Đ ti dựa vào phép chiếu phối cảnh và phép chiếu song song một đối tượng, xây dựng chương trình xem ảnh 3d

Chúng em hi vọng rằng báo cáo này sẽ giúp độc giả hiểu rõ hơn về ứng dụng của phép chiếu phối cảnh và phép chiếu song song trong đồ họa 3D và cách chúng có thể được sử dụng để tạo ra nhữ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BÁO CÁO MÔN HỌC

ĐỒ HỌA MÁY TÍNH

Đ TI: Dựa vào phép chiếu phối cảnh và phép chiếu song song một đối tượng, xây dựng chương trình xem ảnh 3D

Sinh viên thực hiện : LÊ THẾ ĐỨC

MAI VĂN ĐON BÙI HẢI QUÂN Giảng viên hướng dẫn : H THỊ KIM DUNG

Chuyên ngành : CÔNG NGHỆ PHẦN MM

Hà Nội, ngày 14 tháng 5 năm 2023

PHIẾU CHẤM ĐIỂM

Họ và tên Chữ ký Ghi chú

Giảng viên chấm:

Giảng viên chấm 1 :

Giảng viên chấm 2 :

MỤC LỤC

trang LỜI NÓI ĐẦU

I.LÝ THUYẾT ……… …1

1 Tổng quan về phép chiếu……….1

1.1 Phép chiếu……….1

1.1.1 Định nghĩa về phép chiếu……… …1

1.1.2 Định nghĩa về hình chiếu……… ……2

1.2 Các bước xây dựng hình chiếu……….… 3

2 Phép chiếu song song……… …….4

2.1 Phép chiếu Orthographic……….… 6

2.2 Phép chiếu Cavalier……… … 7

2.3 Phép chiếu Cabinet………….……….……7

3 Phép chiếu phối cảnh……… ………8

3.1.Phép chiếu phối cảnh 1 tâm……….

……… 10

3.2.Phép chiếu phối cảnh 2 tâm……….…… 11

3.3 Phép chiếu phối cảnh 3 tâm……… …….11

II.XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH……….… ……13

III DEMO SẢN PHẨM……….……14

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại công nghệ số hiện nay, đồ họa 3D đang trở thành một phần không thể thiếu của nhiều lĩnh vực, từ sản xuất phim ảnh đến thiết kế sản phẩm Điều này đã thúc đẩy sự phát triển của các công nghệ và phương pháp để tạo ra và hiển thị ảnh 3D một cách chân thực và sống động

Đề tài của chúng em tập trung vào hai phép chiếu quan trọng trong đồ họa 3D,

đó là phép chiếu phối cảnh và phép chiếu song song Chúng em đã xây dựng một chương trình xem ảnh 3D dựa trên hai phép chiếu này, cho phép người dùng thưởng thức các mô hình 3D với góc nhìn khác nhau

Báo cáo này sẽ trình bày chi tiết về đề tài, bao gồm cơ sở lý thuyết của phép chiếu phối cảnh và phép chiếu song song, cách xây dựng chương trình và các kết quả đạt được Chúng em hi vọng rằng báo cáo này sẽ giúp độc giả hiểu rõ hơn về ứng dụng của phép chiếu phối cảnh và phép chiếu song song trong đồ họa 3D và cách chúng có thể được sử dụng để tạo ra những ảnh 3D sống động và chân thực." Chúng em đã rất cố gắng hoàn thiện đồ án với tất cả sự nỗ lực, niềm say mê và

sự thích thú, tuy nhiên, do bước đầu đi vào kiến thức môi trường thực tế, tìm hiểu

và xây dựng đồ án trong một thời gian nhất định, với lượng kiến thức còn hạn chế,

nhiều bỡ ngỡ, nên đồ án “Dựa vào phép chiếu phối cảnh và phép chiếu song song một đối tượng, xây dựng chương trình xem ảnh 3D” chắc chắn sẽ không thể tránh

được những mặt hạn chế và thiếu sót Chúng em rất mong nhận được sự quan tâm, thông cảm và những đóng góp vô cùng quý giá của các thầy cố và các bạn để đồ án của chúng em sẽ ngày càng hoàn thiện hơn

Sau cùng, chúng em xin kính chúc các thầy cô trong Khoa Công Nghệ Thông Tin dồi dào sức khoẻ, niềm tin vững vàng để tiếp tục thực hiện sứ mệnh cao đẹp của mình là truyền đạt kiến thức cho thế hệ mai sau Trân trọng!

CHƯƠNG I: LÝ THUYẾT

1 TỔNG QUAN V PHÉP CHIẾU

1.1.Phép chiếu

1.1.1 Định nghĩa về phép chiếu

Phép chiếu là một quá trình quan trọng trong đồ họa máy tính và được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng liên quan đến xử lý hình ảnh 3D Đây là quá trình biến đổi không gian 3 chiều thành hình ảnh 2 chiều trên màn hình, để cho phép người dùng nhìn thấy và tương tác với các đối tượng 3D trên màn hình Khi ta xem một đối tượng 3D trên màn hình máy tính, nó thực chất là một hình ảnh 2D được tạo ra từ dữ liệu không gian 3D của đối tượng đó Quá trình này được thực hiện bởi các thuật toán phép chiếu, và có nhiều loại khác nhau được sử dụng tùy thuộc vào mục đích và yêu cầu của bài toán cụ thể

Các thuật toán phép chiếu được sử dụng phổ biến nhất là phép chiếu Orthographic và phép chiếu Perspective Phép chiếu Orthographic tạo ra hình ảnh 2D của đối tượng mà không bị ảnh hưởng bởi khoảng cách và góc nhìn của người

sử dụng Phép chiếu Perspective tạo ra hình ảnh 2D của đối tượng dựa trên góc nhìn và khoảng cách giữa đối tượng và người sử dụng Các thuật toán phép chiếu khác như phép chiếu Cavalier, phép chiếu Cabinet cũng được sử dụng trong một số trường hợp đặc biệt

Phép chiếu cũng đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực liên quan đến

đồ họa, chẳng hạn như trong các trò chơi điện tử, phần mềm thiết kế sản phẩm, phim hoạt hình và các ứng dụng thực tế ảo Đối với các trò chơi điện tử, phép chiếu giúp tạo ra trải nghiệm thú vị cho người chơi khi nhìn thấy các đối tượng 3D được hiển thị trên màn hình Đối với phần mềm thiết kế sản phẩm, phép chiếu giúp các

kỹ sư thiết kế có thể xem trước và kiểm tra các bản thiết kế trước khi sản xuất Đối với các phim hoạt hình, phép chiếu giúp tạo ra các cảnh hành động 3D sinh động và chân thực

Tóm lại, phép chiếu là một công cụ quan trọng trong đồ họa máy tính và có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong các ứng dụng liên quan đến xử lý hình ảnh 3D Sử dụng các thuật toán phép chiếu phù hợp giúp tạo ra những hình ảnh 2D chân thực và thú vị cho người dùng Vì vậy, việc hiểu và áp dụng phép chiếu là rất quan trọng đối với những người làm việc trong lĩnh vực đồ họa và xử lý hình ảnh

1.1.2 Định nghĩa về hình chiếu

Hình chiếu là một khái niệm quan trọng trong đồ họa máy tính và trong các lĩnh vực liên quan đến hình ảnh Nó cho phép chúng ta biểu diễn các đối tượng 3D dưới dạng hình ảnh 2D, giúp cho việc hiển thị và đồng thời tăng khả năng tương tác giữa người dùng và đối tượng được biểu diễn

Để tạo ra hình chiếu, chúng ta thực hiện phép chiếu bằng cách sử dụng các tia chiếu (projector) xuất phát từ một điểm gọi là tâm chiếu (center of projection)

và đi qua các điểm của đối tượng giao với mặt chiếu (projection plane) Phép chiếu này sẽ chuyển đổi các điểm của đối tượng trong hệ tọa độ n chiều thành các điểm trong hệ tọa độ có số chiều nhỏ hơn n

Mặt chiếu (projection plane) là một mặt phẳng được đặt tại một vị trí nhất định trong không gian và chính là nơi mà hình chiếu được tạo ra Nó thường được đặt vuông góc với tia chiếu và có kích thước tùy thuộc vào yêu cầu của ứng dụng Mặt chiếu có thể được di chuyển hoặc xoay để tạo ra các hình chiếu khác nhau của đối tượng

Tâm chiếu (center of projection) là điểm xuất phát của tia chiếu Vị trí của tâm chiếu sẽ ảnh hưởng đến hình dạng và vị trí của hình chiếu được tạo ra Nếu tâm chiếu được đặt gần đối tượng, thì hình chiếu sẽ có kích thước lớn và chi tiết, nhưng chỉ hiển thị được một phần của đối tượng Ngược lại, nếu tâm chiếu được đặt xa đối tượng, thì hình chiếu sẽ có kích thước nhỏ và không chi tiết, nhưng có thể hiển thị được toàn bộ đối tượng

Các hình chiếu có thể có nhiều hình dạng và kích thước khác nhau tùy thuộc vào các thông số của phép chiếu như tâm chiếu, mặt chiếu, và hướng chiếu Các hình chiếu này có thể được sử dụng để hiển thị các khía cạnh khác nhau của đối tượng, chẳng hạn như hình chiếu bóng, hình chiếu đối xứng, hình chiếu song song,

và hình chiếu phối cảnh Các hình chiếu còn có thể được sử dụng để tạo ra các hiệu

ứng đồ họa động, chẳng hạn như hình chiếu theo thời gian hoặc hình chiếu trong không gian 3D

Trong đồ họa máy tính, phép chiếu là một kỹ thuật quan trọng và được sử dụng rộng rãi trong việc biểu diễn các đối tượng 3D trên màn hình máy tính Nó cho phép các nhà thiết kế đồ họa tạo ra các hình ảnh sống động và chân thực hơn, đồng thời cung cấp khả năng tương tác với người dùng

Tuy nhiên, phép chiếu cũng có một số hạn chế Các đối tượng được chiếu phải nằm trong tầm nhìn của tâm chiếu và không thể hiển thị được các chi tiết ở các phía sau mặt chiếu Ngoài ra, phép chiếu cũng không thể giải quyết được các vấn

đề như tạo ra hình ảnh với độ phân giải cao hoặc tạo ra các hiệu ứng ánh sáng phức tạp

Trong tổng quát, phép chiếu và hình chiếu là những khái niệm quan trọng trong đồ họa máy tính và các lĩnh vực liên quan đến hình ảnh Chúng cho phép chúng ta biểu diễn các đối tượng 3D dưới dạng hình ảnh 2D và tạo ra các hiệu ứng

đồ họa sống động

1.2 Các bước xây dựng hình chiếu

Quá trình xây dựng hình chiếu là một quá trình quan trọng trong đồ họa máy tính để tạo ra hình ảnh 2D của các đối tượng 3D trên màn hình Tuy nhiên, quá trình này không đơn giản và bao gồm nhiều bước

Bước đầu tiên trong quá trình xây dựng hình chiếu là chuyển đổi tọa độ thực của đối tượng trong không gian 3D sang tọa độ trong view volume View volume là không gian xác định mà ta muốn hiển thị đối tượng, và thường được chọn sao cho phù hợp với yêu cầu của bài toán cụ thể Ví dụ, trong trường hợp hiển thị một căn phòng, view volume sẽ được chọn sao cho phù hợp với kích thước của căn phòng đó

Bước tiếp theo là chiếu view volume lên một mặt phẳng chiếu để tạo ra khung nhìn Mặt phẳng chiếu có thể là bất kỳ mặt phẳng nào, tuy nhiên, mặt phẳng này thường được chọn sao cho dễ dàng thực hiện các tính toán hình học và để tạo

ra hình ảnh hiển thị trên màn hình

Sau khi đã có khung nhìn, quá trình tiếp theo là ánh xạ khung nhìn vào trong một cổng nhìn bất kỳ trên màn hình để hiển thị hình ảnh Cổng nhìn thường được chọn ở vị trí thuận tiện cho người sử dụng, và thường được đặt ở giữa màn hình

Tuy nhiên, quá trình xây dựng hình chiếu không chỉ dừng lại ở đó Các thuật toán phép chiếu còn phải xử lý nhiều vấn đề khác như việc xác định các điểm đầu vào và đầu ra, áp dụng các phép biến đổi hình học để xoay và dịch view volume, tính toán góc nhìn và khoảng cách từ đối tượng đến người sử dụng để áp dụng phép chiếu Perspective

Trong nhiều ứng dụng đồ họa, các thuật toán phép chiếu Orthographic và phép chiếu Perspective thường được sử dụng để tạo ra hình ảnh của đối tượng Phép chiếu Orthographic tạo ra hình ảnh 2D của đối tượng mà không bị ảnh hưởng bởi khoảng cách và góc nhìn của người sử dụng, trong khi đó phép chiếu

Perspective tạo ra hình ảnh mà các đối tượng gần hơn với người sử dụng sẽ có kích thước lớn hơn các đối tượng ở xa hơn, tạo cảm giác chân thực hơn

Ngoài ra, quá trình xây dựng hình chiếu còn đặt ra nhiều thách thức về tính toán và hiệu suất, đặc biệt là khi phải xử lý với các đối tượng phức tạp hoặc với số lượng lớn các đối tượng cần hiển thị Do đó, các thuật toán phép chiếu cần được tối

ưu hóa để đảm bảo độ chính xác và hiệu suất của quá trình xây dựng hình chiếu Trong tổng quan, quá trình xây dựng hình chiếu là một quá trình phức tạp và quan trọng trong đồ họa máy tính, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra hình ảnh 2D của các đối tượng 3D trên màn hình Việc hiểu và áp dụng các thuật toán phép chiếu phù hợp sẽ giúp cho các nhà thiết kế và lập trình viên đạt được kết quả tốt nhất trong quá trình xây dựng các ứng dụng đồ họa

2 Phép chiếu song song

Phép chiếu song song (Parallel Projections) là phép chiếu trong đó các tia chiếu song song với nhau và xuất phát từ một điểm vô cực Phép chiếu này được sử dụng rộng rãi trong đồ họa máy tính để tạo ra hình ảnh 2D của các đối tượng 3D Phân loại phép chiếu song song dựa trên hướng của tia chiếu (Direction Of Projection) và mặt phẳng chiếu (Projection Plane) Theo hướng của tia chiếu, có hai loại phép chiếu song song chính là Orthographic Projection và Oblique Projection Trong Orthographic Projection, các tia chiếu là song song và vuông góc với mặt phẳng chiếu Khi áp dụng phép chiếu này, các đối tượng được hiển thị với kích thước giống nhau và không bị biến dạng do góc nhìn và khoảng cách Orthographic Projection được sử dụng phổ biến trong đồ họa kỹ thuật để tạo ra các bản vẽ kỹ thuật và sơ đồ kỹ thuật

Trong Oblique Projection, các tia chiếu là song song với nhau nhưng không vuông góc với mặt phẳng chiếu Phép chiếu này có thể được sử dụng để tạo ra các hình ảnh 2D của các đối tượng 3D với các góc nhìn khác nhau và kích thước khác nhau

Theo mặt phẳng chiếu, có hai loại phép chiếu song song chính là Parallel Projection và Central Projection Trong Parallel Projection, mặt phẳng chiếu là song song với các tia chiếu Phép chiếu này được sử dụng rộng rãi trong đồ họa máy tính để tạo ra các hình ảnh 2D của các đối tượng 3D, ví dụ như trong các trò chơi video hoặc phần mềm thiết kế

Tuy nhiên, Parallel Projection cũng có một số hạn chế Đối với các đối tượng 3D có kích thước lớn và đa dạng, Parallel Projection không thể tạo ra hình ảnh 2D chi tiết và thực tế Do đó, Central Projection được sử dụng để tạo ra hình ảnh 2D của các đối tượng 3D với chi tiết cao hơn và mô phỏng lại hình dạng thực tế của chúng

Trong ứng dụng đồ họa máy tính, phép chiếu song song được sử dụng để tạo

ra các hình ảnh 2D của các đối tượng 3D trong nhiều lĩnh vực, bao gồm đồ họa kỹ thuật, đồ họa trò chơi, thiết kế sản phẩm, xây dựng, kiến trúc và nhiều lĩnh vực khác Nó giúp cho việc thiết kế và mô hình hoá các đối tượng trở nên dễ dàng hơn, giúp cho người sử dụng có thể hiểu được hình dạng và cấu trúc của chúng một cách trực quan và dễ dàng Bên cạnh đó, phép chiếu song song còn được sử dụng trong các ứng dụng thực tế như trong việc tạo ra bản đồ, mô hình hóa địa hình, phân tích

dữ liệu khoa học và y tế, và nhiều ứng dụng khác

Hình 1.phép chiếu song song

2.1 Phép chiếu Orthographic

Phép chiếu Orthographic là một trong hai loại phép chiếu song song (Parallel Projections), trong đó các tia chiếu là song song và vuông góc với mặt phẳng chiếu Phép chiếu này được sử dụng để tạo ra hình ảnh 2D của các đối tượng 3D với các kích thước giống nhau và không bị biến dạng do góc nhìn và khoảng cách

Phép chiếu Orthographic được sử dụng phổ biến trong đồ họa kỹ thuật để tạo ra các bản vẽ kỹ thuật và sơ đồ kỹ thuật Với phép chiếu này, các đối tượng được hiển thị với các kích thước chuẩn xác và không bị sai lệch do góc nhìn hay khoảng cách Điều này rất hữu ích trong việc thiết kế các bản vẽ kỹ thuật và sơ đồ

kỹ thuật, nơi yêu cầu độ chính xác cao

Tuy nhiên, phép chiếu Orthographic cũng có một số hạn chế Do các tia chiếu là vuông góc với mặt phẳng chiếu, các đối tượng 3D sẽ không hiển thị được các chi tiết ở các góc nhìn khác nhau Điều này có nghĩa là nếu một đối tượng có các phần tử phức tạp, chúng sẽ không được hiển thị đầy đủ trong phép chiếu Orthographic

Phép chiếu Orthographic được sử dụng phổ biến trong các ứng dụng đồ họa

kỹ thuật như CAD (Computer-Aided Design), vẽ mạch điện tử và trong các ứng dụng đồ họa khoa học

Hình 2 Phép chiếu Orthographic

Hình 3: ma trận chiếu tương ứng

2.2 Phép chiếu Cavalier

Phép chiếu Cavalier là một trong các phép chiếu không gian (Space Projection) trong đó các tia chiếu là song song với nhau và với mặt chiếu, nhưng với một góc cố định so với mặt phẳng chiếu Phép chiếu này thường được sử dụng trong đồ họa kỹ thuật để tạo ra các bản vẽ 2D của các đối tượng 3D với các kích thước bình thường và độ giảm tỉ lệ là 1:1

Trong phép chiếu Cavalier, các đối tượng 3D được hiển thị với các kích thước giống nhau và không bị biến dạng do góc nhìn, tạo ra một hình ảnh trực quan

và dễ hiểu Phép chiếu này cũng cho phép hiển thị các chi tiết của đối tượng 3D từ nhiều góc độ khác nhau, giúp tăng cường sự hiểu biết về hình dáng và tính chất của đối tượng đó

Tuy nhiên, phép chiếu Cavalier cũng có một số hạn chế Do các tia chiếu là song song và không có tính tương tác với nhau, nên các đối tượng 3D có thể bị che khuất bởi nhau trong hình ảnh cuối cùng Điều này có nghĩa là các chi tiết của đối tượng 3D có thể bị mất trong phép chiếu Cavalier

Phép chiếu Cavalier được sử dụng phổ biến trong đồ họa kỹ thuật, đặc biệt

là trong các bản vẽ kỹ thuật và sơ đồ kỹ thuật Nó cũng được sử dụng trong các ứng dụng đồ họa khác như thiết kế nội thất và kiến trúc để tạo ra các hình ảnh thực tế của các đối tượng 3D

2.3 Phép chiếu Cabinet

Phép chiếu Cabinet là một loại phép chiếu song song trong đó các tia chiếu vuông góc với mặt phẳng chiếu nhưng không cùng độ dài Thường thì một trong hai trục chiếu sẽ bị rút gọn với tỉ lệ 0.5 hoặc 0.707, trong khi trục còn lại sẽ giữ nguyên chiều dài Điều này tạo ra hiệu ứng giảm kích thước của các đối tượng 3D trong phép chiếu Cabinet