Đồ họa máy vi tính - Chương 5

CHƯƠNG 5GIỚI THIỆU ĐỒ HỌA BA CHIỀUCác đối tượng trong thế giới thực phần lớn là các đối tượng ba chiều, nên việc thể hiện các đối tượng ba chiều trên máy tính là một công việc hết
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Đồ họa máy vi tính - Chương 5 CHƯƠNG 5 GIỚI THIỆU ĐỒ HỌA BA CHIỀUCác đối tượng trong thế giới thực phần lớn là các đối tượng ba chiều, nên việc thểhiện các đối tượng ba chiều trên máy tính là một công việc hết sức cần thiết để đưatin học gần gũi với thực tế hơn. Cũng giống như các cách biểu diễn các đối tượng bachiều trên mặt phẳng khác (như của máy ảnh, camera, ... ), biểu diễn bằng máy tínhcũng phải tuân theo các quy luật về phối cảnh, sáng, tối, ... nhằm giúp người xem cóthể tưởng tượng lại hình ảnh một cách gần đúng nhất. Ngoài ra biểu diễn trên máytính có ưu thế giúp ta có thể quan sát đối tượng ở nhiều góc cạnh khác nhau, ở cáckhoảng cách khác nhau.Chương này sẽ giới thiệu một số kĩ thuật biểu diễn các đối tượng ba chiều trên máytính, từ các đối tượng đơn giản như các hình khối, các đa diện, ... đến các đối tượngtương đối phức tạp như các mặt đã được tìm hiểu ở các chương trước.1. TỔNG QUAN VỀ ĐỒ HỌA BA CHIỀUKhi chúng ta mô hình hóa và hiển thị một cảnh ba chiều, ta cần phải xem xét rất nhiềukhía cạnh và vấn đề khác nhau chứ không đơn giản là thêm vào tọa độ thứ ba cho cácđối tượng. Bề mặt đối tượng có thể xây dựng bởi nhiều tổ hợp khác nhau của cácmặt phẳng và các mặt cong. Ngoài ra, đôi khi chúng ta cũng cần mô tả một số thôngtin về bên trong các đối tượng. Các công cụ hỗ trợ đồ họa (graphics package) thườngcung cấp một số hàm hiển thị các thành phần bên trong, những đường nét tiêu biểuhoặc hiển thị một phần của đối tượng ba chiều (solid object). Ngoài ra, các phép biếnđổi hình học thường được sử dụng nhiều hơn và đa dạng hơn trong đồ họa ba chiềuso với trong đồ họa hai chiều. Phép biến đổi hệ quan sát trong không gian ba chiềuphức tạp hơn nhiều so với trong không gian hai chiều do chúng ta phải chọn lựa nhiềutham số hơn khi mô tả một cảnh ba chiều sẽ xuất hiện trên màn hình như thế nào. Hình 5.1 – Một cảnh đồ họa ba chiềuCác mô tả về một cảnh ba chiều phải đi qua một quy trình xử lí gồm nhiều công đoạnnhư phép biến đổi hệ tọa độ quan sát và phép chiếu chuyển cảnh từ hệ tọa độ quansát ba chiều xuống hệ tọa độ thiết bị hai chiều. Những phần nhìn thấy được củacảnh, ứng với một hệ quan sát được chọn nào đó, phải được xác định và cuối cùng,các thuật toán vẽ mặt sẽ được áp dụng nhằm tạo ra hình ảnh trung thực (gần với thựctế) của cảnh.1.1. Sơ lược về quy trình hiển thịQuy trình xử lí thông tin trong đồ họa ba chiều là một chuỗi các bước nối tiếp nhau,kết quả của mỗi bước sẽ là đầu vào của bước tiếp theo. Hình 5.2 – Quy trình hiển thị đối tượng ba chiềuQuy trình bắt đầu bằng việc xây dựng các mô hình đối tượng. Các mô hình nàythường được mô tả trong không gian ba chiều (x,y,z). Các mô hình thường thể hiệnvật thể (solid) hoặc bề mặt (boundaries) của đối tượng. Như vậy ta có hai kiểu môhình hóa. Trong solid modeling các đối tượng đồ họa cơ sở thường được dùng để môtả các đối tượng có thể tích (volume). Trong boundary representations(B-reps), các đốitượng được định nghĩa bởi bề mặt của chúng.Các mô hình thường được biểu diễn trong một hệ tọa độ cục bộ, mà ta gọi là hệ tọađộ đối tượng. Trong hệ tọa độ này chỉ có bản thân đối tượng được định nghĩa, vì vậygốc tọa độ và đơn vị đo lường thường được chọn sao cho việc biểu diễn đối tượngtiện lợi nhất.Bước đầu tiên trong quy trình hiển thị là biến đổi đối tượng từ không gian đối tượng(object-space) vào một không gian chung gọi là không gian thực (world space). Trongkhông gian này các đối tượng, nguồn sáng, và người quan sát cùng tồn tại. Bước nàyđược gọi là giai đoạn biến đổi mô hình (modeling transformation).Bước tiếp theo là một bước tối ưu hóa. Trong giai đoạn loại bỏ đơn giản (trivialrejection) ta cần loại trừ tất cả các đối tượng không thể nhìn thấy. Điều này giúpchúng ta tránh được việc xử lí một số phần không cần thiết của cảnh (scene) mà tađang chuẩn bị hiển thị ở các bước sau.Tiếp theo ta phải chiếu sáng (illumination) các đối tượng có thể nhìn thấy được bằngcách gán cho chúng màu sắc dựa trên các đặc tính của các chất tạo nên vật và cácnguồn sáng tồn tại trong cảnh.Sau khi chiếu sáng, ta phải thực hiện một phép biến đổi hệ tọa độ để đặt vị trí quansát (viewing position) về gốc tọa độ và mặt phẳng quan sát (viewing plane) về một vịtrí mong ước. Bước này gọi là bước đổi hệ quan sát. Sau bước này, các đối tượngđược chuyển từ không gian thực sang không gian quan sát (eye space).Trong không gian quan sát, ta phải thực hiện việc xén các đối tượng trong cảnh đểcảnh nằm gọn trong một phần không gian chóp cụt mà ta gọi là viewing frustum.Bước này sẽ loại bỏ hoàn toàn các đối tượng (các mảnh đối tượng) không nhìn thấyđược trong ảnh.Bước tiếp theo ta sẽ chiếu các đối tượng xuống mặt phẳng hai chiều. Bước Projectionthực hiện phép biến đổi từ không gian quan sát sang không gian màn hình (screen-space).Trong bước rời rạc hóa (rasterization) ta sẽ chuyển đ ...