Bài giảng Đồ họa máy tính: Giới thiệu đồ họa 3 chiều - TS. Đào Nam Anh - Trường Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng

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

 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

 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



Các phép biến đổi hình học thường sử

(8)

Trang đầu

Compu

ter G

rap

hic

s

8

 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

 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

 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

 Bước bước tối

(13)

Compu

ter G

rap

hic

s

 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

 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

 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

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

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

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

Vẽ đối tượng theo mơ hình khung nối kết phép chiếu

 Để vẽ đối tượng biểu diễn mơ hình khung