Kỹ thuật hiển thị mô hình 3D và ứng dụng không gian di tích Tháp Luang Viêng Chăn Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào (LV thạc sĩ)

Kỹ thuật hiển thị mô hình 3D và ứng dụng không gian di tích Tháp Luang Viêng Chăn Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào (LV thạc sĩ)Kỹ thuật hiển thị mô hình 3D và ứng dụng không gian di tích Tháp Luang Viêng Chăn Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào (LV thạc sĩ)Kỹ thuật hiển thị mô hình 3D và ứng dụng không gian di tích Tháp Luang Viêng Chăn Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào (LV thạc sĩ)Kỹ thuật hiển thị mô hình 3D và ứng dụng không gian di tích Tháp Luang Viêng Chăn Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào (LV thạc sĩ)Kỹ thuật hiển thị mô hình 3D và ứng dụng không gian di tích Tháp Luang Viêng Chăn Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào (LV thạc sĩ)Kỹ thuật hiển thị mô hình 3D và ứng dụng không gian di tích Tháp Luang Viêng Chăn Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào (LV thạc sĩ)Kỹ thuật hiển thị mô hình 3D và ứng dụng không gian di tích Tháp Luang Viêng Chăn Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào (LV thạc sĩ)Kỹ thuật hiển thị mô hình 3D và ứng dụng không gian di tích Tháp Luang Viêng Chăn Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào (LV thạc sĩ)Kỹ thuật hiển thị mô hình 3D và ứng dụng không gian di tích Tháp Luang Viêng Chăn Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào (LV thạc sĩ)Kỹ thuật hiển thị mô hình 3D và ứng dụng không gian di tích Tháp Luang Viêng Chăn Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào (LV thạc sĩ)Kỹ thuật hiển thị mô hình 3D và ứng dụng không gian di tích Tháp Luang Viêng Chăn Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào (LV thạc sĩ)

Đại học Thái Nguyên TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Đề tài :

KỸ THUẬT HIỂN THỊ MÔ HÌNH 3D VÀ ỨNG DỤNG KHÔNG GIAN DI TÍCH “THÁP LUANG VIÊNG CHĂN”

CỘNG HÒA DÂN CHỦ NHÂN DÂN LÀO

Học viên” PHOMVONGSA NGAVISETH Người hướng dẫn khoa học: Tiến sĩ Nguyễn Văn Huân

Thái Nguyên 2016

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan về nội dung luận văn tốt nghiệp với tên đề tài “Kỹ thuật hiển thị mô hình 3D và ứng dụng không gian di tích Tháp Luang Viêng Chăn” là không sao chép nội dung cơ bản từ các luận văn khác, hay các sản phẩm

tương tự không phải do em làm ra Sản phẩm của luận văn là chính bản thân em nghiên cứu và xây dựng

Nếu có gì sai em xin chịu mọi hình thức kỉ luật của trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông – Đại học Thái Nguyên

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2016

PHOMVONGSA NGAVISETH

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 Nguyễn Văn Huân 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, ngày tháng năm 2016

PHOMVONGSA NGAVISETH

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN iv

MỤC LỤC v

DANH MỤC HÌNH ẢNH vii

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG VÀ BÀI TOÁN HIỂN THỊ MÔ HÌNH 3D THÁP LUANG 1

1.1 Tổng quan về Thực tại ảo 1

1.1.1 Thực tại ảo 1

1.1.2 Lịch sử phát triển của Thực tại ảo 2

1.1.3 Ứng dụng của Thực tại ảo 3

1.2 Khái quát về mô phỏng không gian di tích Tháp Luang 3

1.2.1 Di tích lịch sử 3

1.2.2 Vai trò của việc mô phỏng không gian di tích 3

1.2.3 Giới thiệu về Tháp Luang 5

1.3 Một số phương pháp và công cụ phần mềm giúp dựng mô hình 3D 8

1.4 Phần mềm đồ họa 10

1.5 Các ứng dụng cơ bản của đồ họa 3D 11

1.6 Phầ n cứng đồ hoạ (Graphics Hardware) 12

1.7 Unity 3D Game Engine 13

1.8 Môi trường và ngôn ngữ lập trình 13

1.8.1 Môi trường 13

1.8.2 Ngôn ngữ lập trình 14

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ KỸ THUẬT HIỂN THỊ MÔ HÌNH 3D 14

2.1 Kỹ thuật hiển thị mô hình Impostor 15

2.2 Kỹ thuật hiển thị mô hình Occlusion – Culling 19

2.3 Kỹ thuật hiển thị mô hình Bump Mapping 23

2.3.1 Kỹ thuật Ánh xạ bề mặt chạm nổi 30

2.3.2 Kỹ thuật sử dụng môi trường ánh xạ bump mapping 30

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG CHO THÁP LUANG VIÊNG CHĂN 32

3.1 Mô tả bài toán và giới thiệu Tháp Luang Viêng Chăn 32

3.2 Xây dựng Cơ sở dữ liệu 3D không gian “Tháp Luang Viêng Chăn” 34

3.2.1 Thu nhận dữ liệu 34

3.2.2 Xây dựng dữ liệu mô phỏng 35

3.3 Xây dựng chương trình hiển thị 38

3.4 Thiết kế mô hình 3D Tháp Luang 40

3.5 Một số giao diện chương trình 42

KẾT LUẬN 47

1 Kết quả đạt được 47

2 Hướng phát triển 47

TÀI LIỆU THAM KHẢO 48

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Một hệ thống VR tại Viện Fraunhofer (CHLB Đức) 2

Hình 1.2 Tháp Luang Viêng Chăn 5

Hình 1.3 Kiến trúc của Tháp Luang(http://anhbaochi.org/thap-luong/) 6

Hình 1.4 Mô tả phân cấp Tháp Luang 6

Hình 1.5 giao diện phần mềm 3DS max 10

Hình 1.6 Các ứng dụng của kỹ thuật đồ họa 12

Hình 1.7 các thành phần cứng của hệ đồ họa tương tác 13

Hình 1.8 giao diện Unity 3D Game Engine 13

Hình 2.1 Rendering the Imposter 15

Hình 2.2 Từ đối tượng 3D đến kỹ thuật ảnh giả mạo 16

Hình 2.3 Hai hộp giới hạn Impostor 17

Hình 2.4 khung giới hạn cho Texture 18

Hình 2.5 Dựng hình đặc, khung dây, và sự phức tạp độ sâu 19

Hình 2.6 Trước khi Occlusion Culling 20

Hình 2.7 Shadow volumes 20

Hình 2.8 Một ảnh hoa văn phức tạp 22

Hình 2.9 Bề mặt các viên gạch trong văn miếu 24

Hình 2.10 Cây đổ bóng 25

Hình 2.11 Không gian tiếp tuyến 27

Hình 2.12 Sự phản xạ của tia sáng trên bề mặt 28

Hình 2 13 Ảnh hoa văn 29

Hình 3.1 Tháp Luang 34

Hình 3.2 Mô hình quản lý dữ liệu của hệ thống 35

Hình 3.3 Flow diagram Quá trình số hóa vào tái tạo cảnh 3D trong mô phỏng 36

Hình 3.4 Flow diagram xây dựng mô hình và xác định vị trí kiến trúc 36

Hình 3.5 Flow diagram định vị vị trí kiến trúc trên di tích 37

Hình 3.6 Flow diagram tạo vật liệu và ảnh phủ cho mọi mức chi tiết cảnh 3D 37

Hình 3.7 Workflow xây dựng dữ liệu mô phỏng mức thấp 38

Hình 3.8 Workflow quá trình sinh ảnh của cảnh mô phỏng tác động vào người khi

thị sát của phần mềm sinh cảnh 38

Hình 3.9 Sơ đồ mô tả quan hệ giữa các hệ thống của sản phẩm thực tại ảo 39

Hình 3.10 Mô tả phân cấp Tháp Luang 40

Hình 3.15 Tượng phật trên Tháp Luang 44

Hình 3.16 dưới trong Tháp Luang 44

Hình 3.17 trên tầng 2 của Tháp Luang 45

Hình 3.18 Các cột và nhà xung quanh 45

Hình 3.19 tượng phật và kho trong Tháp Luang 46

Hình 3 20 mô hình 3D Tháp Luang Viêng Chăn nhìn từ trên xuống 46

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG VÀ BÀI TOÁN HIỂN THỊ

MÔ HÌNH 3D THÁP LUANG

Theo cách truyền thống, việc tương tác với máy tính được thực hiện thông qua các thiết bị như bàn phím, chuột hay Joystick/Trackball/ Keyboard/Styplus để cung cấp thông tin đầu vào và sử dụng khối hiển thị trực quan để nhận thông tin đầu ra từ hệ thống Với sự ra đời của các hệ thống thực tại ảo, các phương thức giao tiếp mới được phát triển cho phép người sử dụng tương tác một cách tích cực với máy tính Công nghệ VR hiện đang rất phát triển trên thế giới Hiện nay, ở nước Công hòa Dân chủ Nhân dân Lào, công nghệ VR đang dần được chú ý bởi những thế mạnh của nó chẳng hạn như cho phép tạo và hiển thị được dữ liệu lớn Điều này rất quan trọng cho những ứng dụng như là tạo thiết kế đô thị, ứng phó với các tình huống khẩn cấp, du lịch, giải trí, quản lý giao thông, xây dựng những dự án quy mô lớn, và giáo dục Trong những lĩnh vực này, thì việc trực quan hóa tương tác của

mô hình là sự tối quan trọng cho sự phân tích chiều sâu của tập hợp dữ liệu Mục đích của hệ thống là mô phỏng các hiệu ứng quan sát và cảm nhận khi thị sát trên một khu vực nhất định Hệ thống này là sự kết hợp các kỹ thuật mô phỏng sử dụng

đồ hoạ 3D với các thiết bị phần cứng

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 Trong thực tế, người dùng không những nhìn thấy đối tượng đồ họa 3D nổi, điều khiển (xoay, di chuyển, ) được đối tượng trên màn hình (như trong game), mà còn sờ và cảm thấy chúng như có thật Ngoài khả năng nhìn (thị giác), nghe (thính giác), sờ (xúc giác), các nhà nghiên cứu cũng đã nghiên cứu để tạo các cảm giác khác như ngửi (khứu giác), nếm (vị giác) Tuy nhiên hiện nay trong VR các cảm giác này cũng ít được sử dụng đến Như vậy: “Thực tại ảo là công nghệ sử dụng các kỹ thuật

mô hình hoá không gian 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”

Hình 1.1 Một hệ thống VR tại Viện Fraunhofer (CHLB Đức)

1.1.2 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

1.1.3 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

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

1.2 Khái quát về mô phỏng không gian di tích Tháp Luang

1.2.1 Di tích lịch sử

Cộng hòa Dân chủ Nhân dân Lào là một trong những quốc gia có nhiều danh lam thắng cảnh, với nhiều di tích lịch sử cần phải được bảo tồn, duy trì và quảng bá đến các bạn bè trên thế giới, đến từng người dân Đây là một trong những việc làm hết sức cần thiết để gìn giữ những di sản văn hóa quý báu

1.2.2 Vai trò của việc mô phỏng không gian di tích

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 Tháp Luang 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 Tháp Luang 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 Tháp Luang 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 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

1.2.3 Giới thiệu về Tháp Luang

Thạt Luổng tiếng Lào có nghĩa là tháp lớn, được xây dựng vào năm

1566 dưới triều vua Xệt Tha Thi Lạt, sau khi nhà vua dời đô từ Luông Pha Băng về Viêng Chăn Thạt được đặt tên là “Cheđiloka Chulamạni” có nghĩa “Tháp ngọc trên thế giới”, nhưng nhân dân vẫn quen gọi là Phrạ Thạt Luổng để mô tả sự vĩ đại,

to lớn của ngôi tháp Thạt Luổng vốn được xây trên một ngôi đền cũ, cách Viêng Chăn 2km, đây là một trong những tháp Phật lớn nhất ở Lào với diện tích đáy là 90m x 90m, cao 45m Cấu trúc mô hình Thạt Luổng được chia làm ba phần:

- Phần dưới cùng là bệ tháp, mỗi cạnh dài 69m (từ phía Tây, Đông) và 68m (từ phía Bắc Nam), cả 4 cạnh được ốp bằng 323 phiến đá

- Tầng thứ hai, mỗi cạnh dài 48m, vòng quanh cả 4 cạnh được tạo hình những hoa sen lớn với 120 cánh Tiếp giáp giữa tầng hai và tầng ba có 30 tháp nhỏ bao quanh Các tháp nhỏ này có hình dáng tương tự như thạt trung tâm

- Tầng trên cùng là khối trung tâm thạt, có hình dáng quả bầu, được đặt trên một khối hình bán cầu trang trí bằng những hình cánh sen đang nở tung ra bốn phía Toàn bộ khối trung tâm được phủ một màu vàng rực rỡ

Hình 1.2 Tháp Luang Viêng Chăn

Hình 1.3 Kiến trúc của Tháp Luang(http://anhbaochi.org/thap-luong/)

Hình 1.4 Mô tả phân cấp Tháp Luang

Theo truyền thuyết của người Lào kể rằng vào năm 236 Phật lịch ( thế kỷ thứ III Tr.CN), năm nhà sư Lào sau khi thụ học xong ở Ấn Độ, khi trở về quê, họ đem theo chiếc xương đầu gối của Đức Phật Năm nhà sư đến mường Viêng Chăn (Vientiane), xin Châu mường cho dựng tháp Thạt Luổng để cất giữ xá lị Phật Châu mường đồng ý cho dựng ngôi tháp Đại Phật tích (tháp Thạt Luổng)

Tháp Luang

Tầng dưới Tầng 2 Tầng 3 Nhà nhỏ

Đường hầm Cửa

Nhà nhỏ

Lá Sim Ma Cửa

Hoa sen lớn

Tháp nhỏ

Cửa Tháp lớn

Vào năm 1563, sau một loạt chiến thắng chống quân xâm lược Miến Điện (nay Myanmar), vua Xẹtthảthilạt, vì lí do chiến lược, đã dời đô từ Luang Prabang

về Vientiane Tại đây ông cho dựng nhiều thành quách, lâu đài, cung điện Năm

1566, nhà vua cho xây Thạt Luổng trên nền ngôi chùa cũ, cách Vientiane 2 km Năm 1911, một học giả Pháp tên là Henri Parmentier phát hiện ra cổng chính của ngọn tháp đã trùm lên che lấp ngọn tháp cũ

Tháp Thạt Luổng là kiến trúc chính của chùa Thạt Luổng và là một trong những tháp Phật giáo lớn nhất ở Lào Chân đế rộng (90 x 90) m, cao 45 m Trung tâm tháp là một khối lớn uy nghi vươn cao Đế của khối trung tâm là một đài sen hình vuông, đang nở tung cánh vàng ra 4 phía Trên đài sen là bệ cao có bình đồ vuông Chân bệ là những bậc vuông, càng lên cao càng nhỏ dần, để rồi phìn ra ở trên thành một gờ nổi lớn Từ gờ nổi này nở ra một khối gồm 4 mặt lớn, hơi ngả ra ngoài để giữ vững cho hình quả bầu thon ở phía trên Quả bầu cũng được tạo bởi 4 khối cong lớn thắt dần lại ở miệng Miệng bầu đỡ một tháp nhỏ có đỉnh nhọn cao Toàn bộ khối trung tâm đều được quét mầu vàng Cả khối mầu vàng được dựng trên một khối gần như bán cầu, cao to Khối này cũng có bình đồ vuông và có 4 mặt cong nhỏ dần, thu lại ở đỉnh Quanh chân của khối cong lớn ấy là 30 ngọn tháp nhỏ nhọn mầu vàng có hình dáng như đỉnh lớn trung tâm Những tháp nhỏ mầu vàng này được dựng trên các bệ hình chóp cụt 4 cạnh mầu trắng

Các tháp nhỏ hình khối gần như bán cầu và đỉnh nhọn mầu vàng tạo thành khối trung tâm của Thạt Luổng Khối này rất đồ sộ, có bình đồ gần vuông Mặt Nam dài 54,26m, mặt Đông 52m, mặt Bắc 54,62m mặt Tây 52,58m

Chạy quanh các tháp nhỏ là hồi lang vuông lộ thiên rộng, có lan can cao ở phía ngoài Trên dãy lan can là 228 hình lá nhỏ, nhọn Giữa mỗi lá nhỏ đó , có một khám nhỏ đặt tượng Phật đứng, nhỏ bằng đất nung

Thạt Luổng gồm 4 cửa, có tường cao bao quanh Trong đó cửa phía Đông là cửa giả, 3 cửa còn lại có tam cấp dẫn xuống khu hồi lang bên dưới Hồi lang tiếp theo phía dưới rộng hơn có hai bậc Lan can bao quanh cũng được trang trí ở trên bằng các hình lá nhọn và các tháp ở góc Trên 4 trục chính có 4 ngôi chùa nhỏ, mái nhọn hai lớp làm cổng thông giữa hồi lang với sân rộng phía dưới Mỗi chùa cổng

có tam cấp trang trí bằng hình quái vật Macara hoặc rắn Naga

Khu sân phía dưới rộng, tạo thành dãy hồi lang vuông lớn lộ thiên bên dưới Thạt Luổng là mô hình tháp Phật giáo có nguồn góc từ Ấn Độ Không chỉ cấu trúc gồm 3 phần mà khối thân hình bán cầu của Thạt Luổng đã gợi lại hình dáng tháp Sanchi ( thế kỷ thư III Tr CN của Ấn Độ) Nhưng hình dáng vút cao của đỉnh Thạt Luổng lại mang dáng dấp của tháp Thái Lan thế kỷ XV – XVIII Ngoài

ra có một vài yếu tố của tháp Myanmar: Chân tháp được tạo bời những vòng hồi lang liên tiếp, tháp nhỏ bao quanh tháp trung tâm

Nhưng rõ ràng các yếu tố ảnh hưởng ngoại lai đó ở tháp Thạt Luổng đã tạo

ra một kiến trúc tháp mang đậm bản sắc rất Lào, không hề giống bất kỳ một kiểu tháp Phật giáo nào

1.3 Một số phương pháp và công cụ phần mềm giúp dựng mô hình 3D

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 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

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

1.4 Phần mềm đồ họa

 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 1.5 giao diện phần mềm 3DS max

 Thư viện xử lý đồ họa OpenGL

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

1.5 Các ứng dụng cơ bản của 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 rôbốt, 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

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

Hình 1.6 Các ứng dụng của kỹ thuật đồ họa

1.6 Phần cứng đồ hoa ̣ (Graphics Hardware)

Các thành phần phần cứng của hệ đồ hoạ tương tác:

- CPU: thực hiện các chương trình ứng dụng

- Bộ xử lý hiển thị : thực hiện công việc hiển thị dữ liệu đồ hoạ

- Bộ nhớ hệ thống : chứa các chương trình và dữ liệu đang thực hiện

- Gói phần mềm đồ hoạ (Graphics Package): cung cấp các hàm đồ hoạ cho chương trình ứng dụng

- Phần mềm ứng dụng (Application Program): phần mềm đồ hoạ ứng dụng

- Bộ đệm ( Frame buffer): có nhiệm vụ chứa các hình ảnh hiển thị

- Bộ điều khiển màn hình (Video Controller): điều khiển màn hình, chuyển dữ liệu dạng số ở frame buffer thành các điểm sáng trên màn hình

Hình 1.7 các thành phần cứng của hệ đồ họa tương tác

1.7 Unity 3D Game Engine

Unity 3D là một engine game đa nền tảng được phát triển bởi Unity Technologies bằng ngôn ngữ C/C++, có khả năng hỗ trợ mã viết bằng C#, JavaScript hoặc Boo Đây là công cụ phát triển game được cộng đồng làm game

ưa thích sử dụng, hiểu đơn giản Unity 3D Game là một công cụ trung gian tương tác để thiết kế và phát triển game, gắn kết với nhiều ứng dụng trong cùng 1 hệ thống với nhau Unity 3D Game hỗ trợ tốt cho game online đa nền tảng, có thể hoạt động trên nhiều nhóm thiết bị, từ trình duyệt web trên PC cho tới điện thoại hay máy tính bảng

Hình 1.8 giao diện Unity 3D Game Engine

1.8 Môi trường và ngôn ngữ lập trình

1.8.1 Môi trường

Công nghệ thực tại ảo hiện đang rất phát triển trên thế giới Hiện nay ở Việt Nam, công nghệ thực tại ảo đang dần được chú ý bởi những thế mạnh riêng của nó

Là một công nghệ số hóa hình ảnh, mô phỏng động, công nghệ thực tại ảo đang được ứng dụng trong việc tái hiện lại những hình ảnh các di tích lịch sử đang ngày một xuống cấp và mai một Mục đích của hệ thống là mô phỏng các hiệu ứng quan sát và cảm nhận khi thị sát trên một khu vực nhất định Hệ thống này là sự kết hợp các kỹ thuật mô phỏng sử dụng đồ họa 3D với các thiết bị phần cứng Môi trường hoạt động vẫn gồm hai phần cơ bản là hệ điều hành và thư viện: Hệ điều hành Windows với các phiên bản 32 bit được quan tâm Đây là hệ điều hành có khả năng

đa luồng hay đa nhiệm xử lý 32 bit, chạy trên môi trường máy PC, hệ điều hành này vốn được viết phần lớn bằng ngôn ngữ C# C# là một trong những ngôn ngữ lập trình có khả năng hỗ trợ xử lý thời gian thực Cung cấp thư viện dùng chung API cho phép giao tiếp với hệ thống cũng như tổ chức đồng bộ hóa tiến trình, tiểu trình Windows không hỗ trợ can thiệp trực tiếp vào hệ thống hay các thiết bị ngoại

vi (nhưng vẫn cho phép), tuy nhiên lại cung cấp một môi trường giao tiếp dễ dàng

1.8.2 Ngôn ngữ lập trình

Ngôn ngữ lập trình cho hệ thống thời gian thực: Phần lớn các ứng dụng thời gian thực không thể viết bằng các ngôn ngữ lập trình thông thường mà cần viết chương trình bằng ngôn ngữ hỗ trợ xử lý thời gian thực Trong luận vănnày chọn ngôn ngữ lập trình C# chuẩn bởi C# được cung cấp hệ thống các hàm hỗ trợ xử lý thời gian thực, hỗ trợ đồng bộ hóa các quá trình, ràng buộc toàn vẹn, đọc quyền truy xuất…giúp cho C# có khả năng điều khiển đến từng tiến trình, từng tiểu trình đang thực thi Ưu điểm của phương pháp này không đòi hỏi sự chạy đua về công nghệ cũng như cấu hình mạnh của phần cứng, hơn nữa có thể thực hiện các mô phỏng phức tạp đòi hỏi sự chính xác cao Vì vậy đây là lựa chọn duy nhất cho những ai muốn mô phỏng chính xác các hiện tượng thiên nhiên đúng với bản chất của nó

CHƯƠNG 2 MỘT SỐ KỸ THUẬT 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 Tháp Luang 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 Tháp Luang 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 hiển thị mô hình Impostor

Kỹ thuật Impostor dựa trên ảnh khi hiển thị Giống như kỹ thuật billboard,

kỹ thuật này thay thế đối tượng phức tạp bởi ảnh đặt trên hình chữ nhật trong suốt

Hình 2.1 Rendering the Imposter

Chẳng hạn như việc sử dụng billboard là mô phỏng cây Với điều kiện là người xem đứng trên mặt đất, ảnh chụp cây tương đối tốt thay thế hình dáng thực tế cho tất cả các điểm nhìn Trong khi, người xem di chuyển xung quanh cảnh, bốn phía được quay để hình ảnh luôn giáp mặt phía trước Bởi vì những hình ảnh billboard được tạo ra theo cách suy diễn và tĩnh học, bởi vậy kỹ thuật này chỉ được

sử dụng cho những đối tượng mà trông tương tự dưới phép quay Trái ngược với cái đó, những hình ảnh của kỹ thuật Impostor được phát sinh bởi việc trả lại cho những đối tượng tự sinh cho điểm nhìn hiện tại Nếu những điểm liên tiếp nằm gần nhau, thì Impostor của những đối tượng di chuyển chậm định vị xa hơn từ người xem không làm thay đổi sự chú ý với mỗi khung cảnh Từ điều này dẫn đến kỹ thuật này có thể sử dụng lại hình ảnh đó cho vài khung hình sẽ tăng tốc xử lý trả lại cảnh Trong OSG, kỹ thuật Impostor được thực hiện như nút LOD riêng biệt Phụ thuộc vào một ngưỡng khoảng cách cách người dung định nghĩa, đối tượng cũng được trả lại theo truyền thống hoặc như hình ảnh thay thế Sự tính toán lại hình ảnh thay thế được thực hiện tự động trong OSG Quản lý vật liệu cũng được làm tự động, như vậy người dùng đó về cơ bản chỉ phải thêm nút giả mạo ở trên những đối tượng thích hợp trong đồ thị cảnh

Hình 2.2 Từ đối tượng 3D đến kỹ thuật ảnh giả mạo

Mô hình Tháp Luang 3D nhiều chi tiết nhỏ Trong cảnh Tháp Luang, những chi tiết này rất tĩnh và trải dài qua một vùng rộng lớn để chỉ một phần nhỏ những đối tượng thật sự ở gần người xem Nó có thể được giả thiết rằng trong ngữ cảnh này phần lớn đối tượng tòa nhà được định vị đủ xa từ người nhìn đến Đây là nguyên nhân cần cập nhật cảnh rất thuận lợi cho việc sử dụng kỹ thuật Impostor

Việc sử dụng kỹ thuật giả mạo chiếm dụng tài nguyên quý giá trên phần cứng đồ họa Để giới hạn dung lượng bộ nhớ, kỹ thuật này không thay thế từng đối tượng tòa nhà đơn lẻ, mà là vài tòa nhà được định vị cùng nhau Sử dụng cách tiếp cận đơn giản sắp xếp dữ liệu tòa nhà trong đồ thị cảnh

Impostor texture

3D Object

- Vùng dữ liệu được chia vào trong một lưới 2D, tòa nhà được định vị trong cùng những ô đó được nhóm lại cùng nhau

- Bổ sung phân cấp mức chi tiết bằng cách giảm bớt chất lượng ảnh thông qua bộ lọc đối với các vị trí ở xa và tăng chất lượng ảnh phủ đối với các vị trí ở gần nơi quan sát

Kỹ thuật Impostor được thực hiện bởi các bước chi tiết sau:

a) Tạo một Impostor

Khi ứng dụng bắt đầu tiến hành, cần tạo một đối tượng texture đối với mỗi đối tượng muốn giả mạo Khi nào thời gian nói đến để vẽ Impostor, xác định khung giới hạn không gian màn hình của đối tượng 3D Điều này có thể được thực hiện bằng cách chiếu giới hạn khối đối tượng về phía màn hình và lấy khung giới hạn của phép chiếu Giải pháp tốt nhất là để sử dụng một hình cầu giới hạn, như chỉ cần chiếu hai điểm, nhưng cũng có thể sử dụng hai hộp giới hạn

Hình 2.3 Hai hộp giới hạn Impostor

Hình 2.4 khung giới hạn cho Texture

Khi nào xác định được khung giới hạn, vẽ đối tượng 3D, sử dụng vị trị camera hiện tại Sau đó có thể sử dụng glCopyTexSubImage2D() để sao chép nội dung khung giới hạn cho texture của ảnh giả mạo

Độ phân giải của ảnh tẩm phủ nên phục thuộc vào kích thước của đối tượng 3D trên màn hình Nếu đối tượng chiếm giữ kích thước 3030 điểm ảnh, không nên sử dụng một texture 256256 để lưu trữ ảnh giả mạo Thay vào đó, có thể tự động điều chỉnh độ phân giải texture theo hướng tốt nhất phù hợp với đối tượng Chỉ cần chắc chắn rằng kích thước texture giữ nguyên lũy thừa cơ số 2, và để cho

rõ có thể phóng to hoặc thu nhỏ texture khi cần thiết Thay đổi kích thước texture

có thể được thực hiện bằng cách gọi glCopyTexImage2D() thay thế cho hàm glTexSubImage2D()

Tình huống thứ hai mà ảnh thay thế cần phải được cập nhật là khi góc giữa đối tượng và vector xem camera thay đổi nhiều hơn một vài độ Điều này là hiển nhiên: Nếu xem đối tượng từ một góc khác, kỹ thuật Impostor cần thay đổi để tương ứng với cổng nhìn mới Có một cái bẫy: Nếu camera đến rất gần ảnh giả mạo, người sử dụng có thể nói rằng đối tượng 3D là một hình chia cắt thực sự Có thể tránh điều này bằng cách phối cảnh đối tượng 3D thực tế thay thế cho ảnh giả mạo khi kích thước màn hình của đối tượng vượt quá một ngưỡng ngất định Điều này không chỉ ngăn ngừa người sử dụng từ việc tìm ra đang có gian lận, đến cũng giữ các kích thước ảnh tẩm phủ giả mạo trong giới hạn cho phép

2.2 Kỹ thuật hiển thị mô hình Occlusion – Culling

Việc mô hình hóa và mô phỏng các đối tượng trong tòa tháp Luang là rất khó, do độ phức tạp, chi tiết chân thực của tòa tháp Bên cạnh đó, chúng ta khó có thể chụp ảnh được hết các vị trí của tòa tháp, đồng thời cũng khó có thể vẽ được hết những mà ta không thể nhìn thấy được Để có thể hỗ trợ đắc lực và tạo ra những đối tượng, góc cạnh phù hợp và chân thực với tòa tháp, chúng ta có thể sử dụng kỹ

thuật hiển thị mô hình Occlusion Culling (OC) [trích dẫn tài liệu tham khảo]

Với kỹ thuật hiển thị mô hình OC có thể hiển thị các đặc trưng chi tiết có một độ phức tạp chiều sâu cao Độ phức tạp chiều sâu đề cập đến số lần một pixel trên màn hình trong khi dựng cảnh Hình 2.5 dưới thể hiện 3 góc nhìn của cùng một cảnh Khung giây làm nó rõ ràng mà có nhiều phóng đại Ảnh bên phải là sự phức tạp chiều sâu của ảnh: sáng hơn một pixel, nhiều lần nó được phóng đại

Hình 2.5 Dựng hình đặc, khung dây, và sự phức tạp độ sâu

Để giảm sự phức tạp chiều sâu, có thể thực hiện Occlusion Culling Khi đối tượng A hoàn toàn đằng sau đối tượng B, A được gọi là được bít kín bởi B, và không cần được vẽ Thực chất, việc sử dụng OC là quá trình chọn lọc (Culling), tức

là loại bỏ mọi thứ từ một khung cảnh mà không đóng góp đến hình vẽ cuối cùng,

bao gồm các thứ mà đằng sau nguời quan sát, màn ảnh riêng, hoặc trong những hệ thống tiên tiến hơn, ẩn đằng sau những đối tượng khác (đã bị che khuất) Khái quát hóa chọn lọc bằng việc loại bỏ những công việc không cần thiết bằng cách so sánh các ranh giới không gian của đối tượng với khung nhìn hình chóp cụt biểu diễn không gian 3 chiều xác định

Trong phần tiếp sau, sẽ trình bày shadow volumes như một cách có thể thực hiện được để thực hiện OC

a) Đánh bóng các khối Shadow volumes

Lấy một cái nhìn giả định này Các đường màu đen cho thấy miền quan sát:

Hình 2.6 Trước khi Occlusion Culling

Tư tưởng đằng sau kỹ thuật khối bóng là điều này:

Hình 2.7 Shadow volumes

Đối với mỗi lỗ hổng tiềm năng, tạo một bóng đổ Ảnh mà điểm nhìn là một nguồn sáng thực tế Khối bóng đối với một đối tượng sau đó là miền không gian mà nằm trong bóng tối của đối tượng đó Giải pháp, tất nhiên, là bất kỳ đối tượng mà nằm trong khối bóng của đối tượng khác là không nhìn thấy được, và có thể được chọn lọc từ đó Trong hình, các khối bóng chỉ được báo trong cùng màu như đối tượng mà các khối bóng thuộc quyền sở hữu Một cách hiển nhiên, đường

màu xanh là lỗ hổng quan trọng nhất (lỗ hổng là một đối tượng mà một phần hoặc hoàn toàn cản trở lượng ánh sáng đến mắt)

b) Tìm các occluder tốt

Mục tiêu của kỹ thuật shadow volume là để giảm sự phức tạp chiều sâu, nhưng nếu đã tạo ra một shadow volume đối với mỗi đối tượng trong cảnh, tổng phí lớn hơn sự tiết kiệm Cần chọn một số đối tượng được giới hạn từ cảnh mà sẽ làm các occluder tốt nhất

Giả định rằng cảnh bao gồm polygon soup – tức là không có sự phân cấp hoặc phân chia nhỏ bất cứ gì Điều này có nghĩa rằng sẽ cần tìm các đa giác lớn để

sử dụng như các occluder Sử dụng các đa giác có thuận lợi là nó làm mọi thứ đơn giản hơn nhiều: Tạo một shadow volume thì tương đối khó khăn đối với các đối tượng rắn, nhưng đối với các đa giác đó là một vấn đề nhỏ

Tất nhiên, không phải đa giác làm một occluder tốt Sẽ muốn khởi động bằng cách chọn một đa giác lớn nhất trong cảnh Nếu chỉ làm việc cùng với các hình tam giác, có thể hiệu quả hơn đối với nhóm một vài tam giác trong một đa giác lớn và sử dụng như một occluder Có thể vẫn sử dụng các tam giác cho rendering, bởi vậy sẽ không là một vấn đề Điều duy nhất cần ghi nhớ là occluder phải là lồi

Khi đã chọn một nhóm đầy đủ của các đa giác lớn, sẽ muốn kiểm tra nếu các

đa giác quả thực là các occluder tốt Có thể làm điều này bằng cách tạo một tập ngẫu nhiên các điểm nhìn cung quanh đa giác, và kiểm tra bao nhiêu các đa giác khác nó bít kín từ các điểm nhìn Tất nhiên, chỉ nên lựa chọn các điểm nhìn mà thực sự với tới được bởi người sử dụng của ứng dụng, bởi vậy kiểm tra nếu các điểm tạo thực sự bên ngoài cảnh Giữ các occluder mà phát sinh các kết quả tốt nhất và loại bỏ những occluder khác

c) Culling

Lựa chọn các occluder được làm như một tiền xử lý, tất nhiên, vì tất cả các thử nghiệm và lỗi có thể tạo cho nó một bit của một thao tác kéo dài Một khi đã chọn chúng , tuy nhiên, mọi thứ trở nên khá đơn giản Khi rendering một cảnh, xử

lý tất cả các occluder, Tạo các shadow volume đối với chúng và culling mọi thứ

biến mất là bên trong Để tối ưu hóa quá trình culling, nên cố gắng sắp xếp các occluder đến nỗi mà một occluder quan trọng nhất được xử lý đầu tiên Sẽ cần sắp xếp một vài số liệu để xác định rằng một occluder “quan trọng” như thế nào Số liệu này có thể dựa trên vùng không gian màn hình của occluder, và trên khoảng cách của nó đến camera Xa hơn nữa, các backfacing occluder nên bị bỏ qua, như nên là các occluder mà bên ngoài phạm vi của tầm nhìn

Tạo một shadow volume đối với một đa giác là một nhiệm vụ nhỏ Nó dễ dang để định nghĩa một mặt phẳng từ ba điểm, và đó là tất cả cần làm Đối với mỗi cạnh của đa giác, tạo một mặt phẳng sử dụng hai đỉnh của cạnh và vị trí camera Sauk hi làm điều đó, cũng nên thêm mặt phẳng lên đa giác mà nó nằm trên – mặt khác sẽ kết thúc culling các đối tượng mà đứng trước occluder Chắc chắn rằng tất

cả các pháp tuyến của mặt phẳng điểm trong cùng một hướng (Hoặc bên trong hoặc

bên ngoài của shadow volume)

Hình 2.8 Một ảnh hoa văn phức tạp

Khi đã tạo ra một khối bóng, cần phải cắt xén toàn bộ cảnh chống lại nó Loại bỏ bất cứ gì bên trong Điều này bao gồm cả các lỗ hổng khác, tất nhiên, như không có điểm trong các lỗ hổng vô hình đang xử lý Cắt xén thực tế thì rất đơn giản trong trường hợp này: Nếu một đa giác được tiêu hủy, tất cả các đỉnh phải nằm bên trong khối bóng Do đó, tất cả cần làm là kiểm tra các điểm chống lại các phương trình mặt phẳng của khối

Kiểm tra mỗi một đa giác trong cảnh chống lại tất cả các khối bóng có lẽ là

đỡ tốn kém hơn một bít, bởi vậy sẽ cần một vài cách để tăng tốc việc này lên Một cây octree (octree là một cây cấu trúc dữ liệu, trong đó mỗi nút nội bộ có đến tám