Nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo

Để đảm bảo việc người thăm quan không gian trưng bày ảo như ở ngoài đời thực và đáp ứng các yêu cầu đặc trưng của các ứng dụng của thực tại ảo, một lĩnh vực đang được nghiên cứu là ánh s

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

=======   ======

ĐỖ VĂN THIỆN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG

TRONG TRƯNG BÀY ẢO

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Hà Nội – 2014

ĐỖ VĂN THIỆN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG

TRONG TRƯNG BÀY ẢO

Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Kỹ thuật phần mềm

Mã số: 60480103

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Đỗ Năng Toàn

Hà Nội - 2014

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3

PHẦN MỞ ĐẦU 4

Chương 1: 6

SƠ LƯỢC TRƯNG BÀY ẢO VÀ CHIẾU SÁNG TRONG TRƯNG BÀY 6

1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ THỰC TẠI ẢO 6

1.1.1 Khái niệm 6

1.1.2 Lịch sử phát triển 7

1.2 TRƯNG BÀY ẢO VÀ ỨNG DỤNG 10

1.2.1 Tổng quan 10

1.2.2 Các thành phần trong trưng bày ảo 11

1.3 CHIẾU SÁNG TRONG TRƯNG BÀY 14

1.3.1 Không gian chiếu sáng 14

1.3.2 Ánh sáng trong phòng 15

1.3.3 Chiếu sáng trong bảo tàng ở Việt Nam 21

Chương 2: 25

MỘT SỐ KỸ THUẬT CHIẾU SÁNG TRONG 25

TRƯNG BÀY ẢO 25

2.1 NGUỒN SÁNG VÀ CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG 25

2.1.1 Khái niệm 26

2.1.2 Các đơn vị sử dụng trong đo lường ánh sáng 27

2.1.3 Các loại nguồn sáng thường sử dụng trong trưng bày ảo 31

2.2 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ÁNH SÁNG 33

2.2.1 Radiosity 34

CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 57

3.1 BÀI TOÁN 57

3.2 CÀI ĐẶT HỆ THỐNG 58

3.3 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM 59

KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

Tiếng Việt 65

Tiếng Anh 65

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

STT Ký hiệu/

3 CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm

4 GPU Graphical Processing Unit Bộ xử lý đồ họa đôi khi đƣợc

hiểu đồng nghĩa với card đồ họa

5 HMD Head Mounted Displays Mũ đội đầu có màn hiển thị

6 VR Virtual Reality Thực tại ảo

tương đối mới, thu hút được sự quan tâm của cộng đồng nghiên cứu, phát triển khoa học, quân sự và công nghiệp Kể từ khi ra đời đến nay, VR được nghiên cứu, áp dụng vào rất nhiều lĩnh vực trong đời sống Một trong những vấn đề rất được quan tâm trên thế giới là trưng bày ảo áp dụng cho lĩnh vực bảo tàng Đó là nơi người dùng có thể nhập vai tương tác với những hiện vật được trưng bày như ở ngoài đời thực, thậm chí còn tốt hơn Đây là một lĩnh vực khá mới đòi hỏi phải áp dụng nhiều các lĩnh vực khoa học liên quan như kiến trúc, lịch sử, hội họa, nghệ thuật trưng bày Để đảm bảo việc người thăm quan không gian trưng bày ảo như ở ngoài đời thực và đáp ứng các yêu cầu đặc trưng của các ứng dụng của thực tại ảo, một lĩnh vực đang được nghiên cứu là ánh sáng, để phục vụ cho việc chiếu sáng các không gian, hiện vật một cách sinh động đảm bảo về màu sắc cường độ tạo cảm giác thích thú cho người thăm quan Do đó, việc tìm hiểu, nghiên cứu các kỹ thuật chiếu sáng là rất quan trọng từ đó xây dựng và phát triển một không gian trưng bày ảo hoặc một bảo tàng ảo

Xuất phát từ hoàn cảnh đó, luận văn lựa chọn đề tài “Nghiên cứu một số kỹ

thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo” nhằm hệ thống hóa các mô hình, phương pháp

chiếu sáng trong trưng bày thật từ đó áp dụng vào trưng bày ảo đồng thời cũng đảm bảo yêu cầu về thời gian thực trong các ứng dụng về thực tại ảo

Cấu trúc của luận văn bao gồm “Phần mở đầu”, “Phần kết luận” và ba chương

nội dung, cụ thể:

Chương 1: Tổng quan về trưng bày ảo và chiếu sáng trong trưng bày Nội dung

chính của “Chương 1” là những vấn đề cơ bản về thực tại ảo, trưng bày ảo và các thành phần của trưng bày ảo, đồng thời nội dung của “Chương 1” cũng đề cập đến một

số các phương pháp sử dụng ánh sáng trong trưng bày thật, thực trạng chiếu sáng trong bảo tàng ở Việt Nam là cơ sở cho việc chiếu sáng trong trưng bày ảo

Chương 2: “Một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo” Đây là nội dung

chính của luận văn, nó tập trung trình bày các phương pháp xử lý ánh sáng trong thực tại ảo, các mô hình ánh sáng, các vấn đề liên quan đến xử lý ánh sáng như bóng đổ tạo cảm giác như chiếu sáng ngoài đời thực

Chương 3: Chương trình thử nghiệm Trong chương này, học viên trình bày kết

quả thử nghiệm “Bảo tàng Nhân Học – Trưng bày ảo” Đây là một sản phẩm thể hiện những kết quả đã được trình bày, tổng hợp trong luận văn

1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ THỰC TẠI ẢO

1.1.1 Khái niệm

Thực tại ảo (Virtual Reality-VR) là một thuật ngữ mới xuất hiện phát triển mạnh

trong vòng vài năm trở lại đây, đã và đang trở thành một công nghệ mũi nhọn nhờ khả năng ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực như y tế, giáo dục, kiến trúc, quân sự, du lịch, giải trí, Hiện nay, có nhiều định nghĩa về Thực tại ảo, một trong các định nghĩa

được chấp nhận rộng rãi là của C.Burdea và P.Coiffet thì có thể hiểu VR tương đối chính xác như sau: VR-Thực tại ảo là một hệ thống giao diện cấp cao giữa Người sử

dụng và Máy tính Hệ thống này mô phỏng các sự vật và hiện tượng theo thời gian thực có tương tác với người sử dụng qua tổng hợp các kênh cảm giác Đó là ngũ giác gồm: thị giác, thính giác, xúc giác, khứu giác và vị giác [1], [2]

Hình 1.1 Giao diện giữa người sử dụng và hệ thống máy tính 3D Hay nói một cách cụ thể VR là công nghệ sử dụng các kỹ thuật mô hình hoá

trưng bày ba chiều với sự hỗ trợ của các thiết bị đa phương tiện hiện đại để xây dựng

một thế giới mô phỏng bằng máy tính - Môi trường ảo (Virtual Environment) để đưa

người ta vào một thế giới nhân tạo với trưng bày như thật Trong thế giới ảo này, người sử dụng không còn được xem như người quan sát bên ngoài, mà đã thực sự trở

thành một phần của hệ thống Thế giới “nhân tạo” này không tĩnh tại mà lại phản ứng,

thay đổi theo ý muốn của người sử dụng nhờ những cử chỉ, hành động, vv Tức là người sử dụng nhìn thấy sự vật thay đổi trên màn hình ngay theo ý muốn của họ

Một cách lý tưởng, người sử dụng có thể tự do chuyển động trong trưng bày ba chiều, tương tác với các vật thể ảo, quan sát và khảo cứu thế giới ảo ở những góc độ khác nhau về mặt trưng bày Ngược lại, môi trường ảo lại có những phản ứng tương ứng với mỗi hành động của người sử dụng, tác động vào các giác quan như thị giác, thính giác, xúc giác của người sử dụng trong thời gian thực làm người sử dụng có cảm giác như đang tồn tại trong một thế giới thực [1], [2]

1.1.2 Lịch sử phát triển

Mặc dù Thực tại ảo được mô tả như một công nghệ mới mang tính cách mạng, nhưng ý tưởng về việc nhúng người sử dụng vào một môi trường nhân tạo đã ra đời

từ rất sớm

Thuật ngữ “Thực tại ảo” mới được quan tâm trong một vài năm gần đây xong

nó lại có lịch sử từ khá lâu Cách đây khoảng gần 40 năm một nhà làm phim có tên là

Morton Heilig người Mỹ đã đưa ra một ý tưởng tại sao không đưa con người bước sang một thế giới khác với ý tưởng là hệ thống mô phỏng bay (Flight Simulation) Sử

dụng các hệ thống này người quan sát có cảm giác ảnh đang sống động ngay trước mắt

mình Tuy nhiên do không có sự hỗ trợ về tài chính do đó Heilig đã không thể hoàn

thành ước mơ của mình Xong anh cũng đã tạo ra được một thiết bị mô phỏng, nó

được gọi là "Sensorrama Simulator", thiết bị này được công bố vào khoảng đầu những

năm 1960

Hình 1.2 Thiết bị mô phỏng Sensorrama-1960

cứu mới chưa từng có trên thế giới

Năm 1966 Ivan Sutherland một sinh viên tốt nghiệp Trường Utah tiếp tục nghiên cứu vấn đề Heilig đã bỏ dở Sutherland cho rằng cảnh quay tương tự không đáp

ứng được yêu cầu thực tế Anh ta bắt đầu một ý tưởng của một bộ tăng tốc đồ hoạ, một phần quan trọng trong mô phỏng thực tại hiện đại và đã chế tạo được hệ thống thiết bị

hiển thị đội đầu (Head Mounted Display-HMD) có thể kết nối tới máy tính Năm 1970, Sutherland tiếp tục phát triển phần cứng của HMD tại trường đại học Utah, làm cho nó

hoàn thiện hơn có màn hình là màn hình màu

Hình 1.3 Thiết bị mô phỏng HMD-1970 của Ivan Sutherland Cũng trong khoảng thời gian này Myron Kreuger đã phát triển một thiết bị có tên VIDEOPLACE Thiết bị này sử dụng một màn hình lớn đối diện với người dùng

Trên màn hình hiển thị cái bóng người dùng Hệ thống cũng có khả năng hiển thị nhiều người sử dụng trên cùng một màn hình

Hình 1.4 Thiết bị VIDEOPLACE-1970 của Myron Kreuger Những ý tưởng này được hai nhà khoa học Mỹ ở NASA là Fisher và McGreevy kết hợp lại trong một dự án có tên là “Trạm làm việc ảo” (Visual Workstation) vào năm 1984 Cũng từ đó NASA phát triển thiết bị Hiển thị đội đầu có tính thương mại đầu tiên, được gọi là màn hình môi trường trực quan (Visual Environment Display),

thiết kế dựa trên mẫu hình mặt nạ lặn với các màn hình quang học mà ảnh được cung

cấp bởi hai thiết bị truyền hình cầm tay Sony Watchman Sự phát triển của thiết bị này

đã thành công ngoài dự đoán, bởi NASA đã sản xuất được một thiết bị HMD có giá

chấp nhận được trên thị trường và như vậy ngành công nghiệp Thực tại ảo đã ra đời

Hình 1.5 Thiết bị HMD-1984 của NASA Nhưng đặc biệt công nghệ VR từ những năm 90 trở lại đây được phát triển

mạnh mẽ và đang trở thành một công nghệ mũi nhọn nhờ khả năng ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực như: nghiên cứu và công nghiệp, giáo dục và đào tạo cũng như

dụng của nó rất quan trọng trong E learning, giải trí và giáo dục Những ứng dụng rất thiết thực vì vậy thực tại ảo ngày càng quan trọng hơn trong đời sống Một trong những chủ đề khá thú vị hiện nay trên thế giới đang nghiên cứu là trưng bày ảo nó được áp dụng rất tốt trong lĩnh vực bảo tàng mà thế giới đang rất quan tâm đến hệ thống bảo tàng thông minh (I-Museum) nhằm mục đích gìn giữ và phát huy những giá trị tốt đẹp văn hóa của dân tộc

Trưng bày ảo là một cách thể hiện thế giới thực trong các lĩnh vực hay một ứng dụng nào đó trên máy tính Bất cứ điều gì có thể thấy trong trưng bày thực, về mặt lý thuyết nó có thể được trưng bày bằng công nghệ 3D, một số đối tượng trưng bày như tòa nhà, người, nước, thực vật, âm thanh và chuyển động của các đối tượng về mặt vật lý và tương tác giữa các đối tượng được mô phỏng

Một lĩnh vực đầy hứa hẹn là việc sử dụng trưng bày ảo 3D trong E-learning và 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 của trưng bày ảo chính là bảo tàng ảo 3D Về mặt bản chất,

bảo tàng ảo 3D là một bản sao của bảo tàng thực Hệ thống bảo tàng ảo cần được phát triển phối hợp chặt chẽ từ các chuyên gia trong lĩnh vực bảo tàng những người sử dụng, làm việc trong bảo tàng và những chuyên gia phát triển hệ thống nhằm cung cấp thông tin và hướng dẫn khách du lịch

1.2.2 Các thành phần trong trưng bày ảo

Bảo tàng ảo 3D là một ứng dụng thể hiện đầy đủ nhất của trưng bày ảo 3D trên máy tính, có nhiều đối tượng được quan tâm (các tòa nhà, bức tranh, tác phẩm điêu khắc, hiện vật lịch sử hoặc các đối tượng khác có thể thấy trong bảo tàng thực )

Ngoài ra, du khách có thể thăm quan bằng một avatar (là đại diện của du khách)

tự do du lịch thăm quan trong bảo tàng Trong phần này, chúng tôi sẽ mô tả các loại chính, các yếu tố có thể được tìm thấy trong trưng bày ảo 3D [22],[23],[24]

 Sử dụng máy quét Laser

Thông thường, đội ngũ phát triển một bảo tàng ảo gồm kiến trúc sư hoặc người xây dựng mô hình 3D

b Textures

Textures là những hình ảnh ánh xạ đến bề mặt 3D, sử dụng phương pháp ánh xạ khác nhau Thực tế đòi hỏi Textures có độ phân giải khác nhau, thường chúng ta sẽ tối

ưu hóa hình ảnh, sao cho khi map vào bề mặt sẽ có độ chân thực cao, các kỹ thuật map này cần người có kinh nghiệm về làm mô hình cũng như am hiểu về chất liệu Các kỹ thuật khác như Textures động, mức độ chi tiết tùy thuộc vào yêu cầu và mô hình để đáp ứng bài toán về tốc độ và bộ nhớ

c Video Textures

Thực tế video là phần rất quan trọng trong bảo tàng thật, có rất nhiều tivi được đặt ở các vị trí trưng bày các hiện vật, các tivi này sẽ cho chạy những video khác nhau,

 Kích thước lớn cung cấp bài thuyết trình điện ảnh giống như bảo tàng thực

Hình 1.6 Hiển thị Video trong trưng bày ảo

d Đối tượng triển lãm

Đây là những đối tượng 3D hay 2D tương ứng với triển lãm bảo tàng thực tế Đối tượng triển lãm 3D về cơ bản là lưới 3D của hiện vật , được ánh xạ Textures Một

số chúng, giống như các tác phẩm điêu khắc có độ phức tạp cao, tương tự như kiến trúc, chúng ta có thể xây dựng mô hình với máy quét 3D [5],[6] Một lợi thế của việc

sử dụng những đối tượng 3D được triển lãm là người dùng có thể xoay mô hình như

họ thích, để xem chúng từ nhiều góc độ khác nhau

Đôi khi, để giảm mô hình hoặc chi phí tính toán, một số đối tượng được triển lãm như tranh 2D, về cơ bản là hình chữ nhật với Textures, hoặc video Ví dụ dưới đây

là thể hiện cho một bức tranh:

Hình 1.7 Đối tượng được trưng bày

Ánh sáng động: các đèn ở vị trí động về màu sắc và cường độ có thể thay đổi, đóng góp của chúng được tính trong thời gian thực, vì nguồn sáng thực tế là như vậy

nó là sự tổng hợp của nhiều loại ánh sáng khác nhau, vì vậy để mô phỏng ánh sáng tự nhiên giống như ánh sáng mặt trời hay điều kiện thời tiết để làm cho cảnh thực tế hơn

sẽ rất phức tạp, đòi hỏi người thiết kế có mắt thẩm mỹ và hiểu biết về ánh sáng

f Âm thanh

Âm thanh trong trưng bày ảo 3D có thể là :

 Nhạc nền và âm thanh

 Giọng nói

 Âm thanh của video

 Âm thanh khác (ví dụ : bước chân người, gió )

g Bản đồ nhỏ

Bản đồ mini nằm trong bảo tàng ảo cho một cái nhìn 2D của bảo tàng 3D có thể

là của cả tòa nhà cũng có thể chỉ là tầng hiện tại khi nhìn từ trên cao, thường là phép chiếu theo phương thẳng đứng từ trên xuống

 Bản đồ được chia thành các khu rời rạc

 Bản đồ có điểm dịch chuyển tức thời, nghĩa là chỉ cần một nhấp chuột vào một biểu tượng, người dùng có thể đến được đúng vị trí tương ứng

mà mình mong muốn

Hình 1.8 Bản đồ trong trưng bày ảo

1.3 CHIẾU SÁNG TRONG TRƯNG BÀY

Như chúng ta đã biết bài toán chiếu sáng là một bài toán rất phức tạp ngay cả trong trưng bày thực tế, những tòa nhà lớn, rạp hát, sân khấu để tạo nên sự sống động và ấn tượng có thể nói chủ yếu do ánh sáng và âm thanh Trong phần này luận văn tập trung vào việc thể hiện một số kỹ thuật chiếu sáng được các chuyên gia trong lĩnh vực bảo tàng thực hiện

1.3.1 Không gian chiếu sáng

Ánh sáng là một yếu tố rất quan trọng với bất cứ không gian nào đặc biệt là với những nơi để trưng bày nghệ thuật Màu sắc ánh sáng khác nhau độ lệch chùm sáng,

thiết kế khác nhau về đèn chiếu sáng và đèn phục vụ cho những kịch bản được thiết

kế để đáp ứng những nhu cầu chuyên biệt của triển lãm Đặc biệt chú ý đến vai trò của ánh sáng trong việc bảo tồn hiện vật Ánh sáng không chỉ có nhiệm vụ để chiếu vào vật thể để hiện thị nó lên mà nó cần phải phù hợp với không gian trưng bày, ánh sáng phải thích hợp cho nhân viên bảo tàng làm việc hiệu quả Ánh sáng cũng tránh được những mối nguy hiểm tránh vấp ngã và giảm nguy cơ tai nạn Vì vậy, mặc dù được thoải mái thiết kế ánh sáng trong phòng triển lãm nhưng chức năng chiếu sáng luôn được đảm bảo Việc thiết kế ánh sáng phụ thuộc vào nhiều thông số, trong đó quan trọng nhất là kiến trúc của tòa nhà, ánh sáng cần phải hài hòa, các yếu tố khác là tỷ lệ phòng, thiết kế nội thất, cũng có thể kể đến là ánh sáng ban ngày, bóng là một trong những vấn đề khá quan trọng

1.3.2 Ánh sáng trong phòng

Ánh sáng trong phòng chính là ánh sáng sẽ sử dụng trong trưng bày, có thể phân chia loại các nguồn sáng hay sử dụng trong phòng như ánh sáng khuếch tán, ánh sáng hướng, trần sáng và những tác động mà chúng mang lại cho không gian sẽ được trình bày trong phần này

a Ánh sáng khuếch tán:

Ánh sáng khuếch tán đến từ những đối tượng có bề mặt bức xạ ánh sáng theo mọi hướng Với loại ánh sáng này không xác định được hướng của ánh sáng đó và nó tạo ra rất ít bóng hoặc không có bóng đổ

b Ánh sáng hướng

Ánh sáng hướng phụ thuộc chủ yếu vào vị trí nguồn sáng, hướng phát sáng, thường công suất nhỏ, các đối tượng được chiếu sáng sẽ nổi bật trong không gian Trường hợp bề mặt của đối tượng không đều sẽ xảy ra hiện tượng bóng trên bề mặt Với cách chiếu sáng này nó sẽ tạo nên hình ảnh rõ nét hơn của bề mặt ba chiều

Hình 1.9 Ảnh kết quả sử dụng ánh sáng hướng(trái), ánh sáng khuếch

tán(phải)

Hình 1.10 Hiện tượng bóng đổ gây ra bởi ánh sáng hướng

Ánh sáng hướng chính là nguyên nhân gây nên hiện tượng bóng đổ, đặc biệt với đối tượng lớn thì bóng càng lớn sẽ đè lên các đối tượng trưng bày khác, đó là điều không mong muốn trong trưng bày Hiện tượng này có thể tránh được bằng cách thiết

kế phù hợp giữa ánh sáng khuếch tán và ánh sáng hướng, các đối tượng được chiếu sáng cần được đặt ở những vị trí thích hợp

Ở các bảo tàng hiện đại trên thế giới hầu hết sử dụng trần sáng với kính xung quanh, trần sáng, ánh sáng tường tránh chiếu sáng trực tiếp, tạo ánh sáng nhẹ dễ chịu với người thăm quan

c Trần sáng

Ý tưởng về trần sáng xuất phát từ mong muốn bắt chước ánh sáng ban ngày Trần sáng đặc biệt thích hợp cho phòng trưng bày tranh, chủ yếu khuếch tán ánh sáng qua một tấm kính đục, với cách chiếu sáng này giảm thiểu được nhiệt độ gây ra bởi nguồn sáng Sử dụng nguồn sáng huỳnh quang dạng ống sắp xếp đều nhau Trần sáng bắt chước ánh sáng tự nhiên vì vậy cường độ ánh sáng khoảng 500 đến 1000cd/m2, và thích hợp với chiều cao của phòng từ 6 đến 10m, với những phòng thấp không nên sử dụng

Hình 1.11 Sử dụng trần sáng trong bảo tàng

Trần sáng có thể là duy nhất hoặc một tập các đèn liên tiếp Điều quan trọng ở đây là để đảm bảo che chắn tốt hướng của người quan sát Vì vậy đèn cần được gắn các bộ lọc chống chói, nguồn sáng thường được sử dụng là đèn huỳnh quang, compact thon dài, đèn halogen

Để đảm bảo rằng tất cả các cuộc triển lãm được thể hiện lợi thế tốt nhất của nó, phản xạ và bóng đổ không mong muốn của các đối tượng cần phải tránh Với ánh sáng chiếu trực tiếp lên đối tượng sao cho vị trí đặt đèn có chiều cao bằng một phần ba của bức tường Góc giữa đèn tường và giới hạn trên của đối tượng khoảng 25 đến 30 độ

Hình 1.12 Nguyên tắc đặt đèn trong trưng bày

Màu sắc hoa văn và phản xạ của trần, tường và sàn ảnh hưởng đến thị giác và tác động đến cuộc triển lãm, nó cũng làm tăng hay giảm nhiệt độ của căn phòng Những đối tượng khác nhau cần những loại đèn chiếu khác nhau, tác động của ánh sáng đến các đối tượng hai chiều như bức tranh, tác phẩm điêu khắc, hay những chiếc bình Vì vậy trong nhiều trường hợp cần nhiều ánh sáng : sử dụng đèn công suất cao hơn hoặc nhiều đèn chiếu hơn để chiếu sáng cho các đối tượng lớn Ví dụ như một chiếc xe hơi hoặc máy bay, cũng có thể được chiếu sáng từ một số điểm, như vậy sẽ làm cho nổi bật đối tượng trưng bày từ những góc nhìn khác nhau

Hình 1.13 Kết quả chiếu sáng với tác phẩm tranh.

Hình 1.14 Kết quả chiếu sáng với tác phẩm điêu khắc

d Ánh sáng trưng bày

Trưng bày trong một phòng triển lãm thu nhỏ hoặc cả một không gian rộng lớn cần phải chiếu sáng phù hợp bằng ánh sáng khuếch tán hoặc ánh sáng hướng Trong một số trường hợp phải sử dụng ánh sáng làm nổi bật đối tượng trong tủ kính vì vậy cần phải chiếu sáng phù hợp với nhiệm vụ trưng bày

Các loại ánh sáng cần thiết phụ thuộc chủ yếu vào đặc điểm của cuộc triển lãm

và đối tượng được chiếu sáng, kết cấu, độ bóng bề mặt, màu sắc Hầu hết các đối tượng kim loại vàng hoặc bạc khi chiếu sáng đến sẽ ánh lên Dưới ánh sáng khuếch tán những đồ vật bằng gốm như chai, lọ xuất hiện mờ và thiếu sức sống Thường người ta

sử dụng tủ đựng hiện vật bằng kính để nâng cao tác động trực quan đối với người xem Ánh sáng khuếch tán phù hợp với vật có màu sắc rực rỡ hoặc trong suốt [15][19]

e Tích hợp ánh sáng

Tích hợp ánh sáng là việc sử dụng kết hợp các loại nguồn sáng với nhau Cụ thể trong triển lãm với những đồ vật nhỏ, những tủ trưng bày thấp và trưng bày cao nên sử dụng hệ thống chiếu sáng tích hợp điều này có ưu điểm là ít hoặc không có phản xạ ánh sáng trên tủ kính, với cách này có thể tránh được ánh sáng chói trực tiếp cho người quan sát mặc dù nguồn sáng không được che chắn như ánh sáng trên trần nhà Trong những tủ cao ánh sáng sẽ được chiếu từ phía trên, ngoài ra các vật thể còn được chiếu sáng từ dưới đáy của tủ chứa Ngoài ánh sáng tích hợp sử dụng trong tủ chứa còn có ánh sáng môi trường cũng góp phần quan trọng, tùy theo vào góc nhìn và độ rọi đảm bảo an toàn cho hiện vật thường ánh sáng môi trường để ở mức thấp

Hình 1.15 Tích hợp các nguồn sáng chiếu vào vật thể

đó có thể kể đến như đèn huỳnh quang, đèn compact các biện pháp bảo vệ tương tự

áp dụng cho phòng triển lãm lớn

g Ánh sáng môi trường

Phòng trưng bày và chiếu sáng đối tượng bên ngoài thường được cung cấp bởi đèn trần Đây là loại ánh sáng đặc biệt thích hợp cho tủ kính mà người xem đứng từ trên cao Ánh sáng ban ngày và ánh sáng trong phòng nói chung cần phải bổ sung cho nhau để làm nổi bật triển lãm và tiết kiệm năng lượng

Hình 1.16 Sử dụng ánh sáng tự nhiên.

h Hạn chế phản xạ

Đôi khi ánh sáng chiếu xuống có cường độ cao và bề mặt đặt đồ vật thường là kính hoặc những bề mặt có độ phản xạ tốt gây lóa mắt và có hiệu ứng ánh sáng không tốt vì vậy cần phải hạn chế sự phản xạ ánh sáng tránh chói mắt người thăm quan Một trong những cách là phải chọn vật liệu kính không phản chiếu Những phản xạ trên bề mặt kính ngang ít hơn nến đặt kính hơi nghiêng về phía người quan sát Những phản

xạ cũng có thể gây ra bởi ánh sáng bên ngoài của cửa sổ (ánh sáng mặt trời) vì vậy vị trí trưng bày cần được di động, sử dụng rèm ngăn chặn ánh sáng chói từ phía ngoài vào trong phòng Phòng trưng bày là nơi rất quan trọng nó là nơi thu hút khách đến thăm quan và là trọng tâm của cuộc triển lãm vì vậy hệ thống ánh sáng phải linh hoạt

1.3.3 Chiếu sáng trong bảo tàng ở Việt Nam

Chúng ta đã biết coi trọng và trân trọng hiện vật – những di sản văn hóa của dân tộc, song các bảo tàng ở Việt Nam chưa có điều kiện triển khai đầy đủ và đồng bộ những phương thức để tôn vinh những di sản đó [8]

Và chiếu sáng hiện vật trong bảo tàng là một trong nhiều hình thức hỗ trợ cơ bản để vừa bảo quản hiện vật, vừa nâng cao giá trị thẩm mỹ, nhân bản của hiện vật, làm cho hiện vật trở nên sống động hơn, tiếp diễn và nảy nở đời sống tự thân trong một không gian văn hóa từ đó giúp cho khả năng cảm nhận, liên tưởng và hiểu sâu hơn, đầy đủ hơn ở công chúng đối với hiện vật

a Lịch sử chiếu sáng ở bảo tàng Việt Nam

Việt Nam có lịch sử chiếu sáng từ lâu đời, việc chiếu sáng đối với hiện vật trong “Bảo tàng làng” bao gồm Đình, chùa và một số Lăng tẩm mà hiện vật chủ yếu

là tượng tròn, phù điêu, bia đá gắn liền với kiến trúc đã cho thấy sự coi trọng ánh sáng

và khả năng tính toán khoa học các vị trí đặt đèn với ánh sáng lan tỏa, không đều, không tập trung tạo nên sự hỗ trợ cho cảm giác nhận biết về hình dáng, hình khối, đồng thời tăng thêm sự liên tưởng ở mầu, đường nét khối với hiện vật Ở đây, chiếu sáng không bao giờ cho thị giác một cái nhìn đầy đủ về hiện vật, qua đó làm tăng thêm

sự ẩn hiện của hiện vật đồng thời làm biến đổi không gian bao quanh tạo sức cuốn hút cho cái nhìn của thị giác, góp phần gợi mở khả năng suy tưởng của tăng ni phật tử hay

du khách thập phương để từ đó tinh thần tôn nghiêm và linh thiêng ở hiện vật đạt tới

– chùa : Ngoài chiếu sáng nhân tạo (chủ yếu bằng nến) “Bảo tàng làng” còn áp dụng chiếu sáng bằng ánh sáng tự nhiên thông qua các ô kính được đặt trên mái nhà (hoặc một số cửa sổ) – ánh sáng này chủ yếu dùng để xác định đường đi trong “Bảo tàng làng” kể cả khi “Bảo tàng làng ” mở hoặc đóng cửa

Việc kết hợp chiếu sáng của bảo tàng làng này tương đồng với một bảo tàng quốc tế khi sử dụng ánh sáng tự nhiên được thực hiện qua hệ thống lọc phản quang khoa học cho các khu đệm như : Bể nước, không gian nghỉ chuyển tiếp của chuyến tham quan hay chiếu sáng trực tiếp vào tác phẩm điêu khắc

b Hiện trạng chiếu sáng bảo tàng ở Việt Nam

+ Chưa đánh giá đúng, coi trọng và hiểu hết giá trị, hiệu quả của việc chiếu sáng trong trưng bày hiện vật

+ Chưa có phương pháp, hệ thống trang thiết bị tiên tiến đủ tiêu chuẩn quốc tế dùng cho việc chiếu sáng hiện vật

+ Thiếu đội ngũ chuyên gia, kỹ thuật viên ánh sáng và họa sỹ trưởng

+ Khả năng đầu tư không đồng bộ

+ Thường sử dụng ánh sáng dân dụng (đèn ne-on, đèn đỏ) xen lẫn ánh sáng tự nhiên trong trưng bày hiện vật

c Giải pháp chiếu sáng

Nghiên cứu khoa học về ánh sáng Cùng với các công tác chuyên môn nghiệp

vụ bảo quản hiện vật, môi trường trưng bày với độ ẩm, nhiệt độ, vận tốc gió và ánh sáng là một trong những yếu tố quyết định sự tồn tại lâu dài của hiện vật và nâng cao

vẻ đẹp thẩm mỹ

Do đó việc nghiên cứu khoa học về ánh sáng, tuân thủ các chỉ số mang tính quốc tế đã được nhiều nước áp dụng cho công tác bảo quản đối với hiện vật thông qua tác động của ánh sáng để từ đó thiết lập mức độ chiếu sáng tối đa cho hiện vật ở bảo tàng

Giới thiệu về chiếu sáng, tiến sỹ C.Peason viết “Một trong những yếu tố gây hủy hoại cho các bộ sưu tập bảo tàng, đặc biệt là những hiện vật trưng bày là độ sáng quá mức Cần phải có đủ ánh sáng để ngắm nhìn, xem xét các tác phẩm nghệ thuật Ánh sáng phải đạt được yêu cầu để phản ánh đúng màu sắc của hiện vật trưng bày Tuy nhiên nếu độ chiếu sáng không được kiểm soát và những thành phần ánh sáng có hại như tia tử ngoại hoặc tia hồng ngoại không được loại bỏ hoàn toàn, thì các màu sắc của hiện vật sẽ bị bạc đi và thay đổi, và rất nhiều các vật liệu hữu cơ sẽ bị hủy hoại, thường là suy giảm sức bền và trở nên giòn Các đặc tính của ánh sáng, mức độ của nó

và cách nó gây ra sự hủy hoại cho vật chất văn hóa như thế nào sẽ được bàn luận và nghiên cứu một cách đầy đủ và khoa học, nhằm làm giảm tất cả các thành phần của bức xạ ánh sáng xuống tới mức thích hợp bảo đảm cho hiện vật trưng bày một cách an toàn và vẫn thể hiện được tính thẩm mỹ”

d Vấn đề chiếu sáng đối với các bảo tàng ở Việt Nam

+ Cần xác định tính cấp thiết của việc chiếu sáng ở bảo tàng , có kế hoạch chiến lược lâu dài

+ Nghiên cứu, tổ chức hội thảo trao đổi kinh nghiệm về chiếu sáng giữa các bảo tàng Việt Nam và quốc tế

+ Đào tạo đội ngũ chuyên gia và kỹ thuật viên về ánh sáng và chiếu sáng + Đầu tư trang thiết bị chiếu sáng đủ tiêu chuẩn quốc tế

+ Việc áp dụng chiếu sáng vào bảo tàng cần phải đồng bộ, song song với khả năng đảm bảo các tiêu chuẩn về môi trường như : Nhiệt độ, độ ẩm, sức gió, không khí sạch

+ Tăng cường hợp tác với các bảo tàng quốc tế, với các tổ chức, trung tâm nghệ thuật và nhà tư vấn, nhà sản xuất, nhà cung cấp thiết bị chiếu sáng nhằm tìm kiếm sự ủng hộ và luôn luôn tiếp cận, ứng dụng các công nghệ chiếu sáng tiên tiến của thế giới

e Chế độ chiếu sáng cho hiện vật trong bảo tàng

+ Chiếu sáng chung: Là chiếu sáng cho toàn bộ hiện vật có độ sáng đều nhau Ánh sáng được chiếu dán tiếp (thường hắt lên trần, vách, đai trưng bày ) với thiết bị chiếu sáng có chỉ số bức xạ hồng ngoại và tử ngoại thấp từ 33 đến 250 Mwatt/lumen

+ Chiếu sáng tập trung vào hiện vật: Là chiếu sáng trực tiếp vào hiện vật làm nổi bật các vị trí cần thiết của hiện vật mà không gian xung quanh hiện vật không có ánh sáng (hoặc ít ánh sáng), hình thức chiếu sáng này thường áp dụng đối với tác

trưng bày ảo là rất quan trọng, nó tác động qua lại lẫn nhau và là yếu tố trực tiếp mang lại hiệu quả của việc trưng bày, và chiếu sáng trong trưng bày thật là kiến thức nền tảng cho việc sử dụng ánh sáng trong trưng bày ảo Những nghiên cứu về ánh sáng trong bài toán trưng bày tại bảo tàng thực làm nền tảng cho quá trình xây dựng ánh sáng trong bài toán trưng bày ảo.Nội dung và phương pháp lý chiếu sáng trong trưng bày ảo sẽ được trình bày chi tiết ở chương hai của luận văn

an toàn cho hiện vật được chiếu sáng Ánh sáng trong trưng bày ảo cũng quan trọng không kém nó thể hiện ánh sáng sao cho gần giống thật như ngoài đời sống Tuy nhiên bài toán trưng bày ảo đòi hỏi cần đảm bảo thời gian thực, với một không gian ảo có rất nhiều hiện vật được trưng bày đó là lý do máy tính phải làm việc với khối lượng công việc rất lớn, bên cạnh đó máy tính còn phải làm các nhiệm vụ khác như xử lý tương tác, âm thanh Vì vậy để thực hiện tốt những yêu cầu như trên mà vẫn đảm bảo việc chiếu sáng giống như thật luận văn đã chia các đối tượng trong bảo tàng thành hai loại: loại thứ nhất là các đối tượng tĩnh thường không thay đổi vị trí trong không gian, loại thứ hai là loại đối tượng động Với loại thứ nhất vì không thay đổi trong không gian và các nguồn sáng chiếu tới hiện vật thường không thay đổi nên thông thường người ta sử dụng phương pháp tạo lightmap cho đối tượng và trong đó sử dụng hai phương pháp chính là radiosity và raytracing, loại thứ hai là các đối tượng động ví dụ như phát thanh viên ảo, các đối tượng được nhập vai Tuy nhiên với bài toán trưng bày ảo người ta quan tâm hơn tới loại đối tượng tĩnh và trong khuôn khổ chương hai luận văn tập trung vào các phương pháp xử lý ánh sáng cho đối tượng tĩnh Một trong vấn đề không thể thiếu trong bài toán chiếu sáng trong trưng bày ảo là xử lý bóng đổ Khi chúng ta chiếu sáng vào một hiện vật, ít nhiều sẽ xuất hiện hiện tượng bóng đổ, và luận văn cũng trình bày một số phương pháp xử lý loại bóng này Trong phần dưới đây sẽ trình bày đến lý thuyết về ánh sáng, các đơn vị đo cũng như các định nghĩa về mặt vật

lý làm cơ sở cho việc tính toán sau này, phần tiếp sẽ trình bày đến các phương pháp tạo lightmap cho đối tượng và phần cuối chương đề cập đến các phương pháp xử lý bóng đổ trong không gian ảo

2.1 NGUỒN SÁNG VÀ CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG

Như ta đã biết ánh sáng vừa có tính chất sóng, vừa có tính chất hạt, nó là một đối tượng rất phức tạp và để thể hiện nó đòi hỏi người lập trình phải xâu chuỗi những kiến thức trong các lĩnh vực khác nhau như vật lý, toán học Trong phần này luận văn trình bày một số khái niệm về nguồn sáng các đơn vị đo lường cho nguồn sáng dựa trên các kết quả nghiên cứu từ các lĩnh vực khác Đây là những lý thuyết cơ bản của

hạt (quang học hạt) Bóng: trên thực tế bóng và ánh sáng là hai vấn đề liên quan mật

thiết với nhau “có ánh sáng thì mới có bóng, và bóng là sự thể hiện của ánh sáng”

Ánh sáng truyền đi trong không gian khi đến một bề mặt nó tương tác với bề mặt, sự

tương tác này được thể hiện thông qua hai hiệu ứng chính là “bóng bề mặt”, và “bóng

đổ” có thể gọi chung chúng là bóng Hiệu ứng “bóng bề mặt” xảy ra khi ánh sáng đến

bề mặt, và phản xạ lại môi trường một lượng ánh sáng nhất định theo các hướng khác nhau, trong đó có một phần đến được mắt, tác động lên hệ thần kinh thị giác, vì vậy chúng ta quan sát được đối tượng Theo định luật truyền thẳng ánh sáng khi đến một

bề mặt không trong suốt thì bị cản lại, và không thể tiếp tục được truyền đi theo hướng đến, vì vậy mọi điểm phía sau sẽ không có sự chiếu sáng từ nguồn sáng hiện tượng

như vậy được gọi là hiệu ứng “bóng đổ”

Trong quang học sóng, ánh sáng là một loại sóng điện từ trường do đó nó cũng tuân theo các định luật của sóng như định luật truyền thẳng, định luật phản xạ, khúc

xạ, Trong trường hợp này năng lượng của ánh sáng được thể hiện hiện bằng các dao động điện từ trường Hướng dao động điện trường và từ trường vuông góc với nhau tạo ra cách ánh sáng truyền đi trong không gian Loại ánh sáng có thành phần sóng điện trường (từ trường) giao động trên một mặt phẳng cố định được gọi là ánh sáng

“phân cực tuyến tính”, hoặc đơn giản là “phân cực” Dựa vào đặc tính phân cực của

ánh sáng khi đi qua một số loại vật liệu nhất định mà người ta đã xây dựng lên các hệ

thống hiển thị hình ảnh 3D, ví dụ như hệ thống máy chiếu 3D, ti vi 3D, kính 3D vv

Sự xuất hiện của các thiết bị này là một trong những động lực quan trọng nhất tạo nên

sự phát triển của lĩnh vực VR hiện nay

Trong quang học hạt, năng lượng ánh sáng được thể hiện dưới hình thức của

các hạt photon dịch chuyển trong không gian với vận tốc ánh sáng Mỗi photon mang

một mức năng lượng nhất định, mức năng lượng này phụ thuộc vào tần số hay độ dài bước sóng của ánh sáng

Khả năng quan sát của con người với mỗi loại ánh sáng là khác nhau, bằng thực nghiệm người ta đã chứng minh con người có khả năng nhìn được ánh sáng với bước

sóng nằm trong khoảng (380nm - 780nm), ánh sáng có bước sóng lớn hơn được gọi là

hồng ngoại, và nhỏ hơn là tử ngoại đây là những loại ánh sáng mà con người không có

khả năng quan sát được Khả năng nhìn của con người với mỗi loại ánh sáng trong khoảng nhìn được là không giống nhau Hình 2.1 là đồ thị thể hiện khả năng quan sát

của con người với từng mức sóng cụ thể của ánh sáng

Hình 2.1 Khả năng quan sát của con người tương ứng với từng mức sóng Trong đồ họa 3D tính chất sóng - hạt của ánh sáng được trừu tượng hóa thông

qua các quy luật, việc xây dựng các quy luật này phần lớn dựa vào các quy luật hình học, và các quy luật quang học Các phần nội dung dưới đây sẽ trình bày một số đơn vị

sử dụng trong việc đo lường ánh sáng [7], [14], [26], [28]

2.1.2 Các đơn vị sử dụng trong đo lường ánh sáng

Ánh sáng là một loại bức xạ điện từ trường do đó một phép đo lường ánh sáng cũng là một phép đo lường bức xạ Dưới đây là một số đơn vị đo lường được sử dụng phổ biến trong các nguyên tắc xây dựng hình ảnh Đầu tiên chúng ta hãy xét đến một đơn vị không sử dụng trực tiếp trong đo lường ánh sáng đó là góc khối

vật thể nhỏ nhưng được đặt gần điểm quan sát vẫn có thể có góc khối lớn hơn một vật thể có kích thước lớn nhưng được đặt xa điểm quan sát Góc khối thường được ký hiệu

là ω, đơn vị chuẩn của nó là steradian (ký hiệu "sr") [4]

Độ lớn của góc khối được xác định bằng tỷ lệ giữa diện tích S của hình chiếu vật thể lên một hình cầu có tâm là điểm quan sát với bình phương bán kính R của hình

Như vậy nếu S = R² ta có ω = 1 steradian Như vậy steradian là đơn vị không

có thứ nguyên, tương tự với đơn vị radian của góc hai chiều Góc khối của toàn bộ mặt cầu có độ lớn là 4π sr, góc khối của bán cầu có độ lớn là 2π sr Góc khối còn có hai đơn vị không chính thức khác là độ vuông (deg²), và diện tích tỉ lệ (tỉ lệ của diện tích hình chiếu với diện tích toàn mặt cầu chiếu): deg²=(180/π)2.(sr) và diện tích tỉ lệ

= 1/4π.(sr)

Hình 2.2 Góc khối trong hệ tọa độ cầu

Với hệ tọa độ cầu xét một hình cầu bán kính r, góc khối cho một đơn vị diện tích mặt dS rất nhỏ của hình cầu có góc thiên đỉnh θ và góc phương vị ϕ

2dsin

0 2

 Năng lượng bức xạ (Radiant Energy)

Năng lượng bức xạ: hiểu đơn giản là lượng năng lượng (công) được vận chuyển thông qua ánh sáng Nó thường được ký hiệu là Q, và đo bằng joule [J = Ws = Nm = kgm 2 s -2 ] Năng lượng bức xạ phụ thuộc vào số lượng photon và tần số (mức năng lượng) của các photon

 Thông lượng bức xạ (Radiant Flux) hay Công xuất bức xạ (Radiant Power)

Công xuất bức xạ được ký hiệu là Φ, được định nghĩa là lượng năng lượng bức

xạ trên mỗi đơn vị thời gian, đơn vị đo lường của nó là watt [W]

 Độ rọi bức xạ (Irradiance) và độ tỏa sáng(Radiant Exitance)

Độ rọi bức xạ và độ tỏa sáng đều là là hai hình thức của mật độ thông lượng

Độ rọi bức xạ ký hiệu E được tính bởi công thức :

nó đại diện cho thông lượng bức xạ dΦ đến một bề mặt tại một đơn vị diện tích bề mặt

dA Còn độ tỏa sáng được định nghĩa là thông lượng lượng bức xạ trên một đơn vị diện tích ra khỏi bề mặt Trong đồ họa máy tính độ tỏa sáng thường được gọi là radiocity,

ký hiệu thường được sử dụng để đại diện là B(x), người ta tính độ tỏa sáng bởi công

thức sau:

 Cường độ bức xạ (Radiance)

Cường độ bức xạ là một phép đo phóng xạ, nó đặc trưng cho lượng ánh sáng đi qua hoặc phát ra từ một khu vực cụ thể trong một đơn vị góc khối theo một hướng nhất định, trên một đơn vị diện tích bề mặt Chúng được sử dụng để mô tả cả bức xạ từ một nguồn khuếch tán hoặc phản xạ của một bề mặt khuếch tán Đơn vị đo của Cường độ

bức xạ là watts trên mỗi đơn vị diện tích m 2 , trong mỗi đơn vị góc khối sr:(Wm -2 sr -1 )

Theo tính chất của góc khối có thể suy ra rằng, trên cùng một đơn vị diện tích một bề mặt ở gần nguồn sáng hơn sẽ nhận được nhiều năng lượng hơn bề mặt ở xa, hay nói cách khác Cường độ bức xạ của cùng một đơn vị diện tích tỷ lệ nghịch với khoảng

cách Cường độ bức xạ thường được ký hiệu là L và được tính theo công thức sau:

d dA

d x

L x

Trong đó: Trường hợp L(x,θ, ϕ) thì θ là góc thiên đỉnh ϕ là góc phương vị trong

hệ tọa độ cầu, với L(x, ) thì là hướng ánh sáng, θ là góc giữa hướng ánh sáng và vector pháp tuyến của bề mặt tại điểm x, dΦ là thông lượng bức xạ phát ra trên đơn vị diện tích dA, trong đơn vị góc khối dω

Mối quan hệ giữa độ rọi bức xạ (Irradiance) và cường độ bức xạ (Radiance)

được thể hiện qua công thức sau:

Radiance là một đại lượng đặc biệt quan trọng trong đồ họa máy tính, vì nó là

một hằng số theo đường thẳng trong không gian Đại lượng đo lường này được sử

dụng trong hầu hết hệ thống rendering bao gồm cả hệ thống sử dụng kỹ thuật tracers và hệ thống đồ họa tương tác (sử dụng bộ tăng tốc đồ họa)

ray- Cường độ sáng (Intensity)

Xét một nguồn sáng điểm, giả định rằng tất cả các năng lượng bức xạ được phát

ra từ một điểm duy nhất trong không gian ba chiều, đây là một mô hình nguồn sáng

phổ biến trong đồ họa máy tính Đáng tiếc Radiance không phải là một đại lượng thích

hợp để xác định độ sáng của một nguồn ánh sáng, vì tồn tại một sự kỳ dị tại chính vị trí

tâm của nguồn sáng điểm (tại đây hướng nguồn sáng và góc θ là không xác định)

Cường độ ánh sáng I phải là một đại lượng mà không có kỳ dị này, vì vậy có thể được sử dụng cho đặc trưng của ánh sáng điểm Dựa vào (2.5) người ta đưa ra định

nghĩa cường độ ánh sáng là thông lượng ánh sáng trên mỗi đơn vị góc khối cho bởi công thức:



d d

Từ đó dễ thấy trên toàn bộ hình cầu hướng (có góc khối là 4π sr), một nguồn

sáng phát ra mức năng lượng như nhau tại mọi phía sẽ có cường độ ánh sáng là : I 4

 Mức phơi sáng(Radiant Exposure)

Mức phơi sáng là một đơn vị, được định nghĩa là độ rọi bức xạ theo thời gian,

đơn vị đo lường của mức phơi sáng là [Wsm -2] Mức phơi sáng cũng có thể hiểu là năng lượng bức xạ trên mỗi đơn vị diện tích Ví dụ cách đáp ứng của của một tấm phim trong máy ảnh là một sự hình dung trực tiếp cho mức phơi sáng [7], [14], [26]

2.1.3 Các loại nguồn sáng thường sử dụng trong trưng bày ảo

Trong chương một đã đề cập đến các phương pháp chiếu sáng trên thực tế, những phương pháp chiếu sáng đó cần một hệ thống đèn chiếu rất phức tạp và đắt tiền Trong bài toán trưng bày ảo ta dựa vào những lý thuyết chiếu sáng đó để lựa chọn nguồn sáng nào phù hợp cho quá trình chiếu sáng Thông thường sử dụng các loại nguồn sáng sau đây:

Những loại nguồn sáng này có sự khác biệt về kích thước, không gian, và phạm

vi chiếu sáng (đây chính là các loại nguồn sáng hay sử dụng của hầu hết các hệ

thống render):

 Nguồn sáng điểm (point light): là nguồn phát sáng từ một điểm duy nhất

trong không gian, hướng phát sáng của nguồn sáng là toàn bộ hình cầu hướng bao

điểm phát

Hình 2.3 Ánh sáng điểm

 Nguồn sáng song song: đây là một loại nguồn sáng đặc biệt, các tia sáng được chiếu đi song song với nhau do đó tại mọi điểm sẽ nhận được một lượng năng lượng như nhau Mặt trời có thể là một ví dụ điển hình cho loại nguồn sáng này, người ta cũng tạo ra nhiều loại nguồn nhân tạo nhằm chiếu ánh sáng đi xa ví dụ đèn pha, đèn pin Đặc trưng cơ bản của nó là có hướng chiếu sáng vì vậy nó thể hiện bóng đổ rất tốt và trong phần ứng dụng luận văn sử dụng loại ánh sáng này để thể hiện hiện tượng bóng đổ

 Nguồn sáng điểm nhưng bị giới hạn phạm vi phát theo một hướng, một góc

khối nhất định (spot light) Đây là loại nguồn sáng dùng nhiều nhất trong quá trình

chiếu sáng, nó làm nổi bật các hiện vật trưng bày khi sử dụng loại nguồn sáng này ánh sáng môi trường cần có cường độ thấp hơn cường độ của nguồn sáng điểm

Đó là ba loại nguồn sáng sử dụng rất phổ biến trong trưng bày ảo cũng như mô

hình render sử dụng thiết bị tăng tốc đồ họa Còn có một số loại nguồn sáng không

phổ dụng khác như nguồn sáng phát từ một đối tượng, nguồn sáng song song có hạn chế ví dụ một nguồn song song chỉ chiếu trong một khu vực hình trụ Tuy vậy do