Luận văn tìm hiểu kỹ thuật đánh bóng gauss trong đồ họa 3d

1 Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT LỜI CẢM ƠN Trước hết em xin chân thành PGS.TS Đỗ Năng Toàn giáo viên hướng dẫn em trình làm đồ án Thầy giúp em nhiều cung cấp cho em nhiều tài liệu quan trọng phục vụ cho trình tìm hiểu đề tài “Tìm hiểu kỹ thuật đánh bóng Gauss đồ họa 3D” Thứ hai, em xin chân thành cảm ơn thầy, cô môn công nghệ thông tin bảo bảo em trình học rèn luyện năm học vừa qua Đồng thời em cảm ơn bạn sinh viên lớp CT1201 gắn bó với em q trình rèn luyện trường Cuối em xin chân thành cảm ơn ban giám hiệu trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng tạo điều kiện cho em có kiến thức, thư viện trường nơi mà sinh viên trường thu thập tài liệu trợ giúp cho giảng lớp Đồng thời thầy cô trường giảng dạy cho sinh viên kinh nghiệm sống Với kiến thức kinh nghiệm giúp em cho cơng việc sống sau Em xin chân thành cảm ơn! Hải Phòng, ngày tháng năm Sinh viên Đặng Minh Thắng Mangh■■ng Luôn 123doc Th■a thu■n l■icam s■ tr■ h■u k■t s■ nghi■m t■im■t d■ng s■website mang kho m■i th■ m■ l■i d■n CH■P vi■n nh■ng cho ■■u kh■ng ng■■i NH■N quy■n chia dùng, l■ CÁC s■l■i v■i và■I■U t■t công h■n mua nh■t 2.000.000 ngh■ bán KHO■N cho tàihi■n ng■■i li■u TH■A tài th■ hàng li■u dùng hi■n THU■N ■■u ■ t■t Khi ■■i, Vi■t c■ khách b■n l■nh Nam Chào online hàng v■c: Tác m■ng tr■ khơng tài phong thành b■n khác chun ■■n thành tíngì d■ng, v■i so nghi■p, viên 123doc v■i cơng c■a b■n hồn ngh■ 123doc g■c h■o, thơng B■n và■■ n■p có tin, cao th■ ti■n ngo■i tính phóng vào ng■, Khách trách tài to,kho■n nhi■m thu nh■ c■a ■■i hàng tùy123doc, v■i ý cót■ng th■b■n d■ ng■■i dàng s■ dùng ■■■c tra c■u M■c h■■ng tàitiêu li■u nh■ng hàng m■t■■u quy■n cáchc■a l■i123doc.net sau xác,n■p nhanh ti■n tr■ chóng thành website th■ vi■n tài li■u online l■n nh■t Vi■t Nam, cung c■p nh■ng tài li■u ■■c không th■ tìm th■y th■ tr■■ng ngo■i tr■ 123doc.net Nhi■u event thú v■, event ki■m ti■n thi■t th■c 123doc luôn t■o c■ h■i gia t■ng thu nh■p online cho t■t c■ thành viên c■a website Mangh■n Luôn Th■a Xu■t Sau Nhi■u 123doc h■■ng phát thu■n l■i event cam s■ nh■n m■t tr■ t■ h■u k■t s■ thú nghi■m t■i ýxác n■m t■■ng m■t d■ng v■, s■ nh■n website mang event kho m■i ■■i, t■o t■ th■ m■ l■i c■ng ki■m ■■ng d■n 123doc CH■P vi■n nh■ng cho ■■u ■■ng ti■n h■ kh■ng ng■■i NH■N ■ã quy■n th■ng thi■t chia t■ng ki■m dùng, l■ CÁC s■ th■c s■ l■i b■■c v■i ti■n vàchuy■n ■I■U t■t công h■n mua 123doc online kh■ng nh■t 2.000.000 ngh■ bán KHO■N sang b■ng cho tài ■■nh hi■n ng■■i li■u ph■n tài TH■A tài v■ th■ li■u hàng t■o li■u thơng dùng tríhi■n THU■N hi■u c■ c■a ■■u ■ tin t■t h■i Khi ■■i, qu■ Vi■t xác c■ khách gia b■n nh■t, minh l■nh Nam t■ng Chào online hàng uy tài v■c: l■nh thu Tác m■ng tín kho■n tr■ nh■p không tài phong v■c cao thành b■n email nh■t tài online khác chuyên ■■n li■u thành tínb■n Mong cho d■ng, v■i so nghi■p, viên kinh ■ã t■t 123doc 123doc.net! v■i mu■n công ■■ng c■a c■ doanh b■n hoàn mang ngh■ 123doc ký g■c online thành v■i h■o, Chúng l■i thông B■n 123doc.netLink cho viên Tính ■■ n■p có tơi tin, c■ng c■a cao th■ ■■n cung ti■n ngo■i tính website phóng ■■ng th■i vào c■p ng■, Khách trách xác tài ■i■m D■ch xã to,kho■n th■c nhi■m h■i thutháng V■ nh■ m■t s■ c■a (nh■ ■■i hàng ■■■c tùy ngu■n 5/2014; 123doc, v■i ■■■c ý cóg■i t■ng th■ tài 123doc v■ mơ ngun b■n d■ ng■■i ■■a t■ dàng s■ v■■t d■■i tri dùng ■■■c ch■ tra th■c m■c ■ây) email c■u M■c h■■ng quý 100.000 cho tài b■n tiêu báu, li■u b■n, nh■ng ■ã hàng phong m■t l■■t tùy ■■ng ■■u quy■n cách truy thu■c phú, ky, c■a c■p ■a l■i b■n vào 123doc.net m■i d■ng, sau xác, vuingày, n■p lòng “■i■u nhanh giàu ti■n s■ ■■ng tr■ giá Kho■n chóng h■u thành tr■ nh■p 2.000.000 website ■■ng Th■a th■ email vi■n th■i Thu■n c■a thành mong tài v■ li■u viên mu■n S■ online ■■ng D■ng click t■o l■n ký, D■ch ■i■u vào nh■t l■t link ki■n V■” vào Vi■t 123doc top sau cho Nam, 200 ■ây cho ■ã cung các (sau g■iwebsite c■p users ■âynh■ng ■■■c cóph■ thêm tài bi■n g■i thu li■u t■t nh■t nh■p ■■c T■it■i khơng t■ng Chính Vi■tth■i th■ Nam, v■y ■i■m, tìm t■123doc.net th■y l■chúng tìm ki■m tơi th■ racóthu■c ■■i tr■■ng th■nh■m c■p top ngo■i 3nh■t ■áp Google tr■ ■KTTSDDV ■ng 123doc.net Nh■n nhu c■u ■■■c theo chiaquy■t danh s■ tài hi■u li■udo ch■t c■ng l■■ng ■■ng vàbình ki■mch■n ti■n online website ki■m ti■n online hi■u qu■ uy tín nh■t Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng Luônh■n 123doc Sau Th■a Xu■t h■■ng phát thu■n cam nh■n m■t t■k■t s■ t■i ýxác n■m t■■ng d■ng s■ nh■n website mang ■■i, t■o t■l■i c■ng ■■ng d■n 123doc CH■P nh■ng ■■u ■■ng h■ NH■N ■ã quy■n th■ng chia t■ng ki■m CÁC s■s■ l■i b■■c ti■n vàchuy■n ■I■U t■t mua online kh■ng nh■t bán KHO■N sang b■ng cho tài ■■nh ng■■i li■u ph■n tài TH■A v■ li■u hàng thơng dùng tríTHU■N hi■u c■a ■■u tin Khi qu■ Vi■t xác khách nh■t, minh Nam Chào hàng uy tài l■nh Tác m■ng tín kho■n tr■ phong v■c cao thành b■n email nh■t tàichuyên ■■n li■u thành b■n Mong v■i nghi■p, viên kinh ■ã 123doc 123doc.net! mu■n ■■ng c■a doanh hoàn mang 123doc kýonline v■i h■o, Chúng l■ivà 123doc.netLink cho Tính ■■ n■p tơi c■ng cao ■■n cung ti■n tính ■■ng th■i vào c■p trách xác tài ■i■m D■ch xãkho■n th■c nhi■m h■itháng V■ m■t s■ c■a (nh■ ■■i ■■■c ngu■n 5/2014; 123doc, v■i ■■■c g■i t■ng tài 123doc v■ mô nguyên b■n ng■■i ■■a t■s■ v■■t d■■i tri dùng ■■■c ch■ th■c m■c ■ây) email M■c h■■ng quý 100.000 cho b■n tiêu báu, b■n, nh■ng ■ã hàng phong l■■t tùy ■■ng ■■u quy■n truy thu■c phú, ky, c■a c■p ■a l■i b■n vào 123doc.net m■i d■ng, sau vuingày, n■p lòng “■i■u giàu ti■n s■ ■■ng tr■ giá Kho■n h■u thành tr■ nh■p 2.000.000 website ■■ng Th■a th■ email vi■n th■i Thu■n c■a thành mong tài v■ li■u viên mu■n S■ online ■■ng D■ng click t■o l■n ký, D■ch ■i■u vào nh■t l■t link ki■n V■” vào Vi■t 123doc top sau cho Nam, 200 ■ây cho ■ã cung các (sau g■iwebsite c■p users ■âynh■ng ■■■c cóph■ thêm tài bi■n g■i thu li■u t■t nh■t nh■p ■■c T■it■i không t■ng Chính Vi■tth■i th■ Nam, v■y ■i■m, tìm t■123doc.net th■y l■chúng tìm ki■m tơi th■ racóthu■c ■■i tr■■ng th■nh■m c■p top ngo■i 3nh■t ■áp Google tr■ ■KTTSDDV ■ng 123doc.net Nh■n nhu c■u ■■■c theo chiaquy■t danh s■ tài hi■u li■udo ch■t c■ng l■■ng ■■ng vàbình ki■mch■n ti■n online website ki■m ti■n online hi■u qu■ uy tín nh■t Luônh■n Th■a Xu■t Sau Nhi■u 123doc Mang h■■ng phát thu■n l■i event cam s■ nh■n m■t tr■ t■ h■u k■t s■ thú nghi■m t■i ýxác n■m t■■ng m■t d■ng v■, s■ nh■n website mang event kho m■i ■■i, t■o t■ th■ m■ l■i c■ng ki■m ■■ng d■n 123doc CH■P vi■n nh■ng cho ■■u ■■ng ti■n h■ kh■ng ng■■i NH■N ■ã quy■n th■ng thi■t chia t■ng ki■m dùng, l■ CÁC s■ th■c s■ l■i b■■c v■i ti■n vàchuy■n ■I■U t■t công h■n mua 123doc online kh■ng nh■t 2.000.000 ngh■ bán KHO■N sang b■ng cho tài ■■nh hi■n ng■■i li■u ph■n tài TH■A tài v■ th■ li■u hàng t■o li■u thơng dùng tríhi■n THU■N hi■u c■ c■a ■■u ■ tin t■t h■i Khi ■■i, qu■ Vi■t xác c■ khách gia b■n nh■t, minh l■nh Nam t■ng Chào online hàng uy tài v■c: l■nh thu Tác m■ng tín kho■n tr■ nh■p khơng tài phong v■c cao thành b■n email nh■t tài online khác chuyên ■■n li■u thành tínb■n Mong cho d■ng, v■i so nghi■p, viên kinh ■ã t■t 123doc 123doc.net! v■i mu■n cơng ■■ng c■a c■ doanh b■n hồn mang ngh■ 123doc ký g■c online thành v■i h■o, Chúng l■i thông B■n 123doc.netLink cho viên Tính ■■ n■p có tơi tin, c■ng c■a cao th■ ■■n cung ti■n ngo■i tính website phóng ■■ng th■i vào c■p ng■, Khách trách xác tài ■i■m D■ch xã to,kho■n th■c nhi■m h■i thutháng V■ nh■ m■t s■ c■a (nh■ ■■i hàng ■■■c tùy ngu■n 5/2014; 123doc, v■i ■■■c ý cóg■i t■ng th■ tài 123doc v■ mô nguyên b■n d■ ng■■i ■■a t■ dàng s■ v■■t d■■i tri dùng ■■■c ch■ tra th■c m■c ■ây) email c■u M■c h■■ng quý 100.000 cho tài b■n tiêu báu, li■u b■n, nh■ng ■ã hàng phong m■t l■■t tùy ■■ng ■■u quy■n cách truy thu■c phú, ky, c■a c■p ■a l■i b■n vào 123doc.net m■i d■ng, sau xác, vuingày, n■p lòng “■i■u nhanh giàu ti■n s■ ■■ng tr■ giá Kho■n chóng h■u thành tr■ nh■p 2.000.000 website ■■ng Th■a th■ email vi■n th■i Thu■n c■a thành mong tài v■ li■u viên mu■n S■ online ■■ng D■ng click t■o l■n ký, D■ch ■i■u vào nh■t l■t link ki■n V■” vào Vi■t 123doc top sau cho Nam, 200 ■ây cho ■ã cung các (sau g■iwebsite c■p users ■âynh■ng ■■■c cóph■ thêm tài bi■n g■i thu li■u t■t nh■t nh■p ■■c T■it■i khơng t■ng Chính Vi■tth■i th■ Nam, v■y ■i■m, tìm t■123doc.net th■y l■chúng tìm ki■m tơi th■ racóthu■c ■■i tr■■ng th■nh■m c■p top ngo■i 3nh■t ■áp Google tr■ ■KTTSDDV ■ng 123doc.net Nh■n nhu c■u ■■■c theo chiaquy■t danh s■ tài hi■u li■udo ch■t c■ng l■■ng ■■ng vàbình ki■mch■n ti■n online website ki■m ti■n online hi■u qu■ uy tín nh■t u■t phát Nhi■u Mang Luôn 123doc Th■a Xu■t Sau h■n h■■ng phát thu■n l■i event s■ cam nh■n t■ m■t tr■ t■ h■u ýk■t s■ thú nghi■m t■i ýt■■ng xác n■m t■■ng m■t d■ng v■, s■ nh■n website mang event t■o kho m■i ■■i, t■o t■ c■ng th■ m■ l■i c■ng ki■m ■■ng d■n 123doc CH■P vi■n nh■ng cho ■■ng ■■u ■■ng ti■n h■ kh■ng ng■■i NH■N ■ã quy■n th■ng thi■t chia ki■m t■ng ki■m dùng, l■ CÁC s■ th■c ti■n s■ l■i b■■c v■i ti■n vàchuy■n ■I■U t■t công online h■n mua 123doc online kh■ng nh■t 2.000.000 ngh■ bán KHO■N b■ng sang b■ng cho tài ■■nh hi■n tài ng■■i li■u ph■n tài TH■A li■u tài v■ th■ li■u hàng t■o li■u thơng dùng trí hi■u hi■n THU■N hi■u c■ c■a ■■u ■ tin qu■ t■t h■i Khi ■■i, qu■ Vi■t xác c■ khách gia nh■t, b■n nh■t, minh l■nh Nam t■ng Chào online uy hàng uy tài v■c: l■nh thu Tác tín m■ng tín kho■n tr■ cao nh■p khơng tài phong v■c cao thành b■n nh■t email nh■t tài online khác chuyên ■■n li■u thành tín Mong b■n Mong cho d■ng, v■i so nghi■p, viên kinh ■ã mu■n t■t 123doc 123doc.net! v■i mu■n công ■■ng c■a c■ doanh b■n mang hoàn mang ngh■ 123doc ký g■c online thành v■i l■i h■o, Chúng l■i thông B■n cho 123doc.netLink cho viên Tính ■■ n■p có c■ng tơi tin, c■ng c■a cao th■ ■■n cung ti■n ngo■i ■■ng tính website phóng ■■ng th■i vào c■p ng■, Khách trách xác xã tài ■i■m D■ch xã to,h■i kho■n th■c nhi■m h■i thum■t tháng V■ nh■ m■t s■ c■a (nh■ ■■i hàng ngu■n ■■■c tùy ngu■n 5/2014; 123doc, v■i ■■■c ý cótài g■i t■ng th■ tài 123doc nguyên v■ mô nguyên b■n d■ ng■■i ■■a t■ dàng s■ v■■t tri d■■i tri dùng ■■■c ch■ th■c tra th■c m■c ■ây) email c■u quý M■c h■■ng quý 100.000 cho tài báu, b■n tiêu báu, li■u b■n, nh■ng phong ■ã hàng phong m■t l■■t tùy ■■ng ■■u phú, quy■n cách truy thu■c phú, ky, c■a c■p ■a ■a l■i b■n vào d■ng, 123doc.net m■i d■ng, sau xác, vuingày, n■p giàu lòng “■i■u nhanh giàu ti■n giá s■ ■■ng tr■ giá Kho■n chóng h■u tr■ thành tr■ nh■p ■■ng 2.000.000 website ■■ng Th■a th■ email th■i vi■n th■i Thu■n mong c■a thành mong tài v■ li■u mu■n viên mu■n S■ online ■■ng D■ng t■o click t■o l■n ■i■u ký, D■ch ■i■u vào nh■t l■t link ki■n ki■n V■” vào Vi■t 123doc cho top sau cho Nam, cho 200 ■ây cho ■ã cung các (sau g■i users website c■p users ■âynh■ng có ■■■c cóph■ thêm thêm tài bi■n g■i thu thu li■u t■t nh■p nh■t nh■p ■■c T■it■i Chính khơng t■ng Chính Vi■tth■i vìth■ Nam, vìv■y v■y ■i■m, tìm 123doc.net t■123doc.net th■y l■chúng tìm ki■m tơi th■ racó ■■i thu■c ■■i tr■■ng th■ nh■m nh■m c■p top ngo■i ■áp 3nh■t ■áp Google ■ng tr■ ■KTTSDDV ■ng 123doc.net nhu Nh■n nhuc■u c■u ■■■c chia theo chias■ quy■t danh s■tàitài hi■u li■u li■uch■t ch■t c■ng l■■ng l■■ng ■■ng vàvàki■m bình ki■mch■n ti■n ti■nonline online website ki■m ti■n online hi■u qu■ uy tín nh■t Nhi■u Mang Ln 123doc Th■a Xu■t Sau h■n h■■ng phát thu■n l■i event s■ cam nh■n m■t tr■ t■ h■u k■t s■ thú nghi■m t■i ýxác n■m t■■ng m■t d■ng v■, s■ nh■n website mang event kho m■i ■■i, t■o t■ th■ m■ l■i c■ng ki■m ■■ng d■n 123doc CH■P vi■n nh■ng cho ■■u ■■ng ti■n h■ kh■ng ng■■i NH■N ■ã quy■n th■ng thi■t chia t■ng ki■m dùng, l■ CÁC s■ th■c s■ l■i b■■c v■i ti■n vàchuy■n ■I■U t■t công h■n mua 123doc online kh■ng nh■t 2.000.000 ngh■ bán KHO■N sang b■ng cho tài ■■nh hi■n ng■■i li■u ph■n tài TH■A tài v■ th■ li■u hàng t■o li■u thơng dùng tríhi■n THU■N hi■u c■ c■a ■■u ■ tin t■t h■i Khi ■■i, qu■ Vi■t xác c■ khách gia b■n nh■t, minh l■nh Nam t■ng Chào online hàng uy tài v■c: l■nh thu Tác m■ng tín kho■n tr■ nh■p khơng tài phong v■c cao thành b■n email nh■t tài online khác chuyên ■■n li■u thành tínb■n Mong cho d■ng, v■i so nghi■p, viên kinh ■ã t■t 123doc 123doc.net! v■i mu■n công ■■ng c■a c■ doanh b■n hoàn mang ngh■ 123doc ký g■c online thành v■i h■o, Chúng l■i thông B■n 123doc.netLink cho viên Tính ■■ n■p có tơi tin, c■ng c■a cao th■ ■■n cung ti■n ngo■i tính website phóng ■■ng th■i vào c■p ng■, Khách trách xác tài ■i■m D■ch xã to,kho■n th■c nhi■m h■i thutháng V■ nh■ m■t s■ c■a (nh■ ■■i hàng ■■■c tùy ngu■n 5/2014; 123doc, v■i ■■■c ý cóg■i t■ng th■ tài 123doc v■ mơ ngun b■n d■ ng■■i ■■a t■ dàng s■ v■■t d■■i tri dùng ■■■c ch■ tra th■c m■c ■ây) email c■u M■c h■■ng quý 100.000 cho tài b■n tiêu báu, li■u b■n, nh■ng ■ã hàng phong m■t l■■t tùy ■■ng ■■u quy■n cách truy thu■c phú, ky, c■a c■p ■a l■i b■n vào 123doc.net m■i d■ng, sau xác, vuingày, n■p lòng “■i■u nhanh giàu ti■n s■ ■■ng tr■ giá Kho■n chóng h■u thành tr■ nh■p 2.000.000 website ■■ng Th■a th■ email vi■n th■i Thu■n c■a thành mong tài v■ li■u viên mu■n S■ online ■■ng D■ng click t■o l■n ký, D■ch ■i■u vào nh■t l■t link ki■n V■” vào Vi■t 123doc top sau cho Nam, 200 ■ây cho ■ã cung các (sau g■iwebsite c■p users ■âynh■ng ■■■c cóph■ thêm tài bi■n g■i thu li■u t■t nh■t nh■p ■■c T■it■i khơng t■ng Chính Vi■tth■i th■ Nam, v■y ■i■m, tìm t■123doc.net th■y l■chúng tìm ki■m tơi th■ racóthu■c ■■i tr■■ng th■nh■m c■p top ngo■i 3nh■t ■áp Google tr■ ■KTTSDDV ■ng 123doc.net Nh■n nhu c■u ■■■c theo chiaquy■t danh s■ tài hi■u li■udo ch■t c■ng l■■ng ■■ng vàbình ki■mch■n ti■n online website ki■m ti■n online hi■u qu■ uy tín nh■t Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN .1 PHẦN MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1:CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN CỦA ĐỒ HỌA 3D VÀ TẠO BÓNG………………………………………………………………………………6 1.1 ÁNH SÁNG (LIGHTING) .6 1.2 HIỂN THỊ 3D (3D VIEWING) 1.2.1 Biểu diễn điểm phép biến đổi 1.2.2 Phép chiếu trực giao (Orthographic Projection) .8 1.2.3 Phép biến đổi hiển thị (Viewing Transformation) 10 1.2.4 Phép chiếu phối cảnh (Perspective Projection) .11 1.2.5 Phép biến đổi cổng nhìn (Viewport Transformation) 12 1.3 BỘ ĐỆM VÀ CÁC PHÉP KIỂM TRA 13 1.3.1 Bộ đệm chiều sâu (Z-Buffer) 13 1.3.2 Bộ đệm khuôn (Stencil Buffer) 13 1.4 TẠO BÓNG 14 1.4.1 Khái niệm bóng: .14 1.4.2 Các phương pháp tạo bóng 15 CHƢƠNG 2: KỸ THUẬT TẠO BÓNG GOURAUD 19 2.1 CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG 19 2.1.1 Nguồn sáng xung quanh 19 2.1.2 Nguồn sáng định hướng 19 2.1.3 Nguồn sáng điểm 21 2.2 ĐẶC TRƢNG CỦA TẠO BÓNG GOURAUD 22 2.3 KỸ THUẬT TẠO BÓNG GOURAUD TRONG ĐỒ HOẠ 3D 23 CHƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM .27 3.1 Bài toán 27 3.2 Phân tích, thiết kế 27 3.3 Một số kết chương trình 27 PHẦN KẾT LUẬN 32 Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT Tài liệu tham khảo: 34 Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT PHẦN MỞ ĐẦU Đồ họa máy tính lĩnh vực phát triển nhanh tin học Nó áp dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác thuộc khoa học, kỹ nghệ, y khoa, kiến trúc giải trí Năm 1966, Sutherland Học viện Công nghệ Massachusetts người đặt bóng cho đồ họa 3D việc phát minh thiết bị hiển thị trùm đầu (head-amounted display) điều khiển máy tính Nó cho phép người nhìn thấy hình ảnh dạng lập thể 3D Từ đến đồ họa 3D trở thành lĩnh vực phát triển rực rỡ đồ họa máy tính Nó ứng dụng rộng rãi hầu hết tất lĩnh vực Điện ảnh, Hoạt hình, kiến trúc ứng dụng xây dựng mô hình thực ảo… Và khơng thể khơng nhắc đến vai trò tối quan trọng đồ họa 3D việc tạo game sử dụng đồ họa … Việc sử dụng đồ họa 3D game làm cho người chơi thích thú có cảm giác sống giới thực Có thể nói đồ họa 3D tạo nên công nghiệp game phát triển mạnh mẽ Mục đích đồ họa 3D tạo mơ tả đối tượng, mơ hình giới thật máy tính cho giống với thật tốt Việc nghiên cứu phương pháp kỹ thuật khác đồ họa 3D hướng đến mục tiêu cho nhân vật, đối tượng, mơ hình tạo máy tính giống thật Và phương pháp tạo bóng cho đối tượng Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT Xuất phát từ vấn đề đồ án em xây dựng gồm chương: CHƢƠNG 1:CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN ĐỒ HỌA 3D VÀ TẠO BÓNG CHƢƠNG 2:KỸ THUẬT TẠO BĨNG GOURAUD Gouraud CHƢƠNG 3:CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT CHƢƠNG 1:CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN CỦA ĐỒ HỌA 3D VÀ TẠO BÓNG CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN CỦA ĐỒ HỌA 3D 1.1 ÁNH SÁNG (LIGHTING) 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 hướng đinh (giống ánh sáng mặt trời), có nguồn sáng chiếu tồn khung cảnh….Trong khung cảnh có nhiều nguồn sáng Các nguồn sáng tắt bật giống ta tắt đèn công tắc Theo mô hình ánh sáng OpenGl ánh sáng gồm có thành phần chính: Emissive Light, Ambient Light, Diffuse Light, Specular Light Các thành phần tính toán độc lập với nhau, cuối kết hợp lại với Ambient Light ánh sáng bị phân rã môi trường xác định hướng chúng Nếu khung cảnh ta không xác định nguồn sáng kết đưa giống sử dụng Ambient Light Hình 1.1: Chiếc ấm chiếu Ambient Light Diffuse Light (ánh sáng khuếch tán) ánh sáng chiếu theo hướng nhất, nhiên gặp bề mặt bị phân rã hướng, Vì sáng cho dù có đặt mắt nhìn đâu Mọi nguồn sáng đến từ điểm hay từ hướng định có thành phần Diffuse Light Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT 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 nhìn thấy bề mặt cong Hình 1.3 Ấm chè chiếu Specular Light 1.2 HIỂN THỊ 3D (3D VIEWING) 1.2.1 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 khơng gian Decarts chiều biểu diễn tốt ma trận 4x4 tương 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) Mối quan hệ tọa độ affine tọa độ đồng quan hệ 11 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 biểu diễn cách Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT Ta biểu diễn phép biến đổi affine (như 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, chuyển { X , Y , Z } 1.2.2 Phép chiếu trực giao (Orthographic Projection) Trong trường hợp phép chiếu trực giao, vùng không gian hiển thị ống song song hệ tọa độ mắt Các mặt ống song song song song với mặt hệ tọa độ mắt Kích thước vị trí vùng khơng gian hiển thị xác định tọa độ mắt xleft, xright, ybottom, ytop, zfront zback (xleft, ybottom) (xright, ytop) xác định cửa sổ mặt phẳng chiếu (hoặc mặt song song với mặt XY) mà vùng không gian hiển thị hiển thị Cửa sổ phải đưa dạng hình vng [-1,+1]2 zfront zback định nghĩa mặt phẳng cắt trước cắt sau Tọa độ tất điểm không gian (hoặc điểm ta muốn nhìn) phải thỏa mãn zback z zfront Khoảng giá trị z phải đưa giá trị chiều sâu (depth value) nằm đoạn [1,+1] Các điểm gần mắt có giá trị chiều sâu nhỏ Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng Trường ĐH Dân Lập Hải Phịng Khoa CNTT Hình 1.4 : Vùng khơng gian hiển thị phép chiếu trực giao Phép chiếu trực giao thu cách thực phép biến đổi sau theo thứ tự: ● Phép tịnh tiến M t ( M ) đưa tâm vùng không gian hiển thị gốc tọa độ hệ tọa độ mắt ● Một phép co giãn để đưa kích thước vùng hiển thị đơn vị chiều ● Một phép đối xứng qua mặt XY để điểm nằm gần nhận giá trị z nhỏ Phép co giãn phép đối xứng thu phép biển đổi đơn: M s (S ) với: Như ma trận phép chiếu trực giao là: Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng 10 Trường ĐH Dân Lập Hải Phịng Khoa CNTT Thành phần z khơng thay đổi, phép chiếu trực giao phép biến đổi affine Phép chiếu sử dụng ứng dụng cần đến quan hệ hình học (các tỉ số khoảng cách) CAD 1.2.3 Phép biến đổi hiển thị (Viewing Transformation) Phép biến đổi hiển thị đưa camera ảo cho tùy ý camera với điểm nhìn trùng với gốc tọa độ hướng nhìn dọc theo chiều âm trục Z (xem hình 2.1) Trục Y sau phép biến đổi tương ứng lên phía hình Trục X phía phải Một cách thuận tiện để xác định vị trí camera ảo cho sẵn vị trí điểm nhìn E , Một điểm khung nhìn R (điểm tham chiếu) hướng V lên phía hình Phép biển đổi hiển thị gồm bước: ● Một phép tịnh tiến đưa điểm nhìn E gốc tọa độ Ma trận biến đổi tương ứng M t ( E ) Kết sau: Hình 1.5: Vùng khơng gian hiển thị phép biến đổi hiển thị Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng 21 Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT ( : Cos(θ) = tích vơ hướng a n = a.x*n.x+a.y*n.y+a.z*n.z Vì Cos(θ) có giá trị từ +1 đến -1 nên ta suy cơng thức tính cường độ ánh sáng phản xạ là: Cƣờng độ ánh sáng phản xạ = Cƣờng độ ánh sáng định hƣớng * [(Cos(θ)+1)/2] Trong [(Cos(θ)+1)/2] có giá trị khoảng từ đến Vậy qua cơng tính cường độ ánh sáng phản xạ bề mặt biết cường độ ánh sáng định hướng vector pháp tuyến mặt tia tới 2.1.3 NGUỒN SÁNG ĐIỂM Nguồn sáng định hướng tương đương với nguồn sáng điểm đặt vô tận Nhưng nguồn sáng điểm mang đến gần đối tượng tia sáng từ phát khơng cịn song song mà toả theo hướng theo dạng hình cầu Vì thế, tia sáng rơi xuống điểm bề mặt góc khác Giả sử vector pháp tuyến mặt n=(xn, yn, zn), điểm xét có toạ độ (x0, y0, z0) nguồn sáng điểm có tọa độ (plx, ply, plz) ánh sáng rọi đến điểm sét theo vector (x0- plx, y0-ply, z0-plz), hay tia tới: a = (plx - x0, ply - y0,plz - z0) Từ cường độ sáng điểm xét phụ thuộc vào Cos(θ) n a trình bày phần nguồn sáng định hướng Vậy với nguồn sáng định hướng, cần tính tia tới cho điểm mặt, từ kết hợp với vector pháp tuyến mặt để tính cường độ sáng điểm đó, tính tốn trực tiếp nhiều thời gian phải tính vector a tính Cos(θ) thơng qua cơng thức với tất điểm mặt Nên nhớ tình hướng nguồn sáng điểm buộc lịng phải tính Cos(θ) thơng qua cơng thức vector a thay đổi mặt hay nguồn sáng thay đổi (trừ mặt tĩnh, song mặt tĩnh nguồn sáng cố định suy cần tính cường độ sáng lần) Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng 22 Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT Hình 2.3: Ví dụ nguồn sáng điểm Hướng tia sáng thay đổi với điểm khác bề mặt Như vậy, ta phải tính vector phương cho điểm: Trong hệ số suy giảm theo khoảng cách d 2.2 ĐẶC TRƢNG CỦA TẠO BÓNG GOURAUD Gouraud shading, đặt theo tên Henri Gouraud, phương Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng 23 Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT pháp nội suy sử dụng đồ hoạ máy tính để liên tục đổ bóng bề mặt đại diện lưới đa giác Trong thực tế, tơ bóng Gouraud sử dụng thường xun để đạt ánh sáng liên tục bề mặt hình tam giác cách tính tốn chiếu sáng góc tam giác nội suy tuyến tính màu sắc cho điểm ảnh bao phủ tam giác Ý tưởng phương pháp tính toán cường độ ánh sáng số điểm sau dùng phương pháp nội suy để suy cường độ sáng điểm khác mặt Cụ thể ta tính cường độ ánh sáng nút mạng lưới dựa vào véc tơ pháp tuyến tính Sau sử dụng phương pháp nội suy tuyến tính để suy cường độ đường biên đa giác Và phương pháp nội suy tuyến tính tính cường độ điểm nằm bên đa giác Và phương pháp nội suy tuyến tính tính cường độ điểm nằm bên đa giác Ví dụ: mặt mạng lưới ABCD, véc tơ pháp tuyến A, B, C, D tính (khơng phải làm nội suy) dựa vào góc tới tia sáng tính độ sáng điểm đó, xét tỉ lệ P chia AB ta dùng phương pháp nội suy tuyến tính tính độ sáng P Giả sử PA/PB =k C B P M Q A D IP= (IA+k*IB)/(k+1) Hình 2.4: Mạng lưới ABCD Tương tự ta tính độ sáng Q ta biết chia CD theo tỷ lệ nào, điểm đa giác nằm PQ nội suy Có điều ý ta xét dòng PQ theo độ phân giải hình, dịng pixel, tức xét từ xuống dùng vị trí thấp đến vị trí cao toạ độ hình 2.3 KỸ THUẬT TẠO BĨNG GOURAUD TRONG ĐỒ HOẠ 3D Kỹ thuật tạo bóng Gouraud phương pháp vẽ bóng, tạo cho đối tượng 3D có hình dáng cong có nhìn có tính thực Phương pháp đặt sở thực tế sau: đối tượng 3D có bề mặt cong người ta Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng 24 Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT thường xấp sỉ bề mặt cong đối tượng nhiều mặt đa giác phẳng, ví dụ mặt cầu sấp sỉ tập mặt đa giác phẳng có kích thước nhỏ xếp lại, số đa giác xấp xỉ tăng lên (có nghĩa diện tích mặt đa giác nhỏ lại) tính thực mặt cầu tăng, cho ta cảm giác mặt cầu trơng trịn trịa hơn, mịn cong Tuy nhiên, số đa giác xấp xỉ mặt cong tăng khối lượng tính tốn lưu trữ tăng theo tỷ lệ thuận theo số mặt, điều dẫn đến tốc độ thực trở nên chậm chạp Chúng ta thử với ví dụ sau: Để mô mặt cầu người ta xấp xỉ 200 mặt cho ta cảm giác gồ ghề, với 450 mặt ta thấy mịn trịn trịa hơn, song số mặt 16200 cho ta cảm giác hình cầu trịn mịn Tuy hình ảnh mặt cầu với 16200 mặt đa giác mịn so với 200 mặt, song lượng tính tốn phải thực đa giác tăng lên gấp 16200/200= 81 lần Song vấn đề nảy sinh ta phóng lớn hay thu nhỏ vật thể Nếu ta phóng lớn rõ ràng đa giác phóng lớn theo tỷ lệ, dẫn đến hình ảnh mặt đa giác lại rõ gây cảm giác không trơn mịn Ngược lại, ta thu nhỏ số đa giác xấp xỉ lớn dẫn đến tình trạng đa giác nhỏ, chồng chất lên không cần thiết 200 mặt 450 mặt 16200 mặt Hình 2.5: Tạo bóng hình trịn Để giải vấn đề trên, tiến hành theo phương pháp tơ bóng Gouraud Mơ hình bóng Gouraud tạo cho đối tượng nhìn giống có nhiều mặt đa giác cách vẽ mặt không với cường độ sáng mà vẽ với nhiều cường độ sáng khác vùng khác nhau, làm cho mặt phẳng nom bị cong Bởi thực chất ta cảm nhận độ cong mặt cong hiệu ứng ánh sáng nên đón nhận phản xạ ánh sáng khác nhau, từ cảm nhận độ sáng khác mặt cong Thường mặt đa giác có vector pháp tuyến, phần trình bày, vector pháp tuyến dùng để tính cường độ ánh sáng phản Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng 25 Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT xạ bề mặt đa giác từ suy cường độ sáng mặt Tuy nhiên mơ hình Gouraud lại xem đa giác khơng có vector pháp tuyến, mà đỉnh mặt đa giác lại có vector pháp tuyến khác nhau, từ vector pháp tuyến đỉnh nội suy vector pháp tuyến điểm mặt đa giác, từ tính cường độ sáng điểm Như thế, điểm mặt đa giác có cường độ sáng khác cho ta cảm giác mặt đa giác mặt phằng mà mặt cong Vector trung bình cộng trung bình cộng vector pháp tuyến lận cận Hình 2.6 Biểu diễn đa giác nhiều mặt Thực chất mặt đa giác có vector pháp tuyến, song phương pháp Gouraud tính tốn vector trung bình đỉnh đa giác cách: lấy trung bình cộng vector pháp tuyến đa giác có chứa đỉnh xét Việc nội suy vector pháp tuyến điểm mặt đa giác thực tương tự việc nội suy độ sâu giải thuật “vùng đệm độ sâu” Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng 26 Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT Hình 2.7 So sánh với loại tạo bóng khác Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng 27 Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT CHƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3.1 Bài tốn Do tính chất công việc thẩm mỹ người luôn thay đổi để phù hợp với thực tiễn mà đòi hỏi, yêu cầu đặt cho xử lý ảnh ngày cao, đa dạng Theo xu hướng đó, xử lý ảnh phát triển không ngừng hướng tới quy trình xử lý ảnh hồn thiện Tạo bóng Gouraud khâu quan trọng quy trình xử lý ảnh Việc đạt đến cơng cụ tồn năng, nâng cao chất lượng ảnh cấu trúc ảnh mục tiêu xa vời Chính vậy, lĩnh vực cịn nhiều hội thách thức Với toán tạo bóng Gouraud, em cài đặt chương trình thử nghiệm với Kỹ thuật tạo bóng Gouraud Đầu vào : Một vật thể 3D có định dạng 3D Đầu : Vật thể tạo bóng theo phương pháp Gouraud 3.2 Phân tích, thiết kế Hoạt động chương trình : Bước 1: Đưa ảnh vật thể 3D có định dạng 3D để tạo bóng Bước 2: Xử lý cách thao tác - Cho vật thể chuyển động theo chiều kim đồng hồ - Cho vật thể tạm dừng chuyển động - Tăng độ cao nguồn sáng - Giảm độ cao nguồn sáng - Phóng to vật thể - Thu nhỏ vật thể Bước : Áp dụng phương pháp Gouraud shading với mơ thuộc tính khác Bước : Hiển thị vật thể sau đánh bóng qua góc nhìn khác phương pháp Gouraud 3.3 Một số kết chƣơng trình Chương trình xây dưng cơng cụ Visual studio 2008 Chương trình thử nghiệm cài đặt kỹ thuật đánh bóng Gouraud Một số modul chương trình: - Chọn ảnh đầu vào ảnh 3D - Xử lý ảnh kỹ thuật đánh bóng Gouraud Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng 28 Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng - Khoa CNTT Hiển thị ảnh kết Hình 3.1 Giới thiệu chương trình Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng 29 Trường ĐH Dân Lập Hải Phịng Khoa CNTT Hình 3.2 Giao diện chương trình Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng 30 Trường ĐH Dân Lập Hải Phịng Khoa CNTT Hình 3.3 Các hình ảnh đầu vào Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng 31 Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT Giảm độ cao nguồn sáng Tăng độ cao nguồn sáng Thu nhỏ vật thể Phóng to vật thể Cho vật thể tạm dừng chuyển động Cho vật thể chuyển động theo nhịp đồng hồ Hình 3.4 Vật thể chưa áp dụng Gouraud Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng 32 Trường ĐH Dân Lập Hải Phịng Khoa CNTT Hình 3.5 Các thuộc tính mơ Dùng để thay đổi - Cách tơ bóng theo mơ hình chọn: shading mode - Chọn cách tính cường độ ánh sáng - Hệ số phản xạ đơn sắc bề mặt vật thể - Cường độ ánh sáng nguồn môi trường - Khoảng cách chiếu phối cảnh, khoảng cách từ nguồn sáng mặt phẳng ảnh Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng 33 Trường ĐH Dân Lập Hải Phịng Khoa CNTT Hình 3.5 Kết tạo bóng Gouraud với góc nhìn từ phía bên phải Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng 34 Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT PHẦN KẾT LUẬN Trong trình nghiên cứu thực đồ án định hướng dẫn thầy hướng dẫn, đồ án tìm hiểu cách tổng quan xử lý ảnh tốn tạo bóng Gouraud, số kỹ thuật tạo bóng Gouraud Dựa vào tài liệu tìm em tiến hành cài đặt chương trình thử nghiệm, xây dựng thuật tốn tạo bóng Gouraud Tuy nhiên kết cịn thiếu sót em cảm thấy ứng dụng vào thực tế không đạt hiệu mong muốn Mặc dù hoàn thành mục tiêu đồ án điều kiện thời gian có hạn mà lĩnh vực cần tìm hiểu tương đối rộng nên tìm hiểu đồ án khó tránh khỏi thiếu sót Chương trình thử nghiệm chưa thực hồn thiện kết khả quan Trong thời gian tới có điều kiện em tìm hiểu thêm xây dựng chương trình thử nghiệm thuật tốn tạo bóng hồn chỉnh Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng 35 Trường ĐH Dân Lập Hải Phòng Khoa CNTT TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng Việt - [1] Dương Anh Đức, Lê Đình Huy – Chiếu sáng tạo bóng - [2] Đỗ Năng Tồn, Phạm Việt Bình (2007), Giáo trình xử lý ảnh, Nhà xuất Đại học Thái Nguyên - [3] ,“ ”, 15-09-2006 Tài liệu tiếng Anh - [4] Andrew V.Nealen, “Shadow Volume and Shadow Mapping, Recent Development - [5] Ikrima Elhassan, “Shadow Algorithms” , 20-02-2007 Đồ án tốt nghiệp Đặng Minh Thắng ... sử dụng đồ họa … Việc sử dụng đồ họa 3D game làm cho người chơi thích thú có cảm giác 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... CƠ BẢN CỦA ĐỒ HỌA 3D VÀ TẠO BÓNG CÁC KIẾN THỨC CƠ BẢN CỦA ĐỒ HỌA 3D 1.1 ÁNH SÁNG (LIGHTING) Ánh sáng đồ họa 3D đóng vai trị quan trọng Và đặc biệt thành phần khơng thể thiếu để tạo bóng Có nguồn... vị trí thấp đến vị trí cao toạ độ hình 2.3 KỸ THUẬT TẠO BÓNG GOURAUD TRONG ĐỒ HOẠ 3D Kỹ thuật tạo bóng Gouraud phương pháp vẽ bóng, tạo cho đối tượng 3D có hình dáng cong có nhìn có tính thực