Tải bản đầy đủ

Mô phỏng không gian di tích Hor Pha Keo Viêng Chăn bằng đồ họa 3D (Luận văn thạc sĩ)

i
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG
∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∞∞𑃰∞∞∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙∙

VILASONE DOUNGPHACHAN

MÔ PHỎNG KHÔNG GIAN DI TÍCH HOR PHA KEO
VIÊNG CHĂN BẰNG ĐỒ HỌA 3D

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Thái Nguyên – 2018


ii

LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan luận văn tốt nghiệp với tên đề tài “Mô phỏng không
gian di tích HOR PHA KEO Viêng Chăn bằng đồ họa 3D” là do em triển
khai thực hiện dưới sự hướng dẫn của cán bộ hướng dẫn khoa học. Các nội

dung tham khảo có trích dẫn đầy đủ, các sản phẩm phần mềm do em tự thiết
kế cài đặt.
Nếu có gì sai em xin chịu mọi hình thức kỉ luật theo quy chế đao tạo.
Thái Nguyên, ngày 2018
HỌC VIÊN THỰC HIỆN

VILASONE DOUNGPHACHAN


iii

LỜI CẢM ƠN
Để hoàn thành chương trình cao học và viết luận văn, tôi đã nhận được sự
hướng dẫn, giúp đỡ góp ý nhiệt tình của quý thầy cô trường Đại học Công nghệ
Thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên.
Trong quá trình học tập và rèn luyện tại khoa Công nghệ thông tin - Đại học
Thái Nguyên, đến nay em đã kết thúc khóa học 2 năm và hoàn thành luân văn tốt
nghiệp. Để có được kết quả này em xin chân thành cảm ơn:
Ban chủ nhiệm khoa Công nghệ thông tin cùng các thầy, cô giáo trong khoa
đã giảng dạy, quan tâm và tạo điều kiện thuận lợi để chúng em học tập và rèn
luyện trong suốt thời gian theo học tại trường.
TS. VŨ ĐỨC THÁI đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình
thực hiện luận văn tốt nghiệp. Thầy đã cho em một hướng đi mới, một cách tiếp
cận mới với một công nghệ 3D còn rất mới mẻ ở CDN Lào, nhưng sẽ rất phát triển
trong tương lai gần bởi những ứng dụng vô cùng quan trọng của nó và bởi những
lợi ích thiết thực mà nó đem lại cho chúng ta.

Thái Nguyên, năm 2018
HỌC VIÊN THỰC HIỆN

VILASONE DOUNGPHACHAN


iv

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ..................................................... Error! Bookmark not defined.
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ......................................................................................vi
Chương 1: .................................................................................................................... 1


TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG VÀ BÀI TOÁN HIỂN THỊ MÔ HÌNH 3D ........... 3
1.1 Tổng quan về Thực tại ảo...................................................................................... 3
1.1.1 Thực tại ảo ......................................................................................................3
1.1.2 Ứng dụng của Thực tại ảo. ............................................................................3
1.1.3 Lịch sử phát triển của Thực tại ảo. ................................................................4
1.2 Môi trường và ngôn ngữ lập trình ........................................................................ 5
1.2.1 Vai trò của việc mô phỏng không gian 3D .....................................................5
1.2.2 Mô hình hóa mô hình 3D ................................................................................6
1.2.3 Bài toán mô phỏng thực tại ảo ........................................................................7
1.2.4 Giới thiệu một số thuật toán trong đồ họa 3D ................................................9
1.3 Di tích Hor Pha Keo. ......................................................................................... 11
Chương 2: .................................................................................................................. 16
MỘT SỐ KỸ THUẬT XÂY DỤNG VÀ HIỂN THỊ MÔ HÌNH 3D ....................... 16
2.1 Kỹ thuật xây dụng .............................................................................................. 16
2.1.1 Thiết kế đi từ tổng thể đến chi tiết. ...............................................................16
2.1.2. Thiết kế đi từ chi tiết đến tổng thể ...............................................................19
2.1.3 Thiết kế phối hợp ..........................................................................................21
2.2 Kỹ thuật hiển thị mô hình Occlusion – Culling .................................................. 21
2.3 Kỹ thuật hiển thị mô hình Bump Mapping ......................................................... 25
2.4 Kỹ thuật hiển thị mô hình Impostor. ................................................................... 33
CHƯƠNG 3 .............................................................................................................. 38
XÂY DỰNG MÔ PHỎNG KHÔNG GIAN DI TÍCH



HOR PHA KEO” ...................................................................................................... 38
3.1.

Mô tả bài toán và giới thiệu HOR PHA KEO. ............................................... 38

3.2.

Xây dựng Cơ sở dữ liệu 3D không gian “HOR PHA KEO”. ....................... 39

3.2.1.

Thu nhận dữ liệu. .....................................................................................39

3.2.2. Xây dựng dữ liệu mô phỏng. ....................................................................... 40


v
3.3. Xây dựng chương trình hiển thị ....................................................................... 43
3.4. Thiết kế mô hình 3D HOR PHA KEO. ............................................................ 44
3.4.1 Dựng hình 3D (Modelling 3D). ....................................................................45
3.4.2. Thiết kế môi trường. ....................................................................................47
3.5.

Một số giao diện chương trình. ....................................................................... 48

KẾT LUẬN ............................................................................................................... 55
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................... 56


vi

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Một hệ thống VR tại Viện Fraunhofer (CHLB Đức) ...................................3
Hình 1.2 giao diện phần mềm 3DS max .....................................................................6
Hình 1.3 Ứng dụng Thực tại ảo trong thiết kế nội thất ............................................11
Hình 1.4 Chùa HOR PHA KEO ................................................................................12
Hình 1.5 Kiến trúc của HOR PHA KEO ..................................................................12
Hình 1.6 Trước mặt của HOR PHA KEO .................................................................14
Hình 1.7Bên cạch của HOR PHA KEO ....................................................................14
Hình 1.8 xung quanh Trong HOR PHA KEO ..........................................................15
Hình 1.9 xung quanh bên cạnh HOR PHA KEO ......................................................15
Hình 2.1. Một số hình khối 3D cơ bản ......................................................................17
Hình 2.2. Công cụ Select and Move trong thiết kế ..................................................18
Hình 2.3. Chế độ Editable Poly.................................................................................19
Hình 2.4. Hai tấm plance chiếu đứng và cạnh (cách 1) ............................................20
Hình 2.5. Hai tấm plance chiếu đứng và cạnh (cách 2) ............................................20
Hình 2.6 Dựng hình đặc, khung dây, và sự phức tạp độ sâu ....................................21
Hình 2.7 Trước khi Occlusion Culling......................................................................22
Hình 2.8 Shadow volumes ........................................................................................22
Hình 2.9 Một ảnh hoa văn phức tạp ..........................................................................24
Hình 2.10 bề mặt các viên gạch trong văn miếu .......................................................26
Hình 2.11 Cây đổ bóng .............................................................................................27
Hình 2.12 Không gian tiếp tuyến ..............................................................................29
Hình 2.13 Sự phản xạ của tia sáng trên bề mặt .........................................................30
Hình 2.14 Ảnh hoa văn .............................................................................................32
Hình 2.15 Rendering the imposter ............................................................................33
Hình 2.16 Từ đối tượng 3D đến kỹ thuật ảnh giả mạo .............................................34
Hình 2.17 Hai hộp giới hạn Impostor .......................................................................35
Hình 2.18 Khung giới hạn cho Texture ....................................................................36
Hình 3.1 Mô hình quản lý dữ liệu của hệ thống .......................................................40
Hình 3.2 Flow diagram Quá trình số hóa vào tái tạo cảnh 3D trong mô phỏng .......41
Hình 3.3 Flow diagram xây dựng mô hình và xác định vị trí kiến trúc ....................41
Hình 3.5 Flow diagram tạo vật liệu và ảnh phủ cho mọi mức chi tiết cảnh 3D .......42


vii
Hình 3.6 Workflow xây dựng dữ liệu mô phỏng mức thấp ......................................42
Hình 3.7 Workflow quá trình sinh ảnh của cảnh mô phỏng tác động vào người khi thị
sát của phần mềm sinh cảnh ......................................................................................43
Hình 3.8 Sơ đồ mô tả quan hệ giữa các hệ thống của sản phẩm thực tại ảo ............44
Hình 3.9 Mô tả phân cấp HOR PHA KEO ...............................................................45
Hình 3.10 Modelling tạo ra mô hình 3D mô phỏng một trụ hình cột nhỏ ................46
Hình 3.12 Mô hình 3D sau khi áp vật liệu ................................................................47
Hình 3.15 Các cửa số của HOR PHA KEO ..............................................................49
Hình 3.16 Đường lên vào HOR PHA KEO ..............................................................50
Hình 3.117 cửa vào trong .........................................................................................51
Hình 3.18 Các cột và nhà xung quanh ......................................................................52


1
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, thực tại ảo (thực tế ảo) đã ngày càng chứng tỏ vai trò quan trọng
trong đời sống cũng như trong khoa học, kỹ thuật. Thực tại ảo hiện diện ở hầu như
mọi lĩnh vực giải trí, văn hóa, kinh tế, chính trị, quốc phòng, khoa học, đời sống
v.v.. Trong thực tại ảo việc xây dựng các đối tượng 3D (3 chiều) là vô cùng quan
trọng, vì các đối tượng 3D giúp cho thế giới trong thực tại ảo giống với thực tế
hơn đáp ứng được các nhu cầu khắt khe của con người.
Các mô hình đối tượng 3D trong thực tại ảo được tạo ra chủ yếu bằng ba
phương pháp đó là tạo ra từ các lệnh trong ngôn ngữ lập trình, từ các nhà thiết kế
sử dụng phần mềm 3D và từ các máy quét 3D. Cùng với sự phát triển của khoa
học công nghệ những chiếc máy quét 3D đang dần trở thành công cụ đắc lực cho
việc tạo ra các mô hình 3D từ thế giới thực. Các sản phẩm được tạo từ máy quét
3D có tỷ lệ chính xác so với mẫu ban đầu khá cao, đồng thời cũng giảm khá nhiều
thời gian và chi phí để tạo ra đối tượng 3D. Tuy nhiên, đồng nghĩa với độ chính
xác cao, các mô hình này cũng có số lượng lưới khá lớn, khó có thể dùng cho
nhiều ứng dụng khác nhau của thực tại ảo.
Bài toán tối ưu hóa bề mặt lưới trên mô hình 3D có nhiều ý nghĩa khi mà
số lượng mô hình cần đưa vào thực tại ảo ngày một nhiều, ví dụ như chúng ta mô
phỏng lại một thành phố, hay tái tạo lại một khu bảo tàng. Bên cạnh đó, sản phẩm
về thực tại ảo xuất hiện nhiều trên các điện thoại thông minh hay máy tính bảng,
các thiết bị này hiện tại thì cấu hình phần cứng đang còn khá khiêm tốn. Với khả
năng ứng dụng cao, chi phí thấp thì cần phải có những nghiên cứu chuyên sâu về
tối ưu lưới mô hình để các mô hình 3D sau được tạo từ máy quét có thể ứng dụng
được rộng dãi hơn.
Chính vì tầm quan trong của bài toán tối ưu hóa mô hình với số lượng lưới
lớn, đặc biệt là các mô hình tạo ra từ máy quét 3D, tôi thực hiện đề tài “Mô phỏng
không gian di tích HOR PHA KEO Viêng Chăn bằng đồ họa 3D” nhằm đáp
ứng các yếu tố về kích thước dữ liệu mô hình đối tượng đồng thời tạo lưới mới
cho bề mặt mô hình để thỏa mãn cho các chuyển động của mô hình.


2
Nội dung luận văn được chia làm 3 phần chính: Chương 1 tổng quan về
mô phỏng và bài toán hiển thị mô hình 3d.Chương 2 một số kỹ thuật xây dựng
và hiển thị mô hình 3d. Chương 3 xây dựng mô phỏng không gian di tích“ HOR
PHA KEO”Phần cuối cùng là kết luận và hướng phát triển tiếp theo của luân
văn.


3
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG VÀ BÀI TOÁN HIỂN THỊ MÔ HÌNH 3D
1.1 Tổng quan về Thực tại ảo
1.1.1 Thực tại ảo
Thực tại ảo (Virtual reality_VR) là một hệ thống mô phỏng trong đó đồ họa
máy tính được sử dụng để tạo ra một thế giới "như thật". Hơn nữa, thế giới "nhân
tạo" này không tĩnh tại, mà lại phản ứng, thay đổi theo ý muốn (tín hiệu vào) của
người sử dụng (nhờ hành động, lời nói,..). Điều này xác định một đặc tính chính
của VR, đó là tương tác thời gian thực. Thời gian thực ở đây có nghĩa là máy tính
có khả năng nhận biết được tín hiệu vào của người sử dụng và thay đổi ngay lập
tức thế giới ảo. Người sử dụng nhìn thấy sự vật thay đổi trên màn hình ngay theo
ý muốn và bị thu hút bởi sự mô phỏng này. Tương tác và khả năng thu hút của VR
góp phần lớn vào cảm giác đắm chìm, cảm giác trở thành một phần của hành động
trên màn hình mà người sử dụng đang trải nghiệm. Nhưng VR còn đẩy cảm giác
này "thật" hơn nữa nhờ tác động lên tất cả các kênh cảm giác của con người.

Hình 1.1 Một hệ thống VR tại Viện Fraunhofer (CHLB Đức)
1.1.2 Ứng dụng của Thực tại ảo.
Tại các nước phát triển, chúng ta có thể nhận thấy VR được ứng dụng trong
mọi lĩnh vực: Khoa học kỹ thuật, kiến trúc, quân sự, giải trí, du lịch,... và đáp ứng
mọi nhu cầu: Nghiên cứu- Giáo dục- Thương mại-dịch vụ.


4
Y học, du lịch là lĩnh vực ứng dụng truyền thống của VR. Bên cạnh đó VR cũng
được ứng dụng trong giáo dục, nghệ thuật, giải trí, du lịch ảo (Virtual Tour), bất
động sản... Trong lĩnh vực quân sự, VR cũng được ứng dụng rất nhiều ở các nước
phát triển. Bên cạnh các ứng dụng truyền thống ở trên, cũng có một số ứng dụng
mới nổi lên trong thời gian gần đây của VR như: VR ứng dụng trong sản xuất, VR
ứng dụng trong ngành rôbốt, VR ứng dụng trong hiển thị thông tin (thăm dò dầu
mỏ, hiển thị thông tin khối, ứng dụng cho ngành du lịch, ứng dụng cho thị trường
bất động sản....) VR có tiềm năng ứng dụng vô cùng lớn. Có thể nói tóm lại một
điều: Mọi lĩnh vực "có thật " trong cuộc sống đều có thể ứng dụng "thực tế ảo" để
nghiên cứu và phát triển hoàn thiện hơn.
1.1.3 Lịch sử phát triển của Thực tại ảo.
VR – Thực tại ảo là một thuật ngữ mới xuất hiện khoảng đầu thập kỷ 90,
nhưng ở Mỹ và châu Âu VR đã và đang trở thành một công nghệ mũi nhọn nhờ
khả năng ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực (nghiên cứu và công nghiệp, giáo
dục và đào tạo cũng như thương mại, giải trí,…) tiềm năng kinh tế cũng như tính
lưỡng dụng (trong dân dụng, quân sự) của nó. VR không phải là một phát minh
mới, mà ngay từ năm 1962 Morton Heilig (Mỹ) đã phát minh ra thiết bị mô phỏng
SENSORAMA. Tuy nhiên cũng như nhiều ngành công nghệ khác, VR chỉ thực
sự được phát triển ứng dụng rộng rãi trong những năm gần đây nhờ vào sự phát
triển của tin học (phần mềm) và máy tính (phần cứng). Thuật ngữ “virtual reality
– thực tại ảo được đưa ra bởi Jaron Lanier (người sáng lập công ty VPL Research,
tại Redwood – California, một trong những công ty đầu tiên cung cấp các sản
phẩm cho môi trường ảo).
Sự hình dung liên quan đến các tác động đầu ra mà máy tính tạo ra về thị
giác, thính giác hay các giác quan khác khi người sử dụng tương tác với thế giới
bên trong máy tính. Thế giới này có thể là các mô hình được thiết kế với sự trợ
giúp của máy tính, là sự mô phỏng hay là cách nhìn nhận một cơ sở dữ liệu. Hệ
thống có thể có tính động, các mô phỏng vật lý hay các hoạt cảnh.


5
1.2 Môi trường và ngôn ngữ lập trình
1.2.1 Vai trò của việc mô phỏng không gian 3D
Một thực tế hiện nay, nhiều người dân trong nước cũng như trên thế giới có
nghe, có biết Nước Lào có nhiều di tích quý báu như HOR PHA KEO Viêng Chăn
Tuy nhiên, họ mới chỉ dừng lại ở việc nghe, biết mà chưa nhìn thấy tận mắt, chứng
kiến tận mắt hay có thể nhìn thấy tổng thể qua hình ảnh hay video,… Đây là một
vấn đề cần phải được giải quyết. Việc nghiên cứu ứng dụng các công nghệ tiên
tiến, khoa học kỹ thuật, công nghệ thông tin mà cụ thể là kỹ thuật đồ họa máy tính,
Thực tại ảo là việc làm hết sức cần thiết và có ý nghĩa. Vì việc ứng dụng Công
nghệ như Thực tại ảo sẽ giúp cho chúng ta có thể quảng bá, giúp người dân trong
nước và trên thế giới xem, ngắm và thăm quan về các di tích lịch sử như HOR
PHA KEO Viêng Chăn qua internet một cách thuận tiện, dễ dàng và nhanh chóng,
tiết kiệm chi phí,.. cho những người dân ở xa không có khả năng đến được tận nơi
để thăm quan, chẳng hạn như những người dân của Việt Nam.
Có câu rằng “một hình ảnh bằng cả nghìn lời nói”, điều đó thật không phủ
nhận, vì rõ ràng nếu hiển thị thông tin chỉ với các ký hiệu, chữ cái, chữ số không
thôi thì không thể hấp dẫn và dễ hiểu khi có thêm biểu diễn đồ họa. Kỹ thuật đồ
họa cũng là công cụ không thể thiếu trong các ngành khoa học kỹ thuật, giáo dục
nghệ thuật, giải trí, quảng cáo...(để diễn đạt máy móc thiết bị, cấu trúc cơ thể,
thông tin thiên văn địa lý, hình ảnh minh họa..). Chính vì vậy, đồ họa hay Thực tại
ảo là một vấn đề được quan tâm trong ngành công nghệ thông tin. Thông qua việc
tìm hiểu về vai trò và ứng dụng của công nghệ thực tại ảo, em thấy công nghệ thực
tại ảo đem lại hiệu quả rất lớn trong việc bảo tồn và phục chế di tích văn hóa.
Tuy nhiên, ở Lào ứng dụng công nghệ Thực tại ảo còn khá mới mẻ và chưa
phát triển nhiều. Mục đích của Luận văn này là cung cấp một sự lựa chọn mới,
thay cho những tấm ảnh hoặc sơ đồ của các di tích lịch sử như HOR PHA KEO
Viêng Chăn vốn khá khô cứng, đồng thời giúp những người muốn tìm hiểu lịch
sử của Thủ đô Viêng Chăn được tận mắt đắm chìm trong không khí linh thiêng
của quá khứ dân tộc bằng công nghệ thông tin hiện đại. Công nghệ này cho phép
phục chế những di sản đang gặp nguy hiểm, với bầu không khí và bối cảnh của di


6
tích lịch sử. Với công nghệ mô phỏng thực tại ảo sẽ tạo ra sự ấn tượng về sự du
hành ngược thời gian, được thể hiện với hình ảnh ba chiều, sẽ giúp người xem cảm
thấy như mình đang sống thực với không gian ảo.
1.2.2 Mô hình hóa mô hình 3D


3DS max.
3DS Max là một ứng dụng mạnh, tích hợp các mô hình 3 chiều, hoạt

cảnh, và tạo cảnh 3D (rendering). Môi trường dễ học của nó cho phép các nghệ
sĩ nhanh chóng tạo dựng một cách nhanh chóng các sản phẩm. 3DS Max thường
được sử dụng để tạo phim và các đoạn video nghệ thuật, phát triển game, thiết
kế sản phẩm đa phương tiện multimedia….. 3DS Max là đang dẫn đầu các phần
mềm trong lĩnh vực thiết kế trực quan, phát triển game, thiết kế các hiệu ứng
ảo và đào tạo.
Khóa học hướng dẫn các bạn từ làm chủ giao diện, thao tác điều khiển sau
đó tiến tới làm việc với qui trình chuẩn của một sản phẩm 3D tĩnh là : Modelling
(dựng hình) – Mapping&Shading (Gán vật liệu) – Lighting (thiết lập ánh sáng) –
Rendering (kết xuất ảnh).

Hình 1.2 giao diện phần mềm 3DS max


Thư viện xử lý đồ họa OpenGL.


7
OpenGL là một tiêu chuẩn kỹ thuật đồ họa nhằm mục đích tạo ra một
giao diện lập trình ứng dụng đồ họa 3D được phát triển đầu tiên bởi Silicon
Graphic, Inc. OpenGL đã trở thành một chuẩn công nghiệp và các đặc tính kỹ
thuật của OpenGL do Uỷ ban kỹ thuật ARB. OpenGL cho phép phát triển các
ứng dụng đồ họa sử dụng nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau như C/C++, Java,
Delphi, v.v…, tuy nhiên OpenGL cũng có thể được dùng trong ứng dụng đồ họa
2D. Giao diện lập trình này chứa khoảng 250 hàm để vẽ các cảnh phức tạp từ
những hàm đơn giản và được ứng dụng rộng rãi trong các trò chơi điện tử. Ngoài
ra còn được dùng trong các ứng dụng CAD, thực tại ảo, mô phỏng khoa học, mô
phỏng thông tin, phát triển trò chơi. OpenGL sử dụng hệ tọa độ theo quy tắc bàn
tay phải.
1.2.3 Bài toán mô phỏng thực tại ảo
VR là một hệ mô phỏng có tương tác hai chiều và xử lý thời gian thực, đặc
biệt với kỹ thuật Stereo 3D cho phép người quan sát được chìm đắm trong không
gian ảo. Để xây dựng hệ VR thì việc xây dựng mô hình 3D là khâu quan trọng
đầu tiên. Cho đến nay, nhìn chung có 2 xu hướng để thực hiện mô phỏng hình
3D:


Cách thứ nhất: thể hiện các mô hình 3D nhờ các ngôn ngữ lập trình truyền

thống như C#, Cách này không đòi hỏi sự chạy đua về công nghệ cũng như cấu
hình mạnh của phần cứng, hơn nữa nó có thể thực hiện các mô phỏng phức tạp đòi
hỏi sự chính xác cao.Tuy nhiên nó không được nhiều người sử dụng vì đó không
phải là công việc đơn giản, nó đòi hỏi trình độ lập trình cao, các thuật toán phức
tạp, mất nhiều thời gian và nhất là rất khó trong việc tạo ra những cảnh rộng lớn.
Mặc dù ít được ưa thích nhưng đôi khi nó lại là lựa chọn duy nhất cho những ai
muốn mô phỏng chính xác các hiện tượng thiên nhiên đúng với bản chất của nó.
Tuy nhiên nó chỉ phù hợp với những mô phỏng có quy mô nhỏ, phù hợp với việc
học tập.


Cách thứ hai: sử dụng các công cụ mô phỏng đã được xây dựng sẵn. Cách

này không đòi hỏi trình độ lập trình cao, không tốn nhiều thời gian thực hiện, nó
phù hợp với các mô phỏng có tính chất mô hình không yêu cầu độ chính xác cao.


8
Một nhược điểm là nó yêu cầu cấu hình hệ thống mạnh để cài đặt và chạy chương
trình, nhất là khi kết xuất. Tuy nhiên, hiện nay cách này đang rất phổ biến, rất
được ưa chuộng, nhất là trong các công việc làm Game 3D, Web3D, Phim
3D.v.v... Một số bộ công cụ mô phỏng thông dụng là: 3DsMax, Maya, Autocad,
Painter3D, VirtualML, Softimage, Renderman, Houdili, Lightware, Flash.v.v...
Trạng thái đối tượng mô phỏng có 2 dạng chính: mô phỏng tĩnh và mô
phỏng động.


Mô phỏng tĩnh: Là dạng mô phỏng chỉ thể hiện được mô hình tĩnh, trong kết

quả mô phỏng không có sự chuyển động, không có sự biến đổi. Đây là dạng mô
phỏng thường chỉ áp dụng cho các vật tĩnh. Đây là dạng mô phỏng đơn giản nhất.


Mô phỏng động: mô phỏng động được tách thành 2 loại, đó là mô phỏng

động theo thời gian thực và mô phỏng động không theo thời gian thực:
-

Mô phỏng động theo thời gian thực: là dạng mô phỏng đối tượng có sự

chuyển động hoặc có tính chất thay đổi theo thời gian, không gian, và khi có tương
tác thì hệ phải đáp ứng sự kiện đó trong một khoảng thời gian nhất định (quá thời
gian đó thì kết quả không còn có ý nghĩa). Đây là dạng mô phỏng phức tạp nhất,
khó khăn nhất. Nhưng đó lại là một đặc tính của Virtual Reality.
-

Mô phỏng động không theo thời gian thực: Đây là dạng mô phỏng không

quan tâm tới thời gian đáp ứng của yêu cầu. Nó phù hợp cho xây dựng các hệ mô
phỏng không có sự tương tác nhiều, không cần đáp ứng thời gian.
Để thực hiện mô phỏng sự vật ta lại có 2 phương pháp chính: Phương pháp giả
mô phỏng và phương pháp mô phỏng thật.


Phương pháp giả mô phỏng là ta dùng các kỹ thuật xử lý ảnh để tạo ra những

đối tượng và những hiệu ứng giả đánh lừa mắt nhìn của con người. Ví dụ, như
biến đổi ảnh không gian 2D thành hình ảnh của vật như trong không gian 3D, hay
các phương pháp Texture.


Phương pháp mô phỏng thật là dùng các kỹ thuật tạo đối tượng và hiệu

ứng dựa trên cơ sở khoa học là các thuật toán biểu diễn tính chất vật lý của đối
tượng và các hàm biến đổi để thể hiện đối tượng một cách chính xác.


9
Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, vì thế tuỳ vào mức
độ quan trọng của đối tượng trong hệ mà ta có thể chọn phương pháp phù hợp
để xây dựng.
1.2.4 Giới thiệu một số thuật toán trong đồ họa 3D
Đồ hoạ 3D đang được nghiên cứu ứng dụng trong mọi lĩnh vực một cách
mạnh mẽ hiện nay là: Khoa học kỹ thuật, kiến trúc, quân sự, giải trí, du lịch, địa
ốc... và đáp ứng mọi nhu cầu: Nghiên cứu - Giáo dục - Thương mại - dịch vụ. Bên
cạnh các ứng dụng truyền thống ở trên, cũng có một số ứng dụng mới nổi lên trong
thời gian gần đây của đồ hoạ 3D như: đồ hoạ 3D ứng dụng trong sản suất, trong
ngành rô bốt, trong hiển thị thông tin (thăm dò dầu mỏ, hiển thị thông tin khối, …)
đồ hoạ 3D có tiềm năng ứng dụng vô cùng lớn. Có thể nói: Mọi lĩnh vực “có thật”
trong cuộc sống đều có thể ứng dụng “thực tế ảo” để nghiên cứu và phát triển hoàn
thiện hơn.
Một lĩnh vực đầy hứa hẹn là việc sử dụng trưng bày ảo 3D trong giáo dục
- giải trí, cụm từ này đang được sử dụng rộng rãi, nó thể hiện cho một nền giáo
dục hiện đại không theo khuôn phép truyền thống, điều đó có nghĩa là vừa có thể
học và vừa có thể giải trí trong khi học sinh đang tham gia một kịch bản nhập vai
nào đó hoặc có thể tham gia một trò chơi... trên thực tế tương tác nhập vai có thể
nắm bắt được sự chú ý của người sử dụng hệ thống, cùng một lúc có thể cung cấp
nhiều thông tin không giống như phương pháp trước đây khi sử dụng hệ thống
không phải là đa phương tiện. Ngoài ra, trưng bày ảo 3D là một cách thể hiện rất
hiện đại của sự tương tác giữa người dùng và máy tính nó không dừng lại ở việc
người dùng chỉ sử dụng máy tính với những mục đích cho công việc, mà nó còn
mở ra vô vàn những thứ hấp dẫn khác với người sử dụng hệ thống mà người dùng
như đang hóa thân thành nhân vật được khám phá nhiều nơi mà mình chưa biết.
Trên đây là khái niệm chung nhất về trưng bày ảo 3D, nó có rất nhiều
ưu điểm và một sự thể hiện rất tốt cho trưng bày ảo chính là phòng truyền thống
ảo 3D. Về mặt bản chất, phòng truyền thống ảo là một bản sao của phòng truyền
thống thực.


10
Như vậy chúng ta thấy được ý nghĩa to lớn của việc ứng dụng đồ hoạ 3D,
bởi những vấn đề khó khăn mà nếu không có đồ hoạ 3D thì có thể nói là khó lòng
mà giải quyết, hay nếu có thể giải quyết được thì hiệu quả không cao và chi phí sẽ
rất tốn kém. Còn khi ứng dụng đồ hoạ 3D vào, thì những vấn đề đó trở lên hết sức
đơn giản, và hiệu quả của nó mang lại thì thực sự là to lớn, kể cả vật chất lẫn tinh
thần.


11

Hình 1.3 Ứng dụng Thực tại ảo trong thiết kế nội thất
1.3 Di tích Hor Pha Keo.
Chùa được vua Setthathirat cho xây dựng năm 1565 để làm nơi lưu giữ bức
tượng phật ngọc (cái tên HOR PHA KEO có nghĩa là hình ảnh của Phật Ngọc).
Sau cái chết của cha là vua Phothisarat, ông buộc phải rời Lanna – nơi ông đang
cai trị để trở về Vientiane và mang theo bức tượng này từ Chiang Mai về theo.
Bức tượng ngày nay không còn ở trong chùa nữa, đây là một trong những chùa
nổi tiếng nhất ở Lào với diện tích đáy là 57m x 32m, cao 24m.
 Cấu trúc mô hình Hor Pha Keo gồm:


Chùa



Sân tường bằng cây hoa

 Chùa gôm:


Diện tình : dài 57m, rộng : 32m. Cao: 24m



Cấu tạo gồm : Cột, đường đi vào, Hoa văn trang trí trên mái.



48 cột,



32 cột gồm : 64 hoa văn



Đường đi vào rộng: 2m, có 16 đường đi vào



Tường vào gồm 330 hoa văn



Mái gồm 4 tầng, mỗi tầng gồm 8 kính thức


12

Hình 1.4 Chùa HOR PHA KEO

Hình 1.5 Kiến trúc của HOR PHA KEO
Trước đây ngôi chùa là nơi mà Hoàng tộc thường đến để cầu nguyện. Do
vậy, chùa còn có tên là chùa Hoàng gia và có rất nhiều đồ vật quý hiếm đã được
đặt ở đây. Trong đó, phải kể đến là một bức tượng Phật bằng ngọc. Ngày nay,
chùa không còn được sử dụng làm nơi thờ cúng nữa mà được chuyển thành một
nhà bảo tàng.


13
Khi người Thái Lan dưới sự chỉ huy của vị tướng Chakri (sau nay sẽ là vua
Rama đệ nhất) cướp phá Vientiane vào năm 1779, họ đã mang theo bức tượng
phật ngọc về Thái Lan và đặt tại HOR PHA KEO (Chùa Phật ngọc) ở Bangkok.
Sau cuộc tấn công đó, HOR PHA KEO đã bị phá hủy. Người Lào đã phục dựng
lại nhưng rồi ngôi đền này lại bị phá hủy một lần nữa khi người Thái lại tấn
công nơi đây vào năm 1828. Sau khi tiến đánh Lào và chiếm pho tượng phật
quý, vị vua Thái Lan khi đó vốn là một Phật tử đã làm lại một bức tượng y hệt
và trả lại cho đất nước Lào. Bức tượng này được đặt thay thế vào vị trí bức
tượng đã bị lấy đi.
Vào năm 1936 và 1942, Haw Phra Kaew được xây dựng lại dưới sự giám
sát của hoàng tử Souvanna Phouma - được đào tạo chuyên ngành kiến trúc tại
Pháp và sau này là thủ tướng đầu tiên của Lào.
HOR PHA KEO cũng là một công trình kiến trúc độc đáo: được xây trên
nền đá, chạy dọc cầu thang là 2 rồng Lào chạm khắc từ đá.
Ngày nay, có thể thưởng lãm một số tượng phật bằng nhiều chất liệu khác
nhau tại HOR PHA KEO như đồng, đá, đất nung... được tạc theo phong cách Lào
- sắc sảo và thanh tú. Đặc biệt, các bức tượng Phật bao quanh chùa mang các sắc
thái biểu cảm khác nhau tạo nên một sự đa dạng và độc đáo ở nơi đây. Không bức
tượng nào giống bức tượng nào. Và điều quan trọng nhất là cái hồn của bức tượng
được thể hiện rất thành công. Các bức tượng ở đây cũng được dát vàng tại những
điểm quan trọng như đầu, ngực, bụng...Những bức tượng này như che chở cho
người dân Lào có một cuộc sống ấm no và hạnh phúc. Trên các mảng cửa sổ, cửa
lớn còn trang trí tượng thần vũ nữ Apsara.


14

Hình 1.6 Trước mặt của HOR PHA KEO

Hình 1.7Bên cạch của HOR PHA KEO


15

Hình 1.8 xung quanh Trong HOR PHA KEO

Hình 1.9 xung quanh bên cạnh HOR PHA KEO


16
Chương 2
MỘT SỐ KỸ THUẬT XÂY DỰNG VÀ HIỂN THỊ MÔ HÌNH 3D

Vì số dữ liệu hình học rất lớn cùng dữ liệu mô phỏng chất liệu kiến trúc,do
vậy bắt buộc tiếp cận các kỹ thuật tăng tốc đồ họa 3D với các máy tính hiệu
năng cao. Do đó không tránh khỏi phải sử dụng kỹ thuật tăng tốc đồ họa cao
cấp như kỹ thuật chọn lọc, phân mức chi tiết, thay thế ảnh. Thuật toán chọn lọc
là 1 kỹ thuật rất phổ biến cho việc thị sát cảnh trong HOR PHA KEO. Đó là
hiệu ứng đặc biệt trong địa hình có diện tích lớn và được bịt bằng các kiến trúc
xây dựng kép kín. Đây không phải là kỹ thuật được đưa vào ứng dụng. Thay
vào đó quyết định sử dụng hình ảnh đặt cơ sở cho cách tiếp cận để tái hiện
không gian HOR PHA KEO. Kỹ thuật đó có tên gọi là kỹ thuật thay thế ảnh
3D bằng ảnh 2D, cả hai loại dữ liệu, hình học và vật liệu tẩm phủ lên bề mặt
kiến trúc được thay thế bởi các ảnh kỹ thuật cao để giảm bớt thời gian tái tạo
cảnh trên máy tính.
2.1 Kỹ thuật xây dụng
Tùy theo kĩ thuật và kinh nghiệm làm việc mỗi cá nhân có thể đưa cho mình
những phương pháp khác nhau để đi vào thiết kế, hay xây dựng một sản phẩm.
Cách mà người ta làm ra nó sẽ ảnh hưởng bởi nhân tố thời gian và lượng chất xám
phải đầu tư vào. Để tạo ra cùng 1 sản phẩm sẽ có nhiều con đường cho ta lựa chọn,
đi bằng cách nào cho hợp lí, tối ưu nhất, tiết kiệm thời gian và công sức nhất. Tôi
xin trình bày 3 phương pháp dưới đây:
2.1.1 Phương pháp thiết kế đi từ tổng thể đến chi tiết.
Các vật thể hữu hình trong cuộc sống của chúng ta hầu hết được cấu tạo
nên từ những hình khối cơ bản, cũng như vậy trong phần mềm mô phỏng 3DS
Max đã cung cấp cho chúng ta các hình khối đó để thể hiện các đối tượng trong
không gian 3 chiều: khối cầu, khối trụ, khối hộp...
Để vẽ được các dạng khối cơ bản này trên bảng lệnh Command Panel chọn Creat
sau đó chọn Geometry (dạng hình học) phần mềm sẽ xổ xuống cho ta một danh


17
sách các Object Type : Box, Sphere, Cylinder, Torus, Teapot, Cone, Tube, Plane
v.v...

Hình 2.1. Một số hình khối 3D cơ bản
Bằng việc quan sát vật thể cần mô phỏng hay thiết kế, người thực hiện rút
ra cho mình những nhận xét, cấu tạo của vật thể, như mô phỏng chiếc nón lá Việt
Nam-nó có dạng hình chóp nhọn thì tại sao ta không dùng luôn chức năng
Cone(chóp nhọn) để vẽ, sẽ rất nhanh chóng, tuy nhiên nhiều vật thể khác có thể
không đơn giản như vậy, người ta có thể phải sử dụng kết hợp nhiều hình khối,
lấy phần giao, phần bù để tạo được vật thể như ý muốn.
Từ các hình khối cơ bản đã tạo được như trên , 3DS Max cũng cho chúng
ta công cụ để hiệu chỉnh nó. Có 3 công cụ rất hữu ích sau:
Select and Move (công cụ di chuyển)
Dùng để chọn và di chuyển đối tượng theo trục x, y hoặc z. Khi đã chọn
được đối tượng thì giữ trái chuột và rê chuột tới vị trí mới theo trục x, y, z hoặc
theo cả 3 hướng. Nếu muốn chính xác thì cần phải gọi hộp thoại Move Transform
Type - In sau đó nhập các giá trị tương ứng. Để hiện hộp thoại này thì click chuột
phải ngay trên nút Select and Move.


18

Hình 2.2. Công cụ Select and Move trong thiết kế
Select and Rotate (công cụ xoay)
Dùng để chọn và xoay đối tượng, thao tác tương tự như với Select and
Move. Nếu muốn quay đối tượng với độ chính xác cao thì cần phải gọi hộp thoại
Rotate Transform Type - In bằng cách click phải chuột ngay trên nút Rotate and
Move sau đó nhập vào giá trị tương ứng.
Select and Uniform Scale (công cụ thu, phóng)
Dùng để chọn và thay đổi kích thước đều trên bề mặt của đối tượng hoặc
thay đổi kích thước không đều trên bề mặt của đối tượng.
Ngoài ra còn có chế độ hiệu chỉnh nâng cao Editable Poly
Đây là cách thường dùng để tạo hình trong 3ds max, ngoài Editable Poly bạn còn
gặp Editable Mesh, Editable Pactch, NURBS. Để sử dụng được chế độ này bạn
cần phải chuyển đổi những hình khối cơ bản trở thành những khối có khả năng
chỉnh sửa được.
Cách làm: bạn chọn vật thể cần chuyển đổi, click phải chuột chọn Convert To: > chọn chế độ cần chuyển đổi, ở đây tôi nói đến chế độ Editable Poly, phần mềm
sẽ hiện giao diện như sau:


Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

Tải bản đầy đủ ngay

×