Giáo trình kỹ thuật đồ họa - Chương 7

Mục tiêu Học xong chương này sinh viên cần phải nắm bắt được các vấn đề sau: - Việc tạo ra các hình ảnh thực là sự xác định và xóa bỏ các phần của ảnh mà ta không nhìn thấy được từ một vị trí quan sát. - Nắm vững các tiếp cận khử mặt khuất và đường khuất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Giáo trình kỹ thuật đồ họa - Chương 7 Chương 7: Khử các mặt kuất và đường khuất Chương 7 KHỬ CÁC MẶT KHUẤT VÀ ĐƯỜNG KHUẤT 7.1. Tổng quan • Mục tiêu Học xong chương này sinh viên cần phải nắm bắt được các vấn đề sau: - Việc tạo ra các hình ảnh thực là sự xác định và xóa bỏ các phần của ảnh mà ta không nhìn thấy được từ một vị trí quan sát. - Nắm vững các tiếp cận khử mặt khuất và đường khuất. • Kiến thức cơ bản Kiến thức toán học : kiến thức cơ bản về cách vẽ hình trong hình học không gian Kiến thức tin học : kỹ thuật lập trình và cấu trúc dữ liệu. • Tài liệu tham khảo Computer Graphics . Donald Hearn, M. Pauline Baker. Prentice-Hall, Inc., Englewood Cliffs, New Jersey , 1986 (chapters 13, 260-284) • Nội dung cốt lõi Các tiếp cận khử các mặt khuất, đường khuất bao gồm : - Phương pháp dùng vùng đệm độ sâu - Phương pháp đường quét - Phương pháp sắp xếp theo độ sâu - Phương pháp phân chia vùng Trang 134 Chương 7: Khử các mặt kuất và đường khuất 7.2. Khử các mặt nằm sau (Back-Face Removal) Một vấn đề lớn cần được quan tâm đến trong việc tạo ra các hình ảnh thực là sự xác định và xóa bỏ các phần của bức ảnh mà ta không nhìn thấy được từ một vị trí quan sát. Có nhiều tiếp cận chúng ta cần để giải quyết vấn đề này, và cũng có nhiều thuật toán khác nhau đã và đang được phát triển để xóa bỏ các phần bị che khuất một cách hiệu quả cho những loại ứng dụng khác nhau. Vài phương pháp đòi hỏi nhiều bộ nhớ hơn, một vài cần nhiều thời gian xử lý hơn, một số khác lại chỉ áp dụng được cho những kiểu đối tượng đặc biệt. Phương pháp nào được chọn cho một ứng dụng cụ thể dựa vào các nhân tố như độ phức tạp của ảnh, kiểu đối tượng được hiển thị, các thiết bị hiện có, và các hình ảnh cần hiển thị là tĩnh hay động. Trong chương này, chúng ta khảo sát tỉ mỉ một vài trong số các phương pháp được dùng biến nhất để xóa bỏ các đường khuất và mặt khuất. Phân loại các thuật toán Các thuật toán về đường khuất và mặt khuất thường được phân loại dựa theo chúng nó được dùng để xử lý trực tiếp định nghĩa đối tượng hay xử lý hình chiếu của các đối tượng đó. Hai tiếp cận này được gọi là các phương pháp không gian đối tượng (object-space) và các phương pháp không gian ảnh (image-space). Phương pháp không gian đối tượng so sánh các đối tượng, cũng như các thành của chúng với mỗi cái khác để xác định xem các mặt và đường nào sẽ được đánh nhãn là không nhìn thấy được. Trong một thuật toán không gian ảnh, tính chất nhìn thấy được của một điểm được quyết định bởi điểm ở vị trí pixel trên mặt phẳng chiếu. Hầu hết các thuật toán khử mặt khuất dùng phương pháp không gian ảnh, tuy nhiên các phương pháp không gian đối tượng vẫn có thể được dùng một cách hiệu quả cho một số trường hợp. Các thuật toán khử đường khuất hầu hết dùng phương pháp không gian đối tượng, dù rằng nhiều thuật toán khử mặt khuất không gian ảnh có thể dễ dàng được chỉnh sửa cho việc khử đường khuất. Dù có có sự khác nhau lớn trong tiếp cận cơ bản được cần bởi các thuật toán khử mặt khuất và đường khuất, nhưng hầu hết chúng đều dùng đến phương pháp sắp xếp (sorting) và cố kết (coherence) để cải thiện sự thực hiện. Sắp xếp sẽ mang đến sự dễ dàng cho việc so sánh độ sâu sau này, điều này được thực hiện bằng cách sắp xếp Trang 135 Chương 7: Khử các mặt kuất và đường khuất thứ tự các đường, mặt, và các đối tượng trong ảnh dựa vào khoảng cách từ chúng đến mặt phẳng quan sát. Phương pháp cố kết được dùng để thu được thuận lợi của sự cân đối trong ảnh. Một đường quét riêng lẻ có thể được dùng để chứa đựng các giá trị về độ sáng của các pixel, và các mẫu đường quét (scan-line patterns) thường thay đổi ít từ đường này đến đường kế tiếp. Các khung nối kết động chứa các thay đổi chỉ trong vùng lân cận của các đối tượng di chuyển. Và các mối quan hệ cố định thường được xây dựng giữa các đối tượng và các mặt trong ảnh. Một phương pháp không gian đối tượng đơn giản để xác định các mặt sau (back faces ) đối tượng là dựa vào các phương trình mặt: Ax + By + Cz + D = 0 (7-1) Bất kỳ điểm (x’, y’, z’) trên hệ tọa độ bàn tay trái sẽ ở “phía trong” mặt này nếu nó thỏa bất phương trình: Ax’ + By’ + Cz’ + D < 0 (7-2) Nếu điểm (x’, y’, z’) là vị trí quan sát (viewing position), khi đó bất kỳ mặt phẳng nào làm cho bất phương trình 7-2 đúng phải là một mặt ở đằng sau. Tức là, nó là mặt ta không thể nhìn thấy từ vị trí quan sát. Chúng ta Hình 7-1 có thể thực hiện Một mặt phẳng với tham số C < 0 trong hệ quan sát bàn tay phải được xác định như mặt ở đằng sau khi hướng quan sát cùng chiều với trục zv âm. một cách kiểm yv tra mặt đằng sau đơn giản hơn N= (A, B, C) bằng cách nhìn ở pháp vector xv Hướng quan (normal vector) sát • của mặt có Điểm quan zv sát phương trình 7-1. Pháp vector này có tọa độ Descartes (A, B, C). Trong hệ tọa độ bàn tay phải với hướng quan sát cùng chiều với trục zv âm (xem ...