nối kết (Wireframe Model)
Biểu diễn vật thể ba chiều mơ hình khung nối kết
Có nhiều cách để đặc tả mơ hình
khung nối kết máy tính dùng xâu, mảng, cách có ưu điểm riêng ứng dụng cụ thể Ở ta minh họa biểu diễn mơ hình khung nối kết cấu trúc liệu mảng sau:
Ngồi ra, đơi mơ hình
wireframe người ta cịn mơ tả mặt (phẳng) đối tượng Mỗi mặt định nghĩa đa giác bao Ví dụ, đối tượng hình có mặt
#define MAXVERTS 50 //số đỉnh tối đa biểu diễn
#define MAXEDGES 100 //số cạnh tối đa
typedef struct { float x, y, z; } POINT3D; typedef struct {
int NumVerts; //Số đỉnh hình
int NumEdges; //Số cạnh mơ hình
(20)Trang đầu
Compu
ter G
rap
hic
s
20
TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA BA CHIỀU Mơ hình khung nối kết (Wireframe Model)
Vẽ đối tượng theo mơ hình khung nối kết phép chiếu
Để vẽ đối tượng biểu diễn mơ hình khung