Bài giảng Công nghệ đồ họa và hiện thực ảo - Bài 1: Kỹ thuật đồ họa và hiện thực ảo - Trịnh Thành Trung

©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
Trịnh Thành Trung 
trungtt@soict.hust.edu.vn 
Bài 1 
KỸ THUẬT ĐỒ HỌA VÀ HIỆN 
THỰC ẢO 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
- 
NỘI DUNG 
1. Sơ lược lịch sử 
2. Phân loại 
3. Các khái niệm cơ bản 
2 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
- 
SƠ LƯỢC LỊCH SỬ 
1 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
•1960 William Fetter (Thuật ngữ kỹ 
thuật đồ hoạ máy tính (Computer 
Graphics) 
•1960 - SAGE (Semi-Automatic 
Ground Environment System) Bút 
sáng 
•1960-1963 Dự án Sketchpad tại 
MIT 
•1963 Ivan shutherland (hội nghị 
Fall Joint Computer - lần đầu tiên 
khả năng tạo mới, hiển thị và thay 
đổi được thực hiện trong thời gian 
thực trên màn CRT) 
•Wireframe graphics 
•Display Processors 
4 
Sơ lược lịch sử 
•Luận văn tiến sỹ của Ivan 
Sutherland tại MIT 
– Vấn đề tương tác người 
máy 
– Loop 
• Hiển thị 
• Người dùng sử dụng 
bút ánh sáng 
• Máy tính hiển thị hình 
ảnh mới 
– Sutherland tạo ra rất nhiều 
thuật toán cho CG 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
Sơ lược lịch sử 
5 
•1966 Ralph Baer tạo các 
sản phẩm thương mại 
hướng người sử dụng đầu 
tiên 
– Odyssey Pinball 
•1967 GE đưa ra hệ thống 
mô phỏng bay trên màn 
hình hiển thị màu đầu tiên 
cho NASA 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
6 
•Raster Graphics 
•Bắt đầu cung cấp các tiêu chuẩn đồ 
họa 
– IFIPS 
• GKS: European 
– 2D, trở thành tiêu chuẩn ISO 
• Core: North American 
– 3D, tuy nhiên không được trở thành 
tiêu chuẩn ISO 
•Michael Crichton’s “West World” với đồ họa 2D 
(1973) 
Lần đầu tiên máy tính được sử dụng để mô phỏng hình ảnh 
Sơ lược lịch sử 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
7 
1974 
• Intel phát triển bộ xử lý 8080. 
1975 
• Bill Gates sáng lập Microsoft 
1976 
• Steve Jobs và Steve Wozniak sáng lập 
Apple. 
1977 
• Viện Hàn Lâm Điện Ảnh và Khoa Học 
đưa ra hạng mục Hiệu ứng Hình ảnh 
cho Oscar 
Sơ lược lịch sử 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
8 
• 1977 Star Wars dành giải Oscar về Hiệu ứng hình ảnh 
• 1978 Superman 
• 1979 Alien 
• 1980 The Empire Strikes Back 
Sơ lược lịch sử 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
9 
• CG: 1980-1990 
– Các thiết bị phần cứng dành riêng cho đồ họa 
• Silicon Graphics geometry engine 
–VLSI xây dựng graphics pipeline 
– Các tiêu chuẩn công nghiệp 
• PHIGS 
• RenderMan 
– Networked graphics: X Window System 
– Tương tác Người - Máy (HCI) 
Sơ lược lịch sử 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
10 
•1983 
•Quảng cáo 3D đầu tiên của Coca Cola 
Sơ lược lịch sử 
•1984 
•PIXAR ra đời 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
11 
• 1985 
The Last Starfighter là phim live action đầu tiên với các 
mô hình độ chi tiết cao 
• 1989 
–The Abyss là bộ phim đầu tiên sử dụng các hoạt cảnh 
3D như thật 
Sơ lược lịch sử 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
12 
• CGraphics: 1990-2000 
• OpenGL API 
• Tạo ra bộ phim hoạt hình hoàn chỉnh đầu tiên (Toy 
Story) 
• Khả năng mới của phần cứng 
– Texture mapping 
– Blending 
– Accumulation, stencil buffer 
• CGraphics: 2000-03 
• Photorealism 
• Card đồ họa cho máy tính chiếm lĩnh thị trường 
– Nvidia, ATI, 3DLabs 
• CGraphics trở thành công cụ cho công nghiệp sản xuất 
phim: Maya, Lightwave 
Lịch sử phát triển 90-00 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
13 
1995 
• Quake được xây dựng bởi Id Software 
• ToyStory trở thành bộ phim hoạt hình đầu tiên sử dùng toàn bộ 
công nghệ 3D 
Sơ lược lịch sử 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
14 
2000 
•Sony Playstation II 
•Walking with Dinosaurs 
•Disney’s Shrek 
Sơ lược lịch sử 
2002 Microsoft’s XBOX 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
- 
PHÂN LOẠI 
2 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
16 
Phân loại các lĩnh vực của computer 
graphics 
Kỹ thuật phân tích và 
tạo ảnh 
Đồ hoạ hoạt hình và 
nghệ thuật 
Kỹ thuật nhận dạng 
Xử lý ảnh 
Đồ hoạ minh hoạ 
CAD/CAM System 
Kỹ thuật đồ 
hoạ 
Kiến tạo 
đồ hoạ 
Xử lý đồ 
hoạ 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
17 
• Kỹ thuật xử lý ảnh (COMPUTER IMAGING) 
• Kỹ thuật nhận dạng (Computer Vision 
techniques attempt to provide meaning to 
computer) images. 
• Kỹ thuật tổng hợp ảnh (Computer Graphics) 
• Geometry modelling 
Phân loại theo chức năng 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
18 
• Xây dựng giao diện người dùng (User Interface) 
• Tạo các biểu đồ trong thương mại, khoa học, kỹ 
thuật, minh họa 
• Tự động hoá văn phòng và chế bản điện tử 
• Thiết kế với sự trợ giúp của máy tính (CAD_CAM) 
• Lĩnh vực giải trí, nghệ thuật và mô phỏng 
• Lĩnh vực bản đồ (Cartography) GIS 
Các ứng dụng tiêu biểu 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
19 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
20 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
21 
Phim hoạt hình 
Square: Final Fantasy 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
22 
Computer Aided Design (CAD) 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
23 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
24 
Trò chơi 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
- 
CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 
3 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
26 
• Định nghĩa (ISO) 
Là các phương pháp và công nghệ để chuyển đổi dữ liệu 
đến hoặc từ các thiết bị đồ họa sử dụng máy tính 
• Computer Graphics (Kỹ thuật đồ hoạ máy tính) là một lĩnh vực 
của Công nghệ thông tin mà ở đó nghiên cứu, xây dựng và tập 
hợp các công cụ (mô hình lý thuyết và phần mềm) khác nhau để: 
Kiến tạo, lưu trữ, xử lý các mô hình (model) và hình ảnh (image) 
của đối tượng 
• Interactive Computer Graphics: Người sử dụng điều khiển các 
nội dung, cấu trúc và hình ảnh của các đối tượng thông qua các 
phản hồi hình ảnh tức thì 
Kỹ thuật đồ họa vi tính. 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
27 
• Các mô hình, hình ảnh của các đối tượng được hiển thị thông 
qua từng pixel (từng mẫu rời rạc) 
• Đặc điểm: 
– Có thể thay đổi thuộc tính 
– Xoá đi từng pixel của mô hình và hình ảnh các đối tượng. 
– Các mô hình hình ảnh được hiển thị như một lưới điểm (grid) 
các pixel rời rạc, 
– Từng pixel đều có vị trí xác định, được hiển thị với một giá trị rời 
rạc (số nguyên) các thông số hiển thị (màu sắc hoặc độ sáng) 
– Tập hợp tất cả các pixel của grid cho chúng ta mô hình, hình 
ảnh đối tượng mà chúng ta muốn hiển thị 
Kỹ thuật đồ hoạ điểm 
(sample based-graphics) 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
28 
Bitmap 
lines,areas,... 
SRGP 
library 
Pascal / C 
program 
X Window 
System Graphics hardware 
Image 
image formats, compression, transfer 
graphics algorithms 
colour positions 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
29 
• Mô hình hình học 
(geometrical model) 
cho mô hình hoặc hình 
ảnh của đối tượng 
• Xác định các thuộc tính 
của mô hình hình học 
này, 
• Quá trình tô trát 
(rendering) để hiển thị 
từng điểm của mô hình, 
hình ảnh thực của đối 
tượng 
• Vector = geometrical 
model + rendering 
Kỹ thuật đồ hoạ vector 
Graphical 
Model 
Rendering 
Output 
Device 
Rendering 
Parameters 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
- 
VÍ DỤ VỀ HÌNH ẢNH ĐỒ HOẠ 
VECTOR 
30 
©
 C
o
p
yrigh
t Sh
o
w
eet.co
m
31 
• Raster 
– Hình ảnh và mô hình của các vật thể được biểu diễn bởi 
tập hợp các điểm của grid 
– Thay đổi thuộc tính của các pixel => thay đổi từng phần và 
từng vùng của hình ảnh. 
– Copy được các pixel từ một hình ảnh này sang hình ảnh 
khác. 
• Vector 
– Không thay đổi thuộc tính của từng điểm trực tiếp 
– Xử lý với từng thành phần hình học cơ sở của nó và thực 
hiện quá trình tô trát và hiển thị lại. 
– Quan sát hình ảnh và mô hình của hình ảnh và sự vật ở 
nhiều góc độ khác nhau bằng cách thay đổi điểm nhìn và 
góc nhìn. 
Raster and vector graphics