In this approach, the lighting-by-example method using wavelet-based objective function is used in combination with an interactive interface in order to optimize lighting parameters for [r]
(1)TÔp chẵ Tin hồc v iÃu khin håc, T.28, S.1 (2012), 6475
KT HÑP GIAO DIN TìèNG TC V PHìèNG PHP THIT K CHIU SNG ầ HÅA DÜA TRN MU SÛ DÖNG HM MÖC TIU V BIN
ÊI WAVELET
H HI NAM
Khoa Cỉng ngh» thỉng tin I, Håc vi»n Cỉng ngh» B÷u chẵnh Viạn thổng
Túm tt. Thiát ká tham số chiáu sĂng ỗ hồa mĂy tẵnh và bÊn chĐt khổng phÊi l mởt quĂ
trẳnh ngău nhiản m l mët qu¡ tr¼nh häi kinh nghi»m v kÿ nông nhĐt nh ối vợi ngữới dũng Trong mởt số ựng dửng, Ưu cừa quĂ trẳnh thiát ká chiáu s¡ng l mët £nh hai chi·u l k¸t qu£ cõa viằc tối ữu cĂc tham số chiáu sĂng cho mởt cÊnh ỗ hồa chiÃu Ngữới dũng vợi hiu biát giợi hÔn và viằc thiát ká cĂc tham số chiáu sĂng s gp khõ khôn viằc xỷ lỵ iÃu ch¿nh c¡c tham sè chi¸u s¡ng mët c¡ch phị hđp cho cÊnh ỗ hồa Bi bĂo s trẳnh by mởt cĂch tiáp cên ối vợi vĐn à thiát ká chiáu s¡ng cho c¡c ùng dưng ð â ¦u mong muốn cừa quĂ trẳnh thiát ká l mởt Ênh chiÃu CĂch tiáp cên ny l sỹ kát hủp cừa phữỡng phĂp tối ữu hõa cĂc tham số chiáu sĂng dỹa trản mău (lighting-by-example) sỷ dửng mởt hm mửc tiảu dỹa trản bián ời wavelet v viằc sỷ dửng giao diằn tữỡng tĂc tối ữu cĂc tham số chiáu s¡ng cho mët èi t÷đng ho°c mët nhâm c¡c èi tữủng cÊnh ỗ hồa mởt cĂch ởc lêp sau õ cĂc kát quÊ s ữủc kát hủp lÔi vợi sû dưng thỉng tin v· ë s¥u cõa c£nh ỗ hồa giÊi quyát vĐn à che khuĐt cừa c¡c èi t÷đng
Abstract.Lighting design in computer graphics is essentially not a random process but one driven by
both a technical and aesthetic appreciation of lighting in computer graphics In some applications, the result of the lighting design process is a 2D image derived by rendering a 3D scene Users with limited understandings of manipulation of lighting parameters may have difficulties in properly modifying the lighting parameters in order to achive desired lighting effects In this paper, we present an approach to lighting design in applications where the expected result of the lighting design process for a 2D image In this approach, the lighting-by-example method using wavelet-based objective function is used in combination with an interactive interface in order to optimize lighting parameters for an object or a group of objects individually, and then the visual results of these separate processes are combined (utilizing 3D depth information) in the seamless generation of a final 2D image
1 GIỴI THIU
(2)KT HĐP GIAO DIN TìèNG TC V PHìèNG PHP THIT K CHIU SNG ầ HA 65
hồa  liản tửc ữủc cÊi tián nhơm trang b cho ngữới dũng cĂc phữỡng phĂp t÷ìng t¡c ng y mët ìn gi£n hìn [1]
Trong cĂc cổng cử ỗ hồa nời tiáng nhữ 3D Studio Max, cổng viằc thiát ká chiáu sĂng bưt Ưu vợi viằc ngữới dũng xĂc nh cĂc loÔi nguỗn sĂng v cĂc c tẵnh chiáu sĂng s ữủc sỷ dửng cho cÊnh ỗ hồa Dỹa trản quĂ trẳnh xem xt mửc ½ch sû dưng v °c t½nh cõa c¡c ±n, ng÷íi dũng biát ữủc sỹ tữỡng ỗng cừa cĂc loÔi nguỗn sĂng thỹc tá v cĂc loÔi nguỗn sĂng cổng cử ỗ hồa Theo õ, cĂc nguỗn sĂng s ữủc nh v tÔi cĂc v trẵ mong muốn Bữợc tiáp theo s l viằc thay ời cĂc thuởc tẵnh cừa cĂc nguỗn sĂng Trong cĂc cổng cử ỗ hồa, hƯu hát cĂc thuởc tẵnh cừa nguỗn sĂng nhữ l cữớng ở, mƯu sưc, hằ số suy giÊm v cĂc tham sè ê bâng ÷đc thao t¡c thỉng qua b n phẵm Vợi mởt vi cĂc thuởc tẵnh cừa nguỗn sĂng nhữ l v trẵ v hữợng cừa n, cõ th sû dưng cht º k²o nh£ c¡c èi t÷đng Trong thỹc tá, cĂc thao tĂc nh v cĂc nguỗn sĂng dịng cht thỉng th÷íng hi»u qu£ v trüc quan hìn l thỉng qua vi»c nhªp c¡c gi¡ trà thỉng qua bn phẵm vẳ ngữới dũng thữớng biát ữủc mởt cĂch tữỡng ối v trẵ t nguỗn sĂng v hữợng cừa nguỗn sĂng [1] Trong thỹc tá, cĂc sÊn phâm thữỡng mÔi nhữ 3D Studio Max, Maya v Light Wave hộ trủ rĐt tốt cĂc hoÔt ởng tữỡng tĂc sỷ dửng chuởt trản cĂc ối tữủng
Mửc ẵch nghiản cựu t÷ìng t¡c ng÷íi m¡y l trang bà cho ng÷íi dũng cĂc phữỡng tiằn Ôt ữủc mửc tiảu mong muốn vợi ẵt cổng sực v thới gian nhĐt Bi bĂo trẳnh by mởt cĂch tiáp cên kát hủp sỷ dửng phữỡng phĂp thiát ká chiáu sĂng dỹa trản mău vợi hm mửc tiảu dỹa trản bián ời wavelet v sỷ dửng giao diằn tữỡng tĂc Phữỡng phĂp à xuĐt nhơm giÊm thiu cĂc tữỡng tĂc cừa ngữới dũng thi¸t k¸ chi¸u s¡ng cho mët sè ùng dưng cư thº Mưc cõa b i b¡o s³ tr¼nh b y v· cĂc hữợng nghiản cựu liản quan Mửc l phữỡng phĂp tối ữu cĂc tham số chiáu sĂng dỹa trản mău sỷ dửng hm mửc tiảu dỹa trản bián ời wavlet Mửc l thiát ká giao diằn tữỡng tĂc bi toĂn tối ữu cĂc tham số chiáu sĂng cho c¡c ¦u cuèi l c¡c £nh chi·u V cuối l kát luên v hữợng phĂt trin
2 CC HìẻNG NGHIN CU LIN QUAN
Cõ mởt số cĂch tiáp cên cõ th coi l cõ mối liản hằ gƯn gụi vợi cĂch tiáp cên dỹa trản mău Schoeneman et al [2] xem xt vĐn à thiát ká chiáu sĂng nhữ mởt bi toĂn ngữủc õ ngữới dũng thiát lêp cĂc thuởc tẵnh Ănh sĂng mong muốn xuĐt hiằn cÊnh ỗ hồa 3D v hằ thống s tỹ ởng tẳm giÊi phĂp vợi cĂc tham số chiáu sĂng tÔo hiằu ựng Ănh sĂng gƯn giống nhĐt vợi cĂc thuởc tẵnh Ănh sĂng mong muốn Viằc v trỹc tiáp lản cĂc bà mt cừa cĂc ối tữủng ỗ hồa 3D s lm thay ời cĂc hm chiáu xÔ v hm chiáu xÔ ny s ữủc sỷ dửng nhữ hm mửc tiảu cho quĂ trẳnh tối ữu hõa Trong cĂch tiáp cên ny, cĂc b· m°t 3D sau v³ ÷đc coi l c¡c mău cho quĂ trẳnh tối ữu hõa cĂc tham số chiáu sĂng CĂc tham số chiáu sĂng ữủc tối ữu cĂch tiáp cên ny ữủc l cĂc cữớng ¡nh s¡ng cõa c¡c ±n ð c¡c tr½ cè ành
(3)66 H HI NAM
lữủng hõa Trản thỹc tá, Ênh hững cừa cĂc thuởc tẵnh Ănh sĂng cĂc n tÔo ối vợi cĂc nhên thực tƠm lỵ th giĂc nhữ ró rng, rởng rÂi, thoÊi mĂi, tẵnh riảng tữ ữủc xem xt cĂc nghiản cựu tƠm lỵ ny
Marks et al [6] Â Ã xuĐt mởt cĂch tiáp cên khĂc õ hằ thống tữỡng tĂc vợi ngữới dũng v cho php ngữới dũng chồn cĂc cĐu hẳnh chiáu sĂng tứ cĂc phƠn cửm thổng qua cĂc Ênh 2D ngữới dũng cõ th nhẳn thĐy thổng qua mởt giao diằn Trong cĂch tiáp cên ny, Ănh xÔ giỳa cĂc vc tỡ Ưu vo biu diạn cĂc tham số chiáu sĂng nhữ v trẵ cừa n, loÔi n v hữợng cừa n CĂc vc tỡ Ưu biu diạn cĂc thuởc tẵnh Ôi diằn cho chĐt lữủng chiáu sĂng ữủc tÔo Trong quĂ trẳnh tối ữu hõa, cĂc n ữủc di chuyn giỳa cĂc v trẵ ữủc nh nghắa trữợc TÔi mội v trẵ, mởt loÔi n ữủc chồn v mởt Ênh 2D ữủc tÔo vợi mởt vc tỡ Ưu Kát quÊ l mởt têp cĂc vc tỡ Ưu ữủc tÔo é bữợc tiáp theo, têp cĂc vc tỡ Ưu ữủc phƠn cửm dỹa trản khoÊng cĂch giỳa cĂc vc tỡ v cĂc cửm ữủc hin th tợi ngữới dũng dữợi dÔng cĂc Ênh 2D tữỡng ựng vợi cĂc vc tỡ Ưu é cĂch tiáp cên ny, hằ thống hiằn th tợi ngữới dũng cĂc cĐu hẳnh chiáu sĂng cõ th, nhiản hằ thống khổng cho php ngữới dũng biu Ôt cĂc hiằu ựng chiáu sĂng mong muốn
Mởt giao diằn tữỡng tĂc dỹa trản hoÔt ởng phĂc hồa xĂc nh v trẵ nguỗn sĂng tứ cĂc tham số bõng biát trữợc ữủc phĂt trin bi Poulin v ỗng sỹ [7] Trong hằ thống Poulin phĂt trin, ngữới thiát ká ỗ hồa s dũng chuởt v³ ph¡c håa tr½ ê bâng v h» thèng s tỹ ởng xĂc nh nguỗn sĂng dỹa trản viằc tối ữu hõa mởt hm mửc tiảu ữủc xƠy dỹng dỹa trản v trẵ khoÊng cĂch giỳa v cĂc im cừa cĂc nt phĂc hồa v v trẵ nguỗn sĂng Vợi hằ thống kiu thá ny, ngữới dũng cõ cỡ hởi th hiằn mửc tiảu chiáu sĂng mởt cĂch tỹ nhiản
Shacked et al [10] à xuĐt hm mửc tiảu cho tỹ ởng hõa chiáu sĂng dỹa trản cĂc c im tƠm sinh lỵ và cÊm thử Ănh sĂng cõa ng÷íi v ph÷ìng ph¡p n y ÷đc mð rëng bði Ha et al [11, 12]
3 HM MÖC TIU V THIT K CHIU SNG Ç HÅA
(4)KT HĐP GIAO DIN T×ÌNG TC V PH×ÌNG PHP THIT K CHIU SNG Ç HÅA 67
hm mà cho bián ời wavelet sỷ dửng xƠy dỹng hm mửc tiảu nhữ sau
Bw = [h(x, y) +φv(x, y)], (1)
Ð â φh(x, y) v v(x, y) l cĂc hm mà tữỡng ựng theo chiÃu ngang v theo chi·u dåc cho
bi¸n êi wavelet Ăp dửng vợi hm Ênh ữủc nh nghắa cĂc cæng thùc (2) v (3)
φh(x, y) =
1 n¸u 0≤x <1/2 v 0≤y <1 −1 n¸u 1/2≤x <1 v 0≤y <1
0 tr÷íng hđp kh¡c
(2)
φv(x, y) =
1 n¸u 0≤y <1/2 v 0≤x <1 −1 n¸u 1/2≤y <1 v 0≤x <1
0 tr÷íng hđp kh¡c
(3) φa,bh (x, y) =φh(2bhx−ah,2bvy−av) (4) φa,bv (x, y) =φv(2bhx−ah,2bvy−av) (5) bh v bv t÷ìng ùng l c¡c h» sè bi¸n êi t¿ l» theo chi·u ngang v dåc cho c¡c h m cì sð.ah
v av t÷ìng ùng l c¡c h» sè dàch chuyºn theo chi·u ngang v dåc cho c¡c h m cì sð Thüc
hi»n c¡c ph²p bi¸n êi t l» v dàch chuyºn (2) v (3) câ ÷đc c¡c h m cì s ữủc biu diạn cĂc cổng thực (4) v (5) Ph²p biºn êi t¿ l» thay êi t¦n sè cừa hm mà Ôt ữủc cĂc hm cỡ s ð c¡c t¦n sè kh¡c Ph²p dàch chuyºn thay ời v trẵ cừa hm mà Kát hủp cừa php bián ời t lằ v php dch chuyn s tÔo cĂc hm cỡ s vợi cĂc tƯn số khĂc ð c¡c tr½ kh¡c Chóng ta câ th viát lÔi (1) nhữ sau
Bwa,b=a,bh (x, y) +φa,bv (x, y)
Chóng ta câ thº ành ngh¾a Eia,b l hằ số phờ nông lữủng chuân hõa cừa bián ời wavelet cừa hm Ênh I(x, y)tữỡng ựng vợi h m cì sð thù i cõaBwa,b, ð â
Eia,b=Eiha,b+Eiva,b,
Eiha,b vEiva,b l cĂc hằ số phờ nông lữủng chuân hõa cừa bián ời wavelet cừa hm ÊnhI(x, y)
tữỡng ựng vợi cĂc thnh phƯn ngang v dồc cõa h m cì sðBa,bw ð â Eiha,b= 2×2
(bh+bv)
W ×H
W−1
X
x=0
H−1
X
y=0
I(x, y)φa,bh ( x
W, y H),
Eiva,b= 2×2
(bh+bv)
W ×H
W−1
X
x=0
H−1
X
y=0
I(x, y)φa,bv ( x
(5)68 H HI NAM
Ð â, W, H t÷ìng ùng l chi·u rëng v chi·u cao cõa £nh
Ci cịng, ta câ mët tªp E cĂc hằ số phờ nông lữủng chuân hõa cho bián êi wavelet cõa h m £nhI(x, y)
E ={Eia,b}, i= 0,1, , N −1,
Ð â, N l sè c¡c h m cì sð
H¼nh Giao di»n cõa ùng dưng thi¸t k¸ chi¸u s¡ng
Nhữ vêy, kát quÊ bián ời wavelet cừa mởt hm Ênh ữủc c trững bi mởt têp cĂc hằ số phờ nông lữủng chuân hõa Hm mửc tiảu cho bi toĂn chiáu sĂng dỹa trản mău ữủc xƠy dỹng dỹa trản khoÊng cĂch Euclidean giỳa têp hằ số phờ nông lữủng chuân hõa cừa Ênh mău vợi têp hằ số phờ nông lữủng chuân hõa cừa Ênh cõ ữủc tứ trẳnh chiáu cÊnh ỗ hồa GiÊ sỷ ta cõ mởt têp hằ số phờ nông lữủng chuân hõa cừa Ênh mău lT =ti, i= 0,1, , N1 Hm
mửc tiảu ữủc nh nghắa nhữ sau
F(k, k, Iks, Ikd, Rk) =
N v u u t
N−1
X
i=0
(Eia,b−ti)2,
F(θk, φk, Iks, Ikd, Rk) l h m mưc ti¶u, θk l gõc ngâng cừa n thự k, k l gõc phữỡng cõa ±n thù k,
(6)KT HĐP GIAO DIN T×ÌNG TC V PH×ÌNG PHP THIT K CHIU SNG ầ HA 69
Hẳnh Lữu ỗ cĂc bữợc sỷ dửng giao diằn tữỡng tĂc tối ữu cĂc tham số chiáu sĂng cho cĂc ối tữủng cừa cÊnh ỗ hồa
N l số cĂc h m cì sð
(7)70 H HI NAM
sau bi¸n êi wavelet cõa mët h m £nh CĂc nút tÔi mội mực cừa cƠy tự phƠn mởt mực no õ lữu cĂc hằ số phờ nông lữủng chuân hõa tÔi mởt tƯn số khổng gian xĂc ành ð c¡c khu vüc £nh kh¡c Sè c¡c hm cỡ s cõ th ữủc xĂc nh bơng tƯn số khổng gian cao nhĐt sỷ dửng bián ời wavelet
Khi c i °t, méi nót cõa c¥y tù phƠn ữủc nh nghắa sỷ dửng cĐu trúc sau: struct WLNode{
Real fenergyFreq; Window wind; WLNode *child[10]; };
é õ fenergyFreq l hằ số phờ nông lữủng chuân hõa cừa bián ời wavelet cừa hm Ênh tữỡng ựng vỵi mët h m cì sð, v wind l khu vüc biu diạn cừa hm cỡ s Thuêt toĂn xƠy dỹng cƠy tự phƠn ữủc ci t theo phữỡng phĂp ằ qui nhữ mổ tÊ chữỡng trẳnh giÊ m (hẳnh 3) Cho mởt Ênh Ưu vo, thuêt toĂn s xƠy dỹng mởt cƠy tự phƠn Ưy lữu thổng tin và hằ số phờ nông lữủng chuân hõa
Hẳnh Chữỡng trẳnh giÊ m xƠy dỹng cƠy tự phƠn
4 THIT K T×ÌNG TC