Xây dựng hệ thư viện đồ họa BKGraphics và các phần mềm ứng dụng trong đào tạo kỹ thuật đồ họa.

Với mục tiêu hỗ trợ các ứng dụng đồ họa nhất là trong lĩnh vực đào tạo, ý tưởng và giải pháp xây dựng hệ thống thư viện BKGraphics nhằm đáp ứng các yếu tố sau đây: là thư viện chuẩn về đồ hoạ cho các ngôn ngữ lập trình trên các platform khác nhau, làm cơ sở để xây dựng các phần mềm ứng dụng khác, hay mở rộng khi cần thiết, trong thiết kế áp dụng phương pháp thiết kế hướng đối tượng, hỗ trợ phát triển nhanh các chương trình nhỏ, không mất nhiều công sức học các ngôn ngữ khác, trợ giúp cho việc giảng dậy môn đồ hoạ cũng như xử lý ảnh hay mô phỏng khác.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Xây dựng hệ thư viện đồ họa BKGraphics và các phần mềm ứng dụng trong đào tạo kỹ thuật đồ họa. Xây dựng hệ thư viện đồ họa BKGraphics và các phần mềm ứng dụng trong đào tạo kỹ thuật đồ họa Developing the BKGraphics Library and Application Softwares for Teaching Computer Graphics Huỳnh Quyết Thắng , Lê Tấn Hùng Abstract: Advanced Computer Graphics and Virtual Reality is common knowledge for IT students and either students in other areas. This paper present an architechture of BKGRPHICS, an Open Programming Graphics's Library, and some applications based on this library. The applications are good demostration for applying BKGraphics in teaching and software developing in the field of computer graphics. I.ĐẶT VẤN ĐỀ Mức độ phức tạp trong việc xây dựng các ứng dụng của đồ họa ngày càng gia tăng, nhất là đối với các loại ứng dụng đòi hỏi độ khó cao trong các vấn đề xử lý đồ hoạ, các giải thuật hiệu quả và sự hỗ trợ của các thư viện hệ thống. Ngoài ra trong lĩnh vực đào tạo kỹ thuật đồ hoạ, người học còn cần phải nắm bắt được các tư tưởng của các giải thuật và áp dụng được những ý tưởng này trong thực hiện phần mềm. Với mục tiêu hỗ trợ các ứng dụng đồ họa nhất là trong lĩnh vực đào tạo, ý tưởng và giải pháp của chúng tôi là xây dựng hệ thống thư viện BKGraphics nhằm đáp ứng các yếu tố sau đây: − Là thư viện chuẩn về đồ hoạ cho các ngôn ngữ lập trình trên các platform khác nhau (hiện tại sản phẩm mới chỉ đóng gói trên nền MS Windows). − Làm cơ sở để xây dựng các phần mềm ứng dụng khác, hay mở rộng khi cần thiết, trong thiết kế áp dụng phương pháp thiết kế hướng đối tượng (Object-Oriented Design), có tính kế thừa cao. − Hỗ trợ phát triển nhanh các chương trình nhỏ, không mất nhiều công sức học các ngôn ngữ khác. − Trợ giúp cho việc giảng dậy môn đồ hoạ cũng như xử lý ảnh hay mô phỏng khác, minh hoạ giúp người học hiểu rõ hơn nội dung và các kiến thức được học. II. KIẾN TRÚC HỆ THỐNG CỦA BKGRAPHICS Thư viện BKGraphics được định hướng xây dựng theo mô hình hướng đối tượng nhằm tăng cao khả năng tái sử dụng, cũng như xây dựng và hoàn thiện các thư viện đồ họa đã được sử dụng rộng rãi trên thế giới với mục đích áp dụng trong các bài toán cụ thể. Thư viện được xây dựng từ hai thư viện được sử dụng rộng rãi trên thế giới là OpenGL [1], DirectX [2]. Đặc điểm của thư viện BKGraphics là mỗi lớp đối tượng (class) được thiết kế xây dựng mang tính kế thừa cao. Vì vậy người sử dụng có thể phát triển các lớp đối tượng cũ hoặc xây dựng các lớp đối tượng mới một cách rất dễ dàng và thuận tiện. 1. Mô hình tổng quan Thư viện BKGraphics được chia thành 3 gói (package) riêng nhưng có thể sử dụng lẫn nhau và hỗ trợ cho nhau theo sơ đồ dưới đây (hình 1): − Gói thứ nhất: Các đối tượng sử dụng cho đồ hoạ 2 chiều (2D Objects) − Gói thứ hai: Các đối tượng sử dụng cho đồ hoạ 3 chiều (3D Objects) − Gói thứ ba: Các đối tượng sử dụng chung (Common Use Objects). BKGraphics 2D Graphics 3D Graphics CommonUse (from BKGraphics) (from BKGraphics) (from BKGraphics) Hình 1: Mô hình đóng gói của BKGraphics 2. Các đối tượng sử dụng cho đồ hoạ 2 chiều (2D Objects) C2DObject C2DObject Detail C2DShape C2DPoint C2DRetangle C2DTritangle C2DArc C2DCycle C2DEllipse C2DPolygon C2DLine Hình 2: Mô hình của gói 2DGraphics Các đối tượng trong gói này bao gồm các thực thể hình học cơ bản không thể thiếu trong mọi ứng dụng như: Rectangle, Triangle, Arc, Cycle, Ellípse, Polygon, Point, Line [3]. Tập các các đối tượng cơ bản này cho phép định nghĩa các hình theo đối tượng cơ sở hai chiều (2Dobject), trên cơ sở đó có thể xây dựng được các hình phức tạp với tối thiểu các phương thức và tham số (hình 2). 3. Các đối tượng sử dụng cho đồ hoạ ba chiều (3D objects) Các đối tượng đồ hoạ ba chiều được xây dựng trên mô hình phức tạp, chia làm 3 gói nhỏ cùng xuất phát từ 1 lớp đối tượng gốc gọi là 3Dobject làm nền tảng. Đơn giản nhất là các lớp đối tượng đồ họa phẳng trong không gian ba chiều dựa trên một mặt phẳng bất kỳ thông qua lớp đối tượng C3Dplane. Các đối tượng khối ba chiều được phát triển trên nền của lớp C3DShape cho phép xây dựng các thực thể cơ sở chuẩn và các đối tượng mở rộng trên cơ sở mô tả được các khối hình học ba chiều phức tạp. Các đối tượng bề mặt lưới được xây dựng trên nền của C3Dpoint và các lớp đối tượng hỗ trợ như định nghĩa nguồn sáng, hình dạng (texture), v.v. tạo nên một tổng thể ba chiều cho phép mô tả theo tất cả các chuẩn đồ họa hiện thời [3]. 4. Các đối tượng sử dụng chung (Common Use Objects) Các lớp đối tượng dùng chung có thể được sử dụng cho cả hai mô-đun hai chiều và ba chiều bao gồm các lớp cơ sở trong lý thuyết đồ họa. Đây cũng là phần cho phép chúng tôi mở rộng của thư viện đồ họa với các giải thuật được đưa thêm vào làm tăng khả năng ứng dụng của BKGraphics. Các giải thuật này là kết quả nghiên cứu của các tác giả và đã được công bố trong các tạp chí và hội nghị khoa học [4,5,6,7]. Trong mô hình hiện tại, các lớp đối tượng dùng chung bao gồm: − CColor: lớp đối tượng màu cho đồ hoạ, cho phép phối mầu ứng dụng trong các phương thức của mọi đối tượng theo một trong các mô hình màu. Chúng tôi xây dựng lớp này độc lập với mục đích dễ dàng tạo và sửa đổi mầu sắc của đối tượng trong chương trình. − CTexture & CMaterial: các lớp dùng để tạo mẫu cho bề măt, xác định vật liệu cho các đối tượng hai chiều và ba chiều qua các tính chất của vật liệu đi lên từ các lớp cơ sở. − CLight: lớp ánh sáng, nền tảng cho việc xây dựng các mô hình chiếu sáng khác nhau của thư viện nh ...