TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 18 2014 CHIẾU SÁNG TRONG ẢNH VÀ Ƣ́NG DỤNG Lê Thị Đì nh1 TÓM TẮT Trong sống, cần có ảnh sống động, phản ánh đúng, đủ thời kỳ, thời điểm định.Chiếu sáng ảnh q trình thêm hiệu ứng ánh sáng thực vào ảnh Với việc thêm hiệu ứng ánh sáng thực vào ảnh làm cho ảnh sáng sủa, lãng mạn ngược lại làm cho ảnh trở nên tối tăm, ảm đạm Chiếu sáng ảnh chỉnh sửa mầu sắc ánh sáng, thay đổi chất lượng bề mặt ảnh Bài viết nghiên cứu số kỹ thuật chiếu sáng ảnh, đồng thời giới thiệu chương trình cài đặt để tạo ảnh với màu sắc tùy ý Từ khóa: Kỹ thuật chiếu sáng, hiệu ứng ánh sáng SƠ LƢỢC VỀ CHIẾU SÁNG TRONG ẢNH Với phát triển mạnh mẽ số loại hình nghệ thuật văn hóa địi hỏi có ảnh sống động rõ nét phản ảnh đúng, đủ thời kỳ, thời điểm định Để đáp ứng đƣợc yếu tố địi hỏi ảnh phải đƣợc điều phối mầu sắc, ánh sáng cho phù hợp với yêu cầu thực tế Nhằm hỗ trợ thêm cho việc tạo ảnh nhƣ mong muốn cần nghiên cứu kỹ thuật chiếu sáng ảnh Chiếu sáng ảnh q trình thêm hiệu ứng ánh sáng thực vào ảnh Với việc thêm hiệu ứng ánh sáng thực vào ảnh làm cho ảnh sáng sủa, lãng mạn ngƣợc lại làm cho ảnh trở nên tối tăm, ảm đạm Chiếu sáng ảnh chỉnh sửa đƣợc màu sắc ánh sáng, thêm vào nhiều kiểu ánh sáng cách đa dạng, thay đổi chất lƣợng bề mặt ảnh, thêm vào nhiều loại hiệu ứng ánh sáng bao quanh Một số hình ảnh minh họa cho việc chiếu sáng ảnh ảnh gốc ảnh sau đƣợc tăng thêm ngồn sáng KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG TRONG ẢNH 11 54 TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 18 2014 2.1 Một số kỹ thuật chiếu sáng ảnh 2.1.1 Kỹ thuật Phong Shading Phong shading dùng để tập hợp kỹ thuật đồ họa máy tính 3D Phong shading bao gồm: Mơ hình phản chiếu ánh sáng từ bề mặt phƣơng pháp ƣớc tính màu sắc điểm ảnh dạng bình thƣờng bề mặt, bề mặt đƣợc nội suy đa giác định dạng Nhƣ để trở thành phong shading vị trí phản chiếu phải bóng điểm ảnh 2.1.2 Kỹ thuật phản chiếu ngược Phong Shading Kỹ thuật phong shading đƣợc xây dựng thành phƣơng trình Phong để áp dụng cho bóng quan sát ảnh có pháp tuyến bề mặt vật thể nhìn thấy đƣợc Ngƣợc lại ảnh có bóng quan sát bề mặt pháp tuyến nhìn thấy đƣợc tính tốn đƣợc pháp tuyến định nhằm xác định ảnh tự nhiên hay qua chỉnh sửa Đó kỹ thuật phản chiếu ngƣợc phong shading 2.1.3 Kỹ thuật Gouraud Shading Gouraud shading, phƣơng pháp đƣợc sử dụng đồ họa máy tính để mơ hiệu ứng khác ánh sáng màu sắc bề mặt đối tƣợng Trong thực tế, Gouraud shading đƣợc sử dụng để đạt đƣợc ánh sáng mịn bề mặt đa giác thấp (low polydon) mà khơng có u cầu nặng nề tính toán chiếu sáng cho điểm ảnh Nguyên tắc phƣơng pháp là: Cách tính pháp tuyến bề mặt đỉnh mơ hình 3D pháp tuyến đƣợc tạo nên trung bình pháp tuyến bề mặt hình đa giác có chung đỉnh Sử dụng cách tính này, ánh sáng tính tốn dựa mơ hình phản chiếu Phong, sau đƣợc điều chỉnh để tạo cƣờng độ màu sắc đỉnh Cƣờng độ điểm ảnh hình đƣợc nội suy song tuyến từ giá trị màu sắc đƣợc tính đỉnh Hình 2.1.3 Mô tả kỹ thuật Gouraud Shading 2.1.4 Phép nội suy Phong Phép nội suy phong thể phƣơng pháp nội suy màu hình đa giác Để thực đƣợc điều ta thực nội suy tuyến tính véc tơ bình thƣờng bề mặt đa giác từ pháp tuyến đỉnh đa giác 55 TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 18 2014 Các pháp tuyến bề mặt đƣợc nội suy trở lại bình thƣờng điểm ảnh sau đƣợc sử dụng mơ hình phản chiếu Phong để có điểm màu cuối Đó phép nội suy phong 2.2.Tính bất biến màu sắc với RETINEX Theo lý thuyết retinex, ba quan thụ cảm khác đƣợc sử dụng bên võng mạc trƣớc hết phản ứng với sóng dài, sóng trung sóng ngắn Các quan thụ cảm đo lƣợng phần khác quang phổ thấy đƣợc Mỗi thụ cảm hoạt động nhƣ đơn vị thực đo lƣợng Lý thuyết tính bất biến màu sắc đƣợc thể thơng qua thí nghiệm mà Land thực với nội dung nhƣ sau: Land đặt hai tờ giấy với hệ số phản xạ là 40% 80% cạnh Nguồn sáng đƣợc lựa chọn cho số lƣợng ánh sáng phản xạ từ trung tâm tờ giấy thứ tƣơng đƣơng với lƣợng ánh sáng phản xạ từ tờ giấy lại Tờ bên trái tối so với tờ phía bên phải Tuy nhiên, bút chì đƣợc đặt lên mép hai tờ giấy hai tờ giấy có hệ số phạn xạ Đồ thị phía bên phải thể cƣờng độ ánh sáng Khơng phải tự nhiên mà có tính bất biến ánh sáng (ví dụ lúc đầu chƣa che khơng có tƣợng này) Vùng biên đóng vai trị quan trọng việc tạo nên tính bất biến Biên chỗ giao hai tờ giấy nên ta làm triệt tiêu biên làm trơn biên (ví dụ: lấy vật che chỗ giao hai tờ giấy lại) xuất hiện, tƣợng bất biến ánh sáng ý tƣởng xuyên suốt tính bất biến màu sắc Hình 2.2.1 Mơ tả thí nghiệm Land Hình 2.2.2 Biểu đồ mơ tả tính bất biến màu sắc 2.3 So sánh kỹ thuật chiếu sáng ảnh Kỹ thuật Gouraud shading có nhiều ƣu điểm vƣợt trội so với kỹ thuật truyền thống Flat Shading - vốn yêu cầu lƣợng lớn phép xử lý tính tốn, khơng thích 56 TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 18 2014 hợp ứng dụng thời gian thực, địi hỏi thời gian tính tốn nhanh Hơn nữa, với kỹ thuật Gouraud shading, ảnh kết mịn có độ trơn nhiều, khơng tạo hiệu ứng đa mặt đối tƣợng nhƣ với kỹ thuật Flat Shading Tuy nhiên, so sánh với kỹ thuật Phong Shading Gouraud shading có số điểm thuận lợi hạn chế riêng Nhƣợc điểm kỹ thuật Phong Shading so với Gouraud Shading độ phức tạp tính tốn tăng lên nhiều mơ hình phản xạ Phong Reflection đƣợc tính tốn điểm ảnh thay đỉnh đa giác nhƣ Gouraud Shading So với kỹ Phong Shading Gouraud Shading thƣờng cho kết không mong đợi Trong trƣờng hợp hiệu ứng ánh sáng có cƣờng độ cao chói số vị trí cục (ví dụ nhƣ hiệu ứng làm bật gƣơng) khơng đƣợc hiển thị cách đắn Ngồi ánh sáng nằm vùng đa giác nhƣng không trải đỉnh đa giác q trình xử lý nội suy kỹ thuật Gouraud Shading thƣờng cho kết khơng mong đợi Nhìn chung, mơ hình Phong Shading Phong Refection làm việc hiệu Gouraud Shading mà chúng đƣợc áp dụng cho hiệu ứng làm bật gƣơng Hơn nữa, mô hình Phong Refection có nhƣợc điểm tính tốn phức tạp, nhiên có giải pháp cài đặt thay khác giúp giảm thiểu độ phức tạp tính tốn mà không làm nhiều hiệu chiếu sáng, ví dụ nhƣ Blinn–Phong shading model Các kỹ thuật Phong Shading Phong Reflection thƣờng đƣợc sử dụng đồng thời với để tạo hiệu ứng chiếu sáng đồ họa 3D CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3.1 Bài toán chiếu sáng ảnh Thực đƣa vào ảnh theo yêu cầu Thêm nguồn sáng cho ảnh Nguồn sáng thiết lập mới, nguồn sáng đƣợc phối sẵn tùy chọn cho ánh phù hợp Khi có nguồn sáng nhƣ mong muốn phải thực việc chọn tọa độ thích hợp để chiếu nguồn sáng vào ảnh Trong nguồn sáng cung cấp cho ảnh cần ý xây dựng kiểu nguồn sáng, màu sắc cho nguồn sáng, nhƣ cƣờng độ bán kính nguồn sáng phù hợp với tùy chọn cho ảnh cần chiếu sáng nêu Ngồi chƣơng trình phải đáp ứng đƣợc nhu cầu thay đổi, cập nhật mức độ, phạm vi chiếu sáng loại hình ảnh nghệ thuật Tôi dùng ngôn ngữ C++ để cài đặt 3.2.Các khối Modul chƣơng trình đƣợc thực Khối Modul thực mở ảnh 57 TẠP CHÍ KHOA HỌC, TRƢỜNG ĐẠI HỌC HỒNG ĐỨC - SỐ 18 2014 Khối Modul thực xử lý thêm nguồn sáng vào ảnh Khối Modul thực thêm nguồn sáng Khối Modul thực thiết lập thông số nguồn sáng Khối Modul thực kiện thay đổi nguồn sáng Khối Modul thực hiển thị kết xử lý ảnh TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PTS Nguyễn Ngọc Kỷ, Bài giảng xử lý ảnh cho Cao học Tin học, 1997, ĐHBK Hà Nội, Hà Nội 1997; [2] PGS.TS Đỗ Năng Tồn, TS Phạm Việt Bình, Giáo trình mơn học Xử lý ảnh, 2007, Khoa CNTT, Đai học Thái Nguyên, Thái Nguyên ; [3] http://www.vicman.net/lightartist/lightartist_g.htm; [4] http://www.snapfiles.com/get/lightartist.html; [5] http://www.codeproject.com/KB/graphics/Basic_Illumination_Model.aspx; [6] http://www.codeproject.com/KB/graphics/Simple_Ray_Tracing_in_C_.aspx; [7] http://en.wikipedia.org/wiki/Phong_shading; [8] http://en.wikipedia.org/wiki/Lambertian_reflectance; [9] http://en.wikipedia.org/wiki/Gouraud_shading [10] Ths Lê Thị Đình, Luận Văn Thạc Sỹ- Khóa Đại học CNTT Thái Nguyên A RESEARCH ON IMAGE LIGHTING TECHNIQUES AND THEIR APPLICATIONS Le Thi Dinh ABSTRACT In life, we need clear and vivid pictures which reflect well in a certain time and period Image lighting is a process in whicoverh we can add factual effects to images By the addition of lighting effects to images , we can make the pictures become brighter or more romantic, and vice versa gloomier or darker Image lighting can edit photo colors of light or change the quality of photo surfaces This article studies some image lighting techniques and solves some mentioned problems Key words: Image lighting techniques and their applications 58 ... để chiếu nguồn sáng vào ảnh Trong nguồn sáng cung cấp cho ảnh cần ý xây dựng kiểu nguồn sáng, màu sắc cho nguồn sáng, nhƣ cƣờng độ bán kính nguồn sáng phù hợp với tùy chọn cho ảnh cần chiếu sáng. .. NGHIỆM 3.1 Bài tốn chiếu sáng ảnh Thực đƣa vào ảnh theo yêu cầu Thêm nguồn sáng cho ảnh Nguồn sáng thiết lập mới, nguồn sáng đƣợc phối sẵn tùy chọn cho ánh phù hợp Khi có nguồn sáng nhƣ mong muốn... lý thêm nguồn sáng vào ảnh Khối Modul thực thêm nguồn sáng Khối Modul thực thiết lập thông số nguồn sáng Khối Modul thực kiện thay đổi nguồn sáng Khối Modul thực hiển thị kết xử lý ảnh TÀI LIỆU