Bài giảng môn Đồ họa và hiện thực ảo - Bài 1: Kỹ thuật đồ họa và Hiện thực ảo (Computer graphics and virtual reality)

Khoa CNTT - ĐHBK Hà nội<br /> Email: hunglt@it-hut.edu.vn<br /> Tel: 0913030731<br /> <br /> A Brief History of Computer<br /> Graphics<br /> Lesson 1:<br /> Kỹ thuật đồ họa và Hiện thực ảo<br /> Computer Graphics And Virtual Reality<br /> <br /> z<br /> <br /> Kỹ Thuật đồ họa cơ sở<br /> <br /> z<br /> <br /> Kỹ Thuật đồ họa tiên tiến<br /> Hiện thực ảo - VRML<br /> <br /> z<br /> <br /> 1885 - CRT (Cathode Ray Tube)<br /> <br /> 1887 - Edison patents motion<br /> picture camera<br /> 1888 - Edison and Dickson<br /> record motion picture photos<br /> on a wax cylinder<br /> <br /> Le Tan Hung<br /> hunglt@it-hut.edu.vn<br /> <br /> 2<br /> <br /> 1<br /> <br /> A Brief History of Computer<br /> Graphics<br /> <br /> Computer Graphics:<br /> 1960-1970<br /> <br /> 1926 – J.L. Baird<br /> invents the<br /> television.<br /> <br /> z<br /> <br /> 1960 William Fetter (Thuật ngữ kỹ thuật<br /> đồ hoạ máy tính (Computer Graphics)<br /> <br /> z<br /> <br /> 1960 - SAGE (Semi-Automatic<br /> Ground Environment System) Bút<br /> sáng<br /> 1960-1963 Dự án Sketchpad tại MIT<br /> 1963 Ivan shutherland (hội nghị Fall<br /> Joint Computer - lần đầu tiên khả năng<br /> tạo mới, hiển thị và thay đổi được thực<br /> hiện trong thời gian thực trên màn<br /> CRT)<br /> Wireframe graphics<br /> Display Processors<br /> Storage tube<br /> <br /> z<br /> z<br /> <br /> 30 line vertical,<br /> black and red scan.<br /> z<br /> z<br /> z<br /> <br /> 3<br /> <br /> Ivan Sutherland’s PhD<br /> thesis at MIT<br /> –<br /> –<br /> <br /> Vấn đề tương tác người<br /> máy<br /> Loop<br /> z<br /> z<br /> z<br /> <br /> –<br /> <br /> Display something<br /> User moves light pen<br /> Computer generates new<br /> display<br /> <br /> Sutherland tạo ra rất nhiều<br /> thuật toán cho CG<br /> <br /> 4<br /> <br /> A Brief History of Computer<br /> Graphics<br /> <br /> A Brief History of Computer<br /> Graphics<br /> <br /> 1963<br /> z<br /> <br /> z<br /> <br /> z<br /> <br /> 1966 Ralph Baer creates<br /> the 1st comsumer CG<br /> product:<br /> <br /> z<br /> <br /> 1967<br /> <br /> IBM creates the 360 models<br /> –<br /> <br /> 5<br /> <br /> z<br /> <br /> One of the First General Purpose<br /> Mainframes<br /> <br /> –<br /> <br /> SRI develops the mouse.<br /> <br /> –<br /> <br /> Odyssey Pinball<br /> GE introduces first full colour<br /> real time flight simulator for<br /> NASA<br /> <br /> 6<br /> <br /> 1<br /> <br /> Khoa CNTT - ĐHBK Hà nội<br /> Email: hunglt@it-hut.edu.vn<br /> Tel: 0913030731<br /> <br /> A Brief History of Computer<br /> Graphics<br /> <br /> Lịch sử phát triển<br /> 1970-1980<br /> z<br /> <br /> CG:1970-1980<br /> <br /> z<br /> <br /> Raster Graphics<br /> Beginning of graphics<br /> standards<br /> <br /> z<br /> <br /> 1973<br /> <br /> z<br /> <br /> GKS: European effort<br /> <br /> z<br /> <br /> Core: North American effort<br /> <br /> –<br /> <br /> –<br /> <br /> Becomes ISO 2D standard<br /> 3D but fails to become ISO<br /> standard<br /> <br /> 7<br /> <br /> Michael Crichton’s “Westworld”<br /> uses 2D graphics<br /> <br /> z<br /> <br /> First time computer is used for image<br /> manipulation.<br /> Featured scenes that showed<br /> audiences the world viewed by the<br /> eye circuitry of a synthetic human<br /> (played by a very real Yul Brenner) in<br /> a future Western theme park. This<br /> effect was achieved with 2D computer<br /> graphics tools mostly derived from<br /> image processing techniques.<br /> <br /> z<br /> <br /> IFIPS<br /> <br /> –<br /> <br /> z<br /> <br /> 8<br /> <br /> A Brief History of Computer<br /> Graphics<br /> <br /> A Brief History of Computer<br /> Graphics<br /> z<br /> <br /> 1974<br /> z Intel develop the 8080 processor.<br /> <br /> z<br /> <br /> 1975<br /> z Mandelbrot plots fractals<br /> z Bill Gates starts Microsoft<br /> 1976<br /> z Steve Jobs and Steve Wozniak start Apple.<br /> <br /> z<br /> z<br /> <br /> 1977 Star Wars wins oscar for special<br /> effects.<br /> 1978 Superman wins oscar for special<br /> effects<br /> 1979 Alien wins oscar for visual effects.<br /> 1980 The Empire Strikes Back wins oscar<br /> for visual effects.<br /> <br /> 1977<br /> z Academy of Motion Pictures Art and Sciences<br /> introduces Visual Effects category for Oscars.<br /> <br /> 9<br /> <br /> 10<br /> <br /> A Brief History of Computer<br /> Graphics<br /> <br /> 80-90<br /> z<br /> <br /> CG: 1980-1990<br /> –<br /> <br /> z<br /> <br /> z<br /> <br /> –<br /> <br /> 11<br /> <br /> VLSI implementation of graphics pipeline<br /> <br /> Industry-based standards<br /> z<br /> <br /> –<br /> <br /> chip)<br /> <br /> Silicon Graphics geometry engine<br /> –<br /> <br /> –<br /> <br /> 1981 IBM introduces the first IBM PC (16 bit 8088<br /> <br /> Special purpose hardware<br /> <br /> PHIGS<br /> RenderMan<br /> <br /> • Raiders of the<br /> Lost Ark wins<br /> an oscar for<br /> visual effects.<br /> <br /> Networked graphics: X Window System<br /> Human-Computer Interface (HCI)<br /> <br /> 12<br /> <br /> 2<br /> <br /> Khoa CNTT - ĐHBK Hà nội<br /> Email: hunglt@it-hut.edu.vn<br /> Tel: 0913030731<br /> <br /> A Brief History of Computer<br /> Graphics<br /> <br /> A Brief History of Computer<br /> Graphics<br /> <br /> 1982<br /> <br /> 1983<br /> <br /> z<br /> <br /> The Genesis Effect (ILM)<br /> for Startrek II is the first all<br /> computer animated visual<br /> effects shot for film.<br /> <br /> 13<br /> <br /> z<br /> <br /> 1984 PIXAR Opens<br /> <br /> z<br /> <br /> CGraphics: 2000-03<br /> Photorealism<br /> Graphics cards for PCs<br /> dominate market<br /> <br /> 14<br /> <br /> A Brief History of Computer<br /> Graphics<br /> <br /> Lịch sử phát triển<br /> 90-00<br /> <br /> 1985<br /> z<br /> <br /> z<br /> <br /> The Last Starfighter is the first live<br /> action feature film with realistic<br /> computer animation of highly detailed<br /> models.<br /> <br /> z<br /> z<br /> z<br /> <br /> 1989<br /> z<br /> <br /> The Abyss is the first movie to include<br /> convincing 3D character animation.<br /> <br /> CGraphics: 1990-2000<br /> OpenGL API<br /> Tạo ra bộ phim hoạt hình hoàn<br /> chỉnh đầu tiên (Toy Story)<br /> Khả năng mới của phần<br /> cứng<br /> –<br /> –<br /> –<br /> <br /> 15<br /> <br /> Texture mapping<br /> Blending<br /> Accumulation, stencil buffer<br /> <br /> z<br /> z<br /> <br /> –<br /> <br /> z<br /> z<br /> <br /> Nvidia, ATI, 3DLabs<br /> <br /> Game boxes and game players<br /> push the market<br /> CGraphics trở thành công cụ<br /> cho công nghiệp sản xuất<br /> phim: Maya, Lightwave<br /> <br /> 16<br /> <br /> A Brief History of Computer<br /> Graphics<br /> <br /> A Brief History of Computer<br /> Graphics<br /> <br /> 1995<br /> <br /> 1996<br /> <br /> z<br /> <br /> Quake Released by<br /> Id Software<br /> <br /> z<br /> <br /> Toy Story becomes<br /> the first fully 3D<br /> computer animation<br /> feature film.<br /> <br /> z<br /> <br /> Independence Day wins<br /> oscar for visual effects.<br /> <br /> 1997<br /> z<br /> z<br /> <br /> 17<br /> <br /> z<br /> <br /> First Coke Polar Bears<br /> Commercial<br /> <br /> Titanic wins oscar for visual<br /> effects.<br /> PIXAR wins oscar for best<br /> short film: Geri’s Game.<br /> <br /> 18<br /> <br /> 3<br /> <br /> Khoa CNTT - ĐHBK Hà nội<br /> Email: hunglt@it-hut.edu.vn<br /> Tel: 0913030731<br /> <br /> A Brief History of Computer<br /> Graphics<br /> <br /> A Brief History of Computer<br /> Graphics<br /> <br /> 1998<br /> z<br /> z<br /> z<br /> <br /> 2000<br /> <br /> Armageddon<br /> Mouse Hunt<br /> Bugs Life<br /> <br /> 2002 Microsoft’s XBOX<br /> <br /> Sony Playstation II<br /> Walking with Dinosaurs<br /> Disney’s Shrek<br /> <br /> z<br /> z<br /> z<br /> <br /> 1999<br /> z<br /> z<br /> z<br /> <br /> The Matrix<br /> Star Wars: The Phantom<br /> Menace<br /> Disney’s Tarzan<br /> <br /> 19<br /> <br /> 20<br /> <br /> Kỹ thuật đồ hoạ điểm<br /> (Sample based-Graphics)<br /> <br /> Kỹ thuật đồ họa vi tính.<br /> z<br /> <br /> Definition (ISO)<br /> – Method and Technologies for converting data to and from a<br /> graphics devices via a computer<br /> <br /> z<br /> <br /> Computer Graphics (Kỹ thuật đồ hoạ máy tính) là một lĩnh<br /> vực của Công nghệ thông tin mà ở đó nghiên cứu, xây<br /> dựng và tập hợp các công cụ (mô hình lý thuyết và phần<br /> mềm) khác nhau để:<br /> z<br /> <br /> z<br /> <br /> z<br /> <br /> Các mô hình, hình ảnh của các đối tượng được hiển thị<br /> thông qua từng pixel (từng mẫu rời rạc)<br /> <br /> z<br /> <br /> Đặc điểm:<br /> –<br /> –<br /> <br /> kiến tạo, lưu trữ, xử lý Các mô hình (model) và hình ảnh<br /> (image) của đối tượng<br /> <br /> –<br /> <br /> Computer graphics deals with all aspects of creating<br /> images with a computer<br /> <br /> –<br /> –<br /> <br /> Interactive Computer Graphics: - user controls contents, structure, and<br /> appearance of objects and their displayed images via rapid visual feedback.<br /> <br /> 21<br /> <br /> Có thể thay đổi thuộc tính<br /> Xoá đi từng pixel của mô hình và hình ảnh các đối tượng.<br /> Các mô hình hình ảnh được hiển thị như một lưới điểm (grid) các<br /> pixel rời rạc,<br /> Từng pixel đều có vị trí xác định, được hiển thị với một giá trị rời rạc<br /> (số nguyên) các thông số hiển thị (màu sắc hoặc độ sáng)<br /> Tập hợp tất cả các pixel của grid cho chúng ta mô hình, hình ảnh đối<br /> tượng mà chúng ta muốn hiển thị<br /> <br /> 22<br /> <br /> Bitmap<br /> <br /> Kỹ thuật đồ hoạ vector<br /> <br /> Pascal / C<br /> program<br /> <br /> z<br /> <br /> SRGP<br /> library<br /> positions<br /> <br /> lines,areas,...<br /> <br /> graphics algorithms<br /> colour<br /> <br /> Graphical<br /> Model<br /> <br /> Rendering<br /> Parameters<br /> z<br /> z<br /> <br /> X Window<br /> System<br /> <br /> Graphics hardware<br /> z<br /> <br /> Rendering<br /> Image<br /> <br /> Mô hình hình học (geometrical<br /> model) cho mô hình hoặc hình ảnh<br /> của đối tượng<br /> Xác định các thuộc tính của mô<br /> hình hình học này,<br /> Quá trình tô trát (rendering) để hiển<br /> thị từng điểm của mô hình, hình<br /> ảnh thực của đối tượng<br /> Vector = geometrical model +<br /> rendering<br /> <br /> image formats, compression, transfer<br /> 23<br /> <br /> 24<br /> <br /> Output<br /> Device<br /> <br /> 4<br /> <br /> Khoa CNTT - ĐHBK Hà nội<br /> Email: hunglt@it-hut.edu.vn<br /> Tel: 0913030731<br /> <br /> Ví dụ về hình ảnh đồ hoạ Vector<br /> <br /> Wireframe Model<br /> <br /> Skeletal Model<br /> <br /> Muscle Model<br /> <br /> © Walt Disney and TSL<br /> <br /> 25<br /> <br /> Raster<br /> –<br /> <br /> z<br /> <br /> CAD/CAM System<br /> <br /> Hình ảnh và mô hình của các vật thể được biểu diễn bởi tập hợp các<br /> điểm của grid<br /> <br /> –<br /> <br /> Thay đổi thuộc tính của các pixel => thay đổi từng phần và từng vùng<br /> của hình ảnh.<br /> <br /> –<br /> <br /> Copy được các pixel từ một hình ảnh này sang hình ảnh khác.<br /> <br /> KiÕn t¹o ®å<br /> ho¹<br /> <br /> –<br /> <br /> Không thay đổi thuộc tính của từng điểm trực tiếp<br /> <br /> –<br /> <br /> Xử lý với từng thành phần hình học cơ sở của nó và thực hiện quá<br /> trình tô trát và hiển thị lại.<br /> <br /> Kü thuËt ®å<br /> ho¹<br /> <br /> nghÖ thuËt<br /> <br /> Xö lý ¶nh<br /> Xö lý ®å<br /> ho¹<br /> <br /> Quan sát hình ảnh và mô hình của hình ảnh và sự vật ở nhiều góc<br /> độ khác nhau bằng cách thay đổi điểm nhìn và góc nhìn.<br /> <br /> 27<br /> <br /> §å ho¹ minh ho¹<br /> <br /> §å ho¹ ho¹t h×nh vµ<br /> <br /> Vector<br /> <br /> –<br /> <br /> Kü thuËt nhËn d¹ng<br /> <br /> Kü thuËt ph©n tÝch vµ<br /> t¹o ¶nh<br /> 28<br /> <br /> Phân loại theo chức năng<br /> <br /> Phân loại theo hệ toạ độ<br /> Kü thuËt ®å ho¹ 2 chiÒu<br /> Kü thuËt ®å ho¹<br /> <br /> z<br /> <br /> Kỹ thuật xử lý ảnh (COMPUTER IMAGING)<br /> <br /> z<br /> <br /> Kỹ thuật nhận dạng (Computer Vision techniques<br /> <br /> Kü thuËt ®å ho¹ ba chiÒu<br /> ƒ<br /> <br /> ƒ<br /> <br /> 29<br /> <br /> Render and Touch up<br /> <br /> Phân loại các lĩnh vực của<br /> Computer Graphics<br /> <br /> Raster and Vector Graphics<br /> z<br /> <br /> Hair<br /> <br /> Skin<br /> <br /> 26<br /> <br /> attempt to provide meaning to computer) images.<br /> <br /> Kỹ thuật đồ hoạ hai chiều: là kỹ thuật đồ hoạ máy tính sử dụng hệ<br /> toạ độ hai chiều (hệ toạ độ phẳng), sử dụng rất nhiều trong kỹ<br /> thuật xử lý bản đồ, đồ thị.<br /> Kỹ thuật đồ hoạ ba chiều: là kỹ thuật đồ hoạ máy tính sử dụng hệ<br /> toạ độ ba chiều, đòi hỏi rất nhiều tính toán và phức tạp hơn nhiều<br /> so với kỹ thuật đồ hoạ hai chiều.<br /> <br /> z<br /> <br /> Kỹ thuật tổng hợp ảnh (Computer Graphics)<br /> <br /> z<br /> <br /> Geometry modelling<br /> <br /> 30<br /> <br /> 5<br /> <br />