Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh ray tracing

PHẦN MỞ ĐẦU Chƣơng 1: CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN CỦA ĐỒ HỌA 3D 1.1 ÁNH SÁNG 1.2 HIỂN THỊ 3D 1.2.2 Giới thiệu 1.2.2 Biểu diễn điểm phép biến đổi 1.2.3 Phép biến đổi hiển thị 1.2.4 Phép chiếu trực giao 10 1.2.5 Phép chiếu phối cảnh 11 1.2.6 Phép biến đổi cổng nhìn 17 1.3 BỘ ĐỆM VÀ CÁC PHÉP KIỂM TRA 17 1.3.1 Bộ đệm chiều sâu 18 1.3.2 Bộ đệm khuôn 18 1.4 K SINH ẢNH 19 Chƣơng 2: 20 KỸ THUẬT SINH ẢNH DỰA VÀO RAYTRACING 20 2.1 KỸ THUẬT SINH ẢNH RAYTRACING 20 2.1.1 Nguyên lý giải thuật 20 2.1.2 Đặc điểm giải thuật 21 2.1.3 Ƣu điểm 21 2.1.4 Nhƣợc điểm 22 2.2 THUẬT TOÁN KẾT HỢP RAYTRACING VÀ RADIOSITY 22 2.2.1 Radiosity 23 2.2.2 Thuật toán kết hợp hai giải thuật 25 Chƣơng 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 32 3.1 BÀI TOÁN 32 3.2 MỘT SỐ KẾT QUẢ CHƢƠNG TRÌNH 33 PHẦN KẾT LUẬN 36 37 Lời cảm ơn Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới thầy cô trƣờng DHDL Hải Phòng năm vừa dạy dỗ vun đắp kiến thức để em có điều kiện hồn thành đồ án tốt nghiệp Em xin cảm ơn thầy phịng nghiên cứu thực ảo – viện khoa học công nghệ Việt Nam tạo điều kiện thuận lợi cho em nghiên cứu phát triển đề tài trình làm đồ án Đặc biệt em xin cảm ơn thầy giáo PGS TS Đỗ Năng Tồn khoa cơng nghệ thơng tin viện khoa học công nghệ Việt Nam bảo tận tình giúp em hồn thành đồ án tốt nghiệp Cuối em xin gửi lời biết ơn đến gia đình, bạn bè ủng hộ giúp đỡ em suốt thời gian qua Do trình độ thân có hạn nên khơng tránh khỏi thiếu xót, mong thầy bạn góp ý giúp đỡ để em hồn thiện đồ án Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày tháng 07 năm 2010 Sinh viên thực Triệu Minh Đức Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing MỞ ĐẦU Đồ họa máy tính lãnh vực phát triển nhanh tin học Nó đƣợc áp dụng rộng rãi nhiều lãnh vực khác thuộc khoa học, kỹ nghệ, y khoa, kiến trúc giải trí Thuật ngữ đồ họa máy tính (Computer Graphics) đƣợc đề xuất nhà khoa học ngƣời Mỹ tên William Fetter vào năm 1960 ông nghiên cứu xây dựng mô hình buồng lái máy bay cho hãng Boeing Các chƣơng trình đồ họa ứng dựng cho phép làm việc với máy tính cách thoải mái thân thiện Năm 1966, Sutherland Học viện Công nghệ Massachusetts ngƣời đặt bóng cho đồ họa 3D việc phát minh thiết bị hiển thị trùm đầu (headamounted display) đƣợc điều khiển máy tính Nó cho phép ngƣời nhìn thấy đƣợc hình ảnh dƣới dạng lập thể 3D Từ đến đồ họa 3D trở thành lĩnh vực phát triển rực rỡ đồ họa máy tính Nó đƣợc ứng dụng rộng rãi hầu hết tất lĩnh vực nhƣ Điện ảnh, Hoạt hình, kiến trúc ứng dụng xây dựng mơ hình thực ảo… Và khơng thể khơng nhắc đến vai trò tối quan trọng đồ họa 3D việc tạo game sử dụng đồ họa nhƣ Doom, Halflife… Việc sử dụng đồ họa 3D game làm cho ngƣời chơi thích thú có cảm giác nhƣ sống giới thực Có thể nói đồ họa 3D tạo nên công nghiệp game phát triển mạnh mẽ Mục đích đồ họa 3D tạo mô tả đối tƣợng, mơ hình giới thật máy tính cho giống với thật tốt Việc nghiên cứu phƣơng pháp kỹ thuật khác đồ họa 3D hƣớng đến mục tiêu cho nhân vật, đối tƣợng, mơ hình đƣợc tạo máy tính giống thật Và phƣơng pháp sinh ảnh Nhận biết đƣợc quan trọng bóng nên khóa luận em muốn “Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing” Nội dung khóa luận bao gồm, Phần mở đầu, Phần kết luận chƣơng nội dung, cụ thể: Sinh viên: Triệu Minh Đức Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing Chƣơng 1: 3D Chƣơng 2: K sinh ảnh dựa vào Raytracing Chƣơng 3: Sinh viên: Triệu Minh Đức Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing Chƣơng 1: CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN CỦA ĐỒ HỌA 3D 1.1 ÁNH SÁNG Ánh sáng đồ họa 3D đóng vai trị quan trọng Và đặc biệt thành phần khơng thể thiếu để tạo bóng Có nguồn sáng chiếu theo hƣớng đinh (giống ánh sáng mặt trời), có nguồn sáng chiếu tồn khung cảnh….Trong khung cảnh có nhiều nguồn sáng Các nguồn sáng đƣợc tắt bật giống nhƣ ta tắt đèn công tắc Theo mơ hình ánh sáng OpenGl ánh sáng gồm có thành phần chính: Emissive Light, Ambient Light, Diffuse Light, Specular Light Các thành phần đƣợc tính tốn độc lập với nhau, cuối đƣợc kết hợp lại với Ambient Light ánh sáng bị phân rã môi trƣờng xác định hƣớng chúng Nếu khung cảnh ta khơng xác định nguồn sáng kết đƣa giống nhƣ sử dụng Ambient Light Hình 1.1: Chiếc ấm chiếu Ambient Light Diffuse Light (ánh sáng khuếch tán) ánh sáng chiếu theo hƣớng nhất, nhiên gặp bề mặt bị phân rã hƣớng, Vì sáng cho dù có đặt mắt nhìn đâu Mọi nguồn sáng đến từ điểm hay từ hƣớng định có thành phần Diffuse Light Sinh viên: Triệu Minh Đức Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing Hình 1.2: Ấm chè chiều Diffuse Light Specular Light ánh sáng phản xạ Khi gặp bề mặt phản xạ lại theo quy luật phản xạ Nó đƣợc nhìn thấy bề mặt cong Hình 1.3 Ấm chè chiếu Specular Light 1.2 HIỂN THỊ 3D 1.2.2 Giới thiệu Các đối tƣợng mơ hình 3D đƣợc xác định với tọa độ giới Cùng với tọa độ đối tƣợng, ngƣời dùng phải xác định vị trí hƣớng camera ảo khơng gian 3D xác định vùng nhìn (là vùng khơng gian đƣợc hiển thị hình) Việc chuyển từ tọa độ giới sang tọa độ hình đƣợc thực theo bƣớc (hình 1.4): Bƣớc thực phép biến đổi để đƣa camera ảo trở vị trí hƣớng tiêu chuẩn Khi điểm nhìn (eyepoint) đƣợc đặt gốc tọa độ, hƣớng Sinh viên: Triệu Minh Đức Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing nhìn trùng với hƣớng âm trục Z Trục X phía phải trục Y lên phía hình Hệ tọa độ đƣợc gọi Hệ tọa độ Mắt (Eye Coordinate System) Phép biến đổi từ tọa độ giới sang tọa độ mắt phép biến đổi affine, đƣợc gọi phép biến đổi hiển thị (Viewing Transformation) Cả tọa độ giới tọa độ mắt đƣợc biểu diễn tọa độ đồng (Homogeneous Coordinates) với w=1 Bƣớc thứ Tọa độ mắt đƣợc chuyển qua tọa độ thiết bị chuẩn hóa (Nomalized Device Coordinates) vùng khơng gian mà ta muốn nhìn đƣợc đặt khối lập phƣơng tiêu chuẩn: Các điểm gần điểm nhìn (điểm đặt camera) có thành phần z nhỏ Bƣớc gồm bƣớc Bƣớc cuối cùng, phép biến đổi cổng nhìn (Viewport Transformation) kết hợp phép co giãn tuyến tính phép tịnh tiến Sẽ chuyển thành phần x y tọa độ thiết bị chuẩn hóa x 1, y sang tọa độ Pixel hình Thành phần z ( z ) đƣợc chuyển sang đoạn [0,1] đƣợc sử dụng nhƣ giá trị chiều sâu (Depth-Value) thuật toán Z-Buffer (bộ đệm Z) đƣợc sử dụng cho việc xác định mặt đƣợc hiển thị Bƣớc thứ bao gồm bƣớc o Một phép chiếu chuyển từ vùng nhìn sang khối lập phƣơng tiêu chuẩn với tọa độ đồng nhất: x 1, y 1, z Trong trƣờng hợp sử dụng phép chiếu trực giao, vùng nhìn có dạng ống song song 3D với mặt song song với mặt hệ tọa độ mắt Trong trƣờng hợp sử dụng phép chiếu đối xứng, vùng nhìn hình tháp cụt với đầu mút gốc tọa độ hệ tọa độ mắt Hệ tọa độ đồng (4 thành phần) thu đƣợc sau phép chiếu đƣợc gọi hệ tọa độ cắt (Clipping Coordinate System) Phép chiếu phép biến đổi affine trƣờng hợp phép chiếu phép chiếu trực giao Nếu phép chiếu phép Sinh viên: Triệu Minh Đức Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing chiếu phối cảnh khơng phải phép biến đổi affine (Vì w nhận giá trị khác 1) o Bƣớc tiếp theo, vùng không gian hiển thị mà không nằm khối tiêu chuẩn (Khối cịn đƣợc gọi khối nhìn tiêu chuẩn) bị cắt Các đa giác, đƣờng thẳng đƣợc chứa có phần đƣợc thay đổi để phần nằm khối nhìn tiêu chuẩn đƣợc giữ lại Phần cịn lại khơng cần quan tâm nhiều o Sau cắt gọt, tọa độ đồng đƣợc chuyển sang tọa độ thiết bị cách chia x,y,z cho w Nếu w nhận giá trị qua phép chiếu, phép chia cho động phối cảnh mong muốn hình Vì lý đó., phép chia cịn đƣợc gọi phép chia phối cảnh (Perspective Division) Sinh viên: Triệu Minh Đức Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing Hình 1.4: Tổng quan hiển thị 3D phép chiếu 1.2.2 Biểu diễn điểm phép biến đổi Sự chuyển đổi từ tọa độ giới sang tọa độ thiết bị chuỗi phép biến đổi affine phép chiếu không gian Decarts chiều Các phép biến đổi affine phép chiếu không gian Decarts chiều đƣợc biểu diễn tốt ma trận 4 tƣơng ứng với tọa độ đồng (Homogeneous coordinates) (x,y,z,w) Điểm 3D với tọa độ đồng (x,y,z,w) có tọa độ affine (x/w,y/w,z/w) Sinh viên: Triệu Minh Đức Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing Mối quan hệ tọa độ affine tọa độ đồng quan hệ 1-1 Cách đơn giản để chuyển từ tọa độ affine (x,y,z) điểm sang tọa độ đồng đặt w=1: (x,y,z,1) Chúng ta thừa nhận tất tọa độ giới đƣợc biểu diễn cách Ta biểu diễn phép biến đổi affine (nhƣ co giãn (scaling transformations), phép quay (rotations), phép tịnh tiến (translations)) ma trận mà không làm thay đổi thành phần w (w=1) ● Tịnh tiến véc tơ T (Tx , Ty , Tz ) : ● Phép co giãn theo nhân tố S (S x , S y , S z ) ● Phép quay quanh gốc tọa độ mà theo tập véc tơ chuẩn tắc { u, v, n }, trực giao đôi một, đƣợc chuyển { X , Y , Z } 1.2.3 Phép biến đổi hiển thị Phép biến đổi hiển thị đƣa camera ảo đƣợc cho tùy ý camera với điểm nhìn trùng với gốc tọa độ hƣớng nhìn dọc theo chiều âm trục Z (xem hình 2.1) Trục Y sau phép biến đổi tƣơng ứng lên phía hình Trục X phía phải Sinh viên: Triệu Minh Đức Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing hai mơ hình đểu địi hỏi khối lƣợng tính tốn lớn Theo đó, kết hợp hai phƣơng pháp cần tìm mơ hình vật thể cho làm giảm khối lƣợng tính tốn nhƣ khắc phục dị vật hình ảnh kết hợp mơ hình vật thể với giải thuật 2.2.1 Radiosity Radiosity kỹ thuật dựng ảnh cho phép vật thể tƣơng tác lƣợng ánh sáng với giúp cho vật trở nên nhìn thấy (có phát xạ lƣợng) Một miếng đƣợc chiếu sáng lƣợng ánh sáng miếng xung quanh chiếu đến Sau phải sử dụng số giải thuật nhƣ Z-buffer Ray tracing để hiển thị thơng số vật thể vừa đƣợc tính tốn Hình 2.4: Bề mặt vật thể chia nhỏ Hình 1.5: Miếng nhận ánh sáng từ miếng xung quanh Nguyên lý giải thuật Giải thuật radiosity đƣợc mô tả nhƣ sau: Chia nhỏ bề mặt vật thể thành miếng nhỏ Với cặp hai miếng cảnh, tính tỷ lệ lƣợng rời miếng nguồn mà tới đƣợc miếng đích tồn lƣợng rời khỏi miếng nguồn gọi form factor Hình 2.6:Tính Form factor hai miếng cảnh' Sinh viên: Triệu Minh Đức 23 Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing Áp dụng phƣơng trình (1) để tính lần lƣợt tính lƣợng miếng n Bi Ei BjF i (1) j Với Bi : Tổng lƣợng phát xạ miếng thứ i Ei : Năng lƣợng phát xạ nội miếng i: Độ phản xạ miếng thứ i Ei : form factor miếng thứ i thứ j Lặp lại nhiều lần thuật toán để bề mặt tƣơng tác lƣợng với nhiều lần nhƣ thực tế Hình (2.7) (2.8) (2.9) (2.10) thể kết việc tính Radiosity nhiều lần tạo nên ảnh có độ sáng gần với ảnh thật Nếu số lần tính tốn Radiosity tăng dần, màu sắc độ sáng vật ảnh trở nên hài hòa gần với thực tế Điều có đƣợc giải thuật Radiosity mô tƣơng tác bề mặt thực tế nên sau nhiều lần tƣơng tác, vật có độ sáng hợp lý Hình 2.7: Ảnh trước thực Hình 2.8: Ảnh thực tính tính tốn Radiosity Radiosity lần Sinh viên: Triệu Minh Đức 24 Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing Hình 2.9: Ảnh thực tính Hình 2.10: Ảnh thực Radiosity lần tính Radiosity nhiều lần Đặc điểm giải thuật Radiosity Giải thuật Radiosity tạo cho ảnh có bóng mờ tốt giống nhƣ tƣơng tác lƣợng ánh sáng bề mặt vật với nhau, không phụ thuộc góc nhìn hay khơng cần tính tốn lại thay đổi góc nhìn Những ảnh thực theo giải thuật Radiosity có phân bố độ sáng hợp lý, vật có bóng mờ nhƣng thiếu bóng phản xạ (xem hình 2.10) 2.2.2 Thuật tốn kết hợp hai giải thuật Dựa đặc tính hai giải thuật, giải thuật kết hợp hai giải thuật đƣợc đề nhƣ sau: Thực việc tính tốn theo giải thuật Radiosity bề mặt vật thể Bƣớc thực theo giải thuật Ray tracing vật thể sau thực tính toán theo giải thuật Radiosity Bƣớc giải thuật Ray tracing khơng cần tính mà Ilocal phƣơng trình (2) đƣợc tính với giải thuật Radiosity trƣớc Mơ hình vật thể Có hai mơ hình vật thể kỹ thuật dựng ảnh Mơ hình mà vật thể có mặt đƣợc xác định phƣơng trình tốn học nhƣ mặt cầu, mặt trụ, Mơ hình tốt cho việc tính tốn theo giải thuật Ray tracing việc tính tốn giao cắt tia với bề mặt đƣợc tính toán đơn giản số lƣợng bề mặt cần xét xem có giao cắt với tia tƣơng đối nhỏ Tuy nhiên, mơ hình vật thể khó Sinh viên: Triệu Minh Đức 25 Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing triển khai thực giải thuật Radiosity giải thuật Radiosity yêu cầu bề mặt cần đƣợc chia nhỏ việc tính tốn phân bố nguồn sáng bề mặt đạt đƣợc gần thực tế Nhƣng việc chia nhỏ bề mặt đƣợc mô tả phƣơng trình tốn học phức tạp chƣa có giải thuật hiệu Mơ hình vật thể thứ hai đƣợc xem xét mơ hình vật thể mà bề mặt lƣới điểm, bề mặt đƣợc chia nhỏ thành miến nhỏ để tiện cho việc tình tốn giải thuật theo Radiosity Mơ hình khơng Hình 2.11: Mơ hình vật thể lưới điểm có lợi cho việc tính tốn theo giải thuật Ray tracing với bề mặt đƣợc chia nhỏ thành nhiều miếng, việc tìm giao cắt tia với miếng đòi hỏi phải kiểm tra giao cắt với tất miếng tìm giao cắt với miếng gần Số lƣợng miếng tăng lên cúng đồng nghĩa với việc làm giảm tốc độ giải thuật Tuy nhiên hạn chế tốc độ khắc phục nhờ áp dụng số giải thuật cải thiện nhỏ Từ nhận xét trên, mơ hình vật thể có bề mặt lƣới điểm đƣợc chọn Cấu trúc cụ thể mơ hình vật thể nhƣ sau: Mỗi vật thể bao gồm tập hợp bề mặt, với bề mặt đƣợc cho thông số phản xạ phát xạ với màu R, G, B Mỗi bề mặt lại đƣợc chia nhỏ thành lƣới hay nhiều miếng tam giác hay tứ giác Một miếng sau lại đƣợc chia nhỏ thành hay nhiều thành phần nhỏ Mỗi miếng thành phần đƣợc định nghĩa đỉnh Bởi hầu hết đỉnh thuộc nhiều miếng hay thành phần, đỉnh đƣợc định nghĩa riêng Các thành phần miếng đỉnh thông qua số đỉnh dãy đỉnh Khắc phục vấn đề gặp phải Sau thực Radiosity, miếng bề mặt có độ sáng tối khác giống với phân bố ánh sáng thực tế Các miếng gần nguồn sáng có sáng Sinh viên: Triệu Minh Đức 26 Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing hơn, miếng bị khuất nguồn sáng tối Nhƣ bề mặt có hình kẻ sọc (xem hình 2.12), ảnh không đẹp Để khắc phục vấn đề trên, thực đánh bóng miếng Chƣơng trình thực theo hai giải thuật đánh bóng tiếng Gouraud Phong Hình 2.12: Bức ảnh chưa thực đánh bóng Triển khai giải thuật đánh bóng Gouraud Triển khai giải thuật cách gán độ sáng đỉnh đƣợc tính trung bình độ sáng miếng có chung đỉnh Độ sáng điểm miếng đƣợc nội suy từ độ sáng đỉnh miếng theo phƣơng pháp nội suy nhị phân nhƣ hình (2.13) phƣơng trình (3) (4) (5) A I1 (1 )I (3) B Ii (1 )I (4) I (1 )A B (5) Hình 2.13: Phƣơng pháp đánh bóng Gouraud đánh bóng Phong Sinh viên: Triệu Minh Đức 27 Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing Hình 2.14: Ảnh thực đánh bóng theo phương pháp Gouraud Triển khai giải thuật đánh bóng Phong Với giải thuật vector pháp tuyến đỉnh đƣợc tính trung bình vector pháp tuyến miếng có chung đỉnh Vector pháp tuyến điểm bên miếng đƣợc nội suy từ vector pháp tuyến đỉnh miếng theo phƣơng pháp nội suy nhị phân nhƣ hình (2.14) phƣơng trình (6) (7) (8) Độ sáng điểm cón phụ thuộc vào góc vector pháp tuyến điểm vector từ điểm nhìn tới điểm sáng A N1 (1 )N2 (6) B Ni (1 )N3 (7) N (1 )A B (8) Hình 2.15: Độ sáng điểm phục thuộc vào So sánh hình (2.14) (2.16) ta thấy phƣơng pháp đánh bóng Phong làm cho ảnh có bóng phản xạ đƣợc định hƣớng xác với bề mặt cong, Sinh viên: Triệu Minh Đức 28 Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing ý bóng phản xạ táo hai ảnh để thấy rõ điều Điều có đƣợc độ sáng cịn phụ thuộc vào vector pháp tuyến điểm nhƣ vector phản xạ đƣợc tính xác có đƣợc vector pháp tuyến xác điểm cắt Hình 2.16: Ảnh thực đánh bóng theo phương pháp Phong Giải thuật cải thiện tốc độ Vấn đề gặp phải triển khai giải thuật kết hợp với mô hình vật thể đƣợc chia thành nhiều miếng thực thi giải thuật Ray tracing tìm giao cắt tia với vật thể phải kiểm tra giao cắt với tất miếng để tìm điểm cắt Nếu số lƣợng miếng tăng đồng nghĩa với khối lƣợng tính tốn tăng dẫn đến tốc độ dựng ảnh chậm Để cải thiện tốc độ, trƣớc kiểm tra xem tia có cắt miếng vật thể không, ta kiểm tra xem tia có cắt hình hộp chữ nhật bao quanh vật khơng Chỉ tia cắt mặt hình hộp bao quanh kiểm tra tìm giao cắt tia với miếng vật thể Sinh viên: Triệu Minh Đức 29 Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing Hình 2.17: Kiểm tra giao cắt tia với hộp bao trước Hình ảnh đƣợc hồn thành dựng ảnh với giải thuật kết hợp hai giải thuật Radiosity Ray tracing dựng ảnh với hai giải thuật cách riêng rẽ Hình 2.18: Bức ảnh thực với giải thuật Radiosity Sinh viên: Triệu Minh Đức 30 Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing Hình 2.19: Ảnh thực với ký thuật Ray tracing Hình 2.20: Bức ảnh kết hợp hai giải thuật Qua ảnh ta thấy ảnh sử dụng giải thuật kết hợp có hình ảnh gần với thực tế Ảnh giải thuật kết hợp có bóng mờ, độ sáng tối phân bố hợp lý có bóng phản xạ vật Ảnh thực với giải thuật Radiosity thiếu bóng phản xạ vật cịn ảnh thực với giải thuật Ray tracing độ sáng tối phân bố không hợp lý Bức ảnh kết hợp hai giải thuật có màu sắc nhƣ bóng phản xạ gần với thực tế khó phân biệt với ảnh thật Sinh viên: Triệu Minh Đức 31 Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing Chƣơng 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3.1 BÀI TỐN Các cảnh phép dị tia ray tracing đƣợc mơ tả tốn học lập trình viên nghệ sĩ thể trực quan (thƣờng sử dụng cơng cụ trung gian) Các cảnh kết hợp chặt chẽ liệu từ hình ảnh mơ hình ghi lại phƣơng tiện ví dụ nhƣ máy ảnh kỹ thuật số Hình 3.1: Vật thể chưa qua xử lý Mỗi tia phải đƣợc kiểm tra giao với vài tập toàn đối tƣợng cảnh Một đối tƣợng gần đƣợc xác định, giải thuật ƣớc lƣợng ánh sáng tới giao điểm khảo sát, xem xét tính chất vật liệu đối tƣợng, tổng hợp thơng tin để tính tốn màu sắc cuối (chuẩn) điểm ảnh tƣơng ứng Các giải thuật tổng thể cụ thể vật liệu phản xạ, khúc xạ địi hỏi nhiều tia để lấp đầy cảnh Sinh viên: Triệu Minh Đức 32 Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing Hình 3.2: hình ảnh vật thể sau xử lý 3.2 MỘT SỐ KẾT QUẢ CHƢƠNG TRÌNH Chƣơng trình em đƣợc viết C# 2.0 Một số hình ảnh sau thực chƣơng trình Hình 3.3: khối cầu gỗ Sinh viên: Triệu Minh Đức 33 Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing Hình 3.4: Quả cầu đá hoa Hình 3.5: hộp gỗ cầu pha lê Sinh viên: Triệu Minh Đức 34 Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing Hình 3.6: nhiều cầu khơng trung Sinh viên: Triệu Minh Đức 35 Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing KẾT LUẬN Ít phủ nhận vai trò Ray Tracing đời sống công nghệ nay, mà việc tạo ảnh hiệu ứng nhƣ bóng, suốt hình phản chiếu trở nên phổ biến Có nhiều lĩnh vực thiết kế đồ họa Ray Tracing đóng vai trị trợ giúp đắc lực làm đơn giản hố thiết kế nhƣ: ánh sáng, tạo bóng , khử cƣa – tất đƣợc lập trình cách đơn giản với Ray Tracing Có lĩnh vực áp dụng Ray Tracing nhà phát triển nhận lợi ích cơng nghệ Trong lãnh vực rõ rệt phim ảnh – hết hiệu ứng hình cảnh chất lƣợng cao Hollywood đƣợc làm Ray Tracing Một lĩnh vực thú vị có sử dụng Ray Tracing q trình phát triển game Các studio game thƣờng dùng Ray Tracing để sản xuất liệu thô để tạo hiệu ứng thị giác, nhƣ đồ ánh sáng chẳng hạn Chính đề tài nghiên cứu em tìm hiểu ray tracing kỹ thuật sinh ảnh từ raytracing Qua trình nghiên cứu đề tài, em hiểu thêm phƣơng pháp xử lý ảnh thực số phƣơng pháp xử lý ảnh đơn giản Mong kiến thức tiếp thu đƣợc q trình làm đồ án giúp ích cho cơng việc nghiên cứu sau Sinh viên: Triệu Minh Đức 36 Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing [1] Lƣơng Chi Mai, Huỳnh Thị Thanh Bình (2000), Nhập mơn đồ họa máy tính, Nhà xuất KH&KT, 2000 [2] Lê Tấn Hùng, Huỳnh Quyết Thắng (2004), Kỹ thuật đồ họa, Nhà xuất KH&KT, 2000 [3] [4] Peter Shirley, Realistic Ray Tracing, AK Peters Press,2000 Andrew V.Nealen, “Shadow Volume and Shadow Mapping, Recent Development in Real-time Shadow Rendering”, University of British Columbia , 2000 [5] Henrik Van Jensen, Realistic Image Synthesis using Photon mapping, AK Peters Press,2001 [6] Philip Dutré, Global Illumination Compendium, Cornell University,August, 2001 [7] Dietrich, Sim, “Shadow Techniques”, Game Developers Convention 2001, [8] Philip Dutré, Kavita Bala, Philippe Bekaert, „Advanced Global Illumination‟, SIGGRAPH 2002 Course 2, 2002 [9] Mark Kilgard, “Shadow Mapping with Today‟s Hardware”, Technical Presentation: http://developer.nvidia.com/view.asp?IO=cedec_shadowmap [10] Everitt, CassRege, Ashu Cebenoyan, Cem, “Hardware Shadow Mapping”, [11] http://nehe.gamedev.net [12] http://paulprojects.net [13] http://www.cs.kuleuven.ac.be/cwis/research/graphics/INFOTEC/viewing-in-3d [14] [15] http://www.povray.org/ http://developer.nvidia.com/attach/1308, Sinh viên: Triệu Minh Đức 37 ... Minh Đức 19 Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing Chƣơng 2: KỸ THUẬT SINH ẢNH DỰA VÀO RAYTRACING 2.1 KỸ THUẬT SINH ẢNH RAYTRACING 2.1.1 Nguyên lý giải thuật Ray tracing phƣơng pháp tạo ảnh giống... cầu gỗ Sinh viên: Triệu Minh Đức 33 Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing Hình 3.4: Quả cầu đá hoa Hình 3.5: hộp gỗ cầu pha lê Sinh viên: Triệu Minh Đức 34 Tìm hiểu kỹ thuật sinh ảnh Ray Tracing. .. sinh ảnh Ray Tracing Hình 2.19: Ảnh thực với ký thuật Ray tracing Hình 2.20: Bức ảnh kết hợp hai giải thuật Qua ảnh ta thấy ảnh sử dụng giải thuật kết hợp có hình ảnh gần với thực tế Ảnh giải thuật