Texture là các ảnh để tạo ra họa tiết của bề mặt đổ bóng. Tất cả các hành động định nghĩa một bề mặt sẽ trông nhƣ thế nào sau khi render có thể đƣợc coi là tập các phƣơng thức của node texture.
Thông thƣờng các texture là các ảnh bitmap đƣợc import vào phần mềm đồ hoạ để chiếu (map) tới các thuộc tính của vật liệu. Texture map cho thuộc tính nào của vật liệu nhƣ màu sắc, độ trong suốt hay độ sáng sẽ gây ra các hiệu ứng tƣơng ứng ảnh hƣởng tới bề ngoài của đối tƣợng.
Các texture có 2 dạng là 2D texture và 3D texture:
2D texture bao lấy đối tƣợng giống nhƣ là gói quà hoặc là gắn vào mặt phẳng giống nhƣ wallpaper (Xem hình 2.21).
3D texture chiếu xuyên qua đối tƣợng giống nhƣ các vân trên đá hoa hay là trên gỗ. Với 3D texture, các đối tƣợng trông nhƣ đƣợc khắc lên chất liệu (Xem hình 2.22).
Các texture môi trƣờng - Environment texture hay đƣợc sử dụng để làm background của đối tƣợng hoặc là map phản xạ.
Hình 2.21. Texture 2D
Hình 2.22. Texture 3D 2.4.3. Kết xuất
Kết xuất là một quá trình sinh tạo một hình ảnh từ một mô hình bằng cách sử dụng một chƣơng trình ứng dụng phần mềm. Mô hình là mô tả của các đối tƣợng ba chiều bằng một ngôn ngữ đƣợc định nghĩa chặt chẽ hoặc bằng một cấu trúc dữ liệu. Mô tả này bao gồm các thông tin về hình học, điểm nhìn, chất liệu và bố trí ánh sáng của đối tƣợng.
Chƣơng 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3.1. Bài toán
Ngày nay, công nghệ thực tại ảo đang là một công nghệ hiện đại và dẫn đầu để giải quyết các bài toán mô phỏng. Trên thế giới đã phát triển và ứng dụng thực tại ảo từ rất sớm trong nhiều lĩnh vực nhƣ giáo dục, quân sự, y học… và đặc biệt là lĩnh vực giải trí nhƣ game, đồ họa. Ở Việt Nam, công nghệ thực tại ảo đã có những ứng dụng tích cực, nhiều bài toán mô phỏng đã đƣợc triển khai và ứng dụng nhƣ việc tái tạo lại các khu di tích, đền thờ, các danh lam thắng cảnh, các tình huống giao thông… và một trong những bài toán có ý nghĩa đó là việc mô phỏng thành công các bộ phận trên cơ thể ngƣời.
Để củng cố cho phần lý thuyết đã nghiên cứu ở chƣơng 2, tác giả sẽ chọn một trong số các kỹ thuật ở trên để thực hiện việc mô phỏng. Với một khoảng thời gian hạn chế, trong khuôn khổ luận văn này tôi tiến hành việc mô phỏng “hệ hô hấp” từ đó ứng dụng vào bài giảng cho sinh viên học tập và nghiên cứu.
Bài toán đặt ra ở đây là xây dựng một chƣơng trình mô phỏng hệ hô hấp theo tiếp cận 3D, mà cụ thể ở đây là chƣơng trình có thể đọc và hiển thị mô hình 3D của hệ hô hấp, tác giả chỉ quan tâm đến một số tƣơng tác và thấy đƣợc các vị trí góc cạnh khác nhau của hệ hô hấp theo yêu cầu. Một số các tƣơng tác cần phải có chẳng hạn nhƣ là: Phóng to, thu nhỏ, xoay, ...
Về nguyên tắc, mô phỏng sẽ bao gồm hai công việc sau:
Xây dựng mô hình mô phỏng
Điều khiển mô hình bằng ngôn ngữ lập trình
Với bài toán mô phỏng hệ hô hấp, yêu cầu chính của bài toán nhƣ sau: - Dùng 3DS Max để tạo mô hình “hệ hô hấp”
- Dùng công cụ OpenSG định dạng các đối tƣợng 3D trong 3DS Max bằng cách chuyển định dạng *.max sang định dạng *.osg
- Viết chƣơng trình Virtual C++ sử dụng bộ mã nguồn mở Open SceneGrạph để hiển thị và điều khiển mô hình 3D
Hình 3.1. Lƣu đồ bài toán Cụ thể là các bƣớc thực hiện nhƣ sau:
Bước 1: Thu thập thông tin về hệ hô hấp
Sau khi đã tìm hiểu về cấu tạo của hệ hô hấp, em đã tiến hành chọn lọc và mô tả về một số hệ cơ quan hô hấp.
Bảng thông tin mô tả về hệ hô hấp STT Tên Mô tả
1 Mũi
Mũi là cơ quan đầu tiên của hệ hô hấp mà không khí phải đi qua để vào phổi. Mũi gồm có 3 phần: mũi ngoài, mũi trong (hay hốc mũi) và các xoang cạnh mũi. Hốc mũi gồm 2 lỗ mũi, ngăn cách nhau bởi vách mũi. Hốc mũi thông với xoang một số xƣơng nhƣ xƣơng trán, xƣơng bƣớm, xƣơng sàng, xƣơng hàm trên.
2 Thanh quản
Thanh quản nằm trƣớc thực quản , dƣới lớp da cổ, phần trên thông với hầu, phần dƣới thông với khí quản. Hình thể bên ngoài của thanh quản có 2 mặt: mặt trƣớc và mặt sau:
- Mặt trƣớc: Nhìn từ dƣới lên trên là cung sụn nhẫn, dây chằng nhẫn-giáp, mặt trƣớc sụn giáp. Màn hình hiển thị Chƣơng trình Virtual C++ Hiển thị và điều khiển Mô hình Định dạng OpenSG Export Đọc file OpenSG
- Mặt sau: Là phần trƣớc của phần thanh hầu, từ dƣới lên có mảnh sụn nhẫn, sụn phễu, lỗ vào thanh quản và mặt sau sụn nắp.
3 Khí quản
Khí quản nằm phía trƣớc thực quản, phía trên tiếp giáp với sƣơng sụn nhẫn, một nửa nằm ở cổ, một nửa nằm ở ngực, có hình ống tròn, phía sau hơi bẹt, đƣờng kính 2cm (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
4 Phế quản
- Là phần tiếp tục của khí quản , gồm 2 phế quản gốc trái và phải, đƣợc tạo bởi các vòng sụn kín, nhỏ hơn khí quản. Phế quản gốc phải to , ngắn và dốc hơn phế quản gốc trái . Mặt trong của khí quản và phế quản đƣợc lót một lớp niêm ma ̣c mềm.
- Phế quản khi vào phổi phân nhánh nhỏ dần thành tiểu phế quản, vi phế quản. Vi phế quản cấu tạo bằng các vòng cơ và tận cùng là các phế nang.
5 Phổi
- Phổi gồm hai lá trái và phải. Phổi có hình chóp, đáy rộng và hơi lõm theo chiều cong của cơ hoành, phần đỉnh hẹp và nhô lên phía trên xƣơng đòn. Hai lá phổi mềm xốp và đàn hồi, là tập hợp của các phế nang và phế quản. Lá phổi phải có hai rãnh sâu trên bề mặt chia lá phổi thành 3 thùy, còn lá phổi trái có một rãnh chia ra thành 2 thùy.
- Phổi đƣợc bao bởi hai lớp màng: Lớp ngoài là lá thành lót mặt trong lồng ngực, lớp trong bao chặt lấy phổi gọi là lá tạng
Bước 2: Mô hình hóa 3D hệ hô hấp
Bước 2.1: Tạo mô hình thô
Để mô hình lá phổi ta cần chụp hình lá phổi ở các mặt cắt khác nhau: nhìn ngang, nhìn trƣớc, nhìn sau,…sau đó tải các ảnh này vào các khung nhìn của phần mềm và mô hình theo. Từ ảnh ta vẽ 1 lƣới lên ảnh bằng cách: chấm 1 điểm lên ảnh, chấm tiêp điểm thứ 2. Nối 2 điểm tạo thành đƣờng thẳng, chấm điểm tiếp theo để tạo thành tam giác. Chấm đến khi nào hết mặt này rồi xoay tạo tiếp mặt sau. Sử dụng các thao tác xoay, co giãn, di chuyển để tạo ra mô hình màng phổi phải.
Hình 3.2. Mô hình Màng phổi phải biểu diễn dƣới dạng lƣới các đa giác
Hình 3.3. Mô hình lá phổi
Tiếp theo ta sử dụng một hình hộp, sau đó sử dụng kỹ thuật split để chia bề mặt và dùng kỹ thuật extrude để mở rộng bề mặt và các thao tác xoay, co giãn, di chuyển để tạo ra các thành phần còn lại của hệ hô hấp.
Hình 3.4. Hệ hô hấp 3D biểu diễn dƣới dạng lƣới
Bƣớc 2.2: Đặt vật liệu, phủ tecture (áp ảnh bề mặt) cho mô hình
- Chọn đối tƣợng cần gán vật liệu (chọn vật liệu phù hợp để gán cho đối tƣợng đã chọn)
- Ở đây ta chọn vật liệu là blinn ->file ->dẫn tới ảnh bề mặt cần chọn mà ta muốn.
Hình 3.5. Ảnh bề mặt cho đối tƣợng
- Sau quá trình tạo mô hình và gán vật liệu, áp ảnh bề mặt ta đƣợc mô hình hệ hô hấp hoàn chỉnh.
Bước 3: Rendering
Sử dụng công cụ lập trình Virtual C++ kết hợp với OpenSG vào hệ thống phần mềm 3DSMax.
3.2. Chƣơng trình thử nghiệm
Hệ thống mô phỏng thử nghiệm cấu tạo hệ hô hấp thông qua sử dụng ngôn ngữ lập trình Virtual C ++, thƣ viện đồ hoạ OpenSG. Trong hệ thống này có sử dụng thƣ viện mã nguồn mở cài.
Chƣơng trình có một số chức năng chính: dùng chuột để xoay và dừng xoay mô hình, cho phép chúng ta quan sát mô hình ở các góc nhìn khác nhau. Ngoài ra chƣơng trình còn có thể di chuyển hay phóng to, thu nhỏ mô hình.
Sau đây là một số kết quả thu đƣợc khi mô phỏng về cấu tạo hệ hô hấp của phổi.
Hình 3.6. Hình ảnh mặt trƣớc của lá phổi
Hình 3.8: Hình ảnh mặt trong lá phổi
Hình 3.10. Hình ảnh lá phổi ở một góc quan sát
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 1. Kết luận
Thực tại ảo và công nghệ mô phỏng là lĩnh vực đã, đang và sẽ còn phát triển rất mạnh không chỉ trên thế giới mà còn cả ở Việt Nam bởi những ứng dụng mà nó đem lại là vô cùng to lớn.
Sau một thời gian thực hiện đề tài với sự nỗ lực, cố gắng của bản thân cùng với sự hƣớng dẫn nhiệt tình của thầy giáo PGS. TS Đỗ Năng Toàn, em đã thu đƣợc một số kết quả chính nhƣ sau: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Tìm hiểu đƣợc khái quát về VR, công nghệ mô phỏng và ứng dụng.
- Tìm hiểu và nghiên cứu đƣợc một số kỹ thuật tạo mô hình 3 chiều trên cơ sở 2 phần mềm tạo mô hình 3D thông dụng hiện nay là Maya và 3DS Max. Nghiên cứu về bộ công cụ đồ hoạ chuyên nghiệp 3DS Max, Maya, củng cố kỹ năng lập trình C++.
- Sử dụng các kỹ thuật tạo mô hình em tạo mô hình hệ hô hấp và cài đặt mô phỏng 3 chiều hệ hô hấp của cơ thể ngƣời, từ đó ứng dụng vào bài giảng cho sinh viên học và nghiên cứu.
Đây cũng một lĩnh vực mới đối với em, vì vậy trong bài luận văn này em mới chỉ xây dựng chƣơng trình thử nghiệm mô phỏng cấu tạo ngoài của hệ hô hấp.
2. Hƣớng phát triển của khoá luận
Với những kết quả nghiên cứu bƣớc đầu ở trên sẽ là tiền đề cho những nghiên cứu tiếp theo của em trong điều kiện thời gian cho phép. Trong tƣơng lai, tác giả rất mong muốn hoàn thiện đƣợc vấn đề sau:
Tìm hiểu chức năng hoạt động của hệ hô hấp. Để từ đó có thể xây dựng mô hình thế hiện đƣợc chức năng hô hấp của phổi bằng các động tác hít vào và động tác thở ra. Nếu có điều kiện trong tƣơng lai không xa em sẽ bổ sung phần này cho hoàn thiện
Mặc dù đã rất cố gắng nhƣng do thời gian và trình độ vẫn còn có những hạn chế nhất định nên luận văn chắc chắn không tránh khỏi những khiếm khuyết. Trong tƣơng lai, em sẽ cố gắng để hoàn thiện đƣợc những hạn chế, phát triển đƣợc những vấn đề đã nêu, và đặc biệt là đƣa ra đƣợc những kết quả khả quan hơn nữa cho đề tài này. Rất mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp của các thầy cô và quý vị độc giả để luận văn ngày càng đƣợc hoàn thiện hơn.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn PGS.TS Đỗ Năng Toàn đã tận tình
thầy, các cô trong Trƣờng Đại học công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện tốt nhất để em có thể hoàn thành đề tài này, cảm ơn các thầy cô, các bạn đồng nghiệp trong khoa Công nghệ thông tin - ĐHSP Hà Nội 2 và các bạn học viên lớp cao học khoá 18 - CNTT - ĐHCN đã động viên, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian qua.
TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt
1. Quang Huy, Tín Dũng (2004), Đồ họa máy tính 3DS Max 6 vẽ phối cảnh 3 chiều, Nhà xuất bản Thống Kê, tr.37-96
2. Trịnh Hữu Hằng, Đỗ Công Huỳnh (2007), Giáo trình sinh lý người và động vật tâp 2, NXB Đại học quốc gia Hà Nội, tr.124-142
3. Nguyễn Công Minh (2009), 3DS Max 2009, Nhà xuất bản Hồng Đức, tr.45- 85.
4. Lƣu Triều Nguyên (2002), Thiết kế 3 chiều với 3DS Max 4, Nhà xuất bản Lao Động - Xã Hội, Tr.445-494, tr.589-595
5. Lƣu Triều Nguyên (2006, Các thủ thuật trong 3DS Max, Nhà xuất bản Lao Động - Xã Hội, tr.131-145
6. Tổng quan về mô phỏng và thực tại ảo: http://share3dvn.blogspot.com
7. Nguyễn Huy Sơn (2006), “Virtual Reality Technologie - Công nghệ Thực tại ảo ”, http://tusach.thuvienkhoahoc.com
Tiếng anh
8. Applications, Hardware – Virtual Reality, http://vresources.org/
9. Department of Informatics Umea University S-901 87 UMEA, Sweden, “Virtual Reality in Medicine: Survery of the State of the Art”.
10. Game Character Development in Maya Ch03 – Game Characte Development with Maya Antony Ward Copyright @ 2005 by Antony Ward; http://www.peachpit.com
11. Henry David (2005), MD5Mesh and MD5Anim files formats
12. Getting Started With Maya ; http://www.Alias.com