LUẬN VĂN:XÂY DỰNG GAME ENGINE ĐA NỀN TẢNG HIỆU ỨNG ÁNH SÁNG VÀ VẬT LIỆU

Chia sẻ: Lan Lan | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:51

Thêm vào BST

Báo xấu

113
lượt xem 30
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sự phát triển của công nghệ mô phỏng và giải trí, ngày càng có nhiều ứng dụng đồ họa và trò chơi 3D được xây dựng nhằm phục vụ mục đích nghiên cứu, mô phỏng và giải trí… Cùng với đó, công nghệ phần cứng cũng phát triển rất nhanh, đặc biệt là các phần cứng xử lý đồ họa có thể lập trình được và các ngôn ngữ lập trình trên các phần cứng này.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: LUẬN VĂN:XÂY DỰNG GAME ENGINE ĐA NỀN TẢNG HIỆU ỨNG ÁNH SÁNG VÀ VẬT LIỆU

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Bùi Hoàng Khánh XÂY DỰNG GAME ENGINE ĐA NỀN TẢNG - HIỆU ỨNG ÁNH SÁNG VÀ VẬT LIỆU KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin HÀ NỘI – 2009
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Bùi Hoàng Khánh XÂY DỰNG GAME ENGINE ĐA NỀN TẢNG - HIỆU ỨNG ÁNH SÁNG VÀ VẬT LIỆU KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Cán bộ hướng dẫn: ThS. Vũ Quang Dũng HÀ NỘI – 2009
LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành tới các thầy cô giáo Trường Đại học Công Nghệ, Đại học Quốc Gia nói chung và các thầy cô bộ môn công nghệ Phần mềm nói riêng. Trong suốt thời gian tôi học tại trường, các thầy cô đã luôn tận tình dạy dỗ, chỉ bảo để tôi có được kết quả như ngày hôm nay. Đặc biệt, tôi xin chân thành cảm ơn giảng viên, thạc sĩ Vũ Quang Dũng. Cảm ơn thầy vì những định hướng, nhận xét quý báu và động viên kịp thời của thầy đ ã giúp tôi hoàn thành khóa luận này. Tôi cũng xin cảm ơn phòng thí nghiệm Toshiba – Coltech đã tạo điều kiện cho tôi có môi trường làm việc trong quá trình thực hiện khóa luận này. Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới gia đình và bạn bè, những người đã luôn động viên, giúp đỡ tôi cả về vật chất lẫn tinh thần trong suốt những năm tháng qua. Hà Nội, ngày 19 tháng 05 năm 2009 Sinh viên Bùi Hoàng Khánh i
TÓM TẮT Sự phát triển của công nghệ mô phỏng và giải trí, ngày càng có nhiều ứng dụng đồ họa và trò chơi 3D được xây dựng nhằm phục vụ mục đích nghiên cứu, mô phỏng và giải trí… Cùng với đó, công nghệ phần cứng cũng phát triển rất nhanh, đặc biệt là các phần cứng xử lý đồ họa có thể lập trình được và các ngôn ngữ lập trình trên các phần cứng này. Tuy nhiên, để xây dựng một ứng dụng đồ họa và trò chơi 3D đảm bảo các yêu cầu: hỗ trợ một dải phần cứng và phần mềm (cụ thể là hệ điều hành) lớn, có khả năng lựa chọn API đồ họa mức thấp (OpenGL, OpenGL ES hay DirectX), dễ d àng quản lý và phát triển các tài nguyên; các ứng dụng này được xây dựng từ một game engine, chứ không phát triển từ nguyên thủy. Xuất phát từ thực tế đó, khóa luận tập trung nghiên cứu xây dựng một hệ thống Game Engine hỗ trợ xây dựng ứng dụng đồ họa và trò chơi 3D trên nhiều nền tảng khác nhau. Hệ thống Game Engine được xây dựng sẽ cung cấp giao diện lập trình ở mức cao. Khi phát triển các ứng dụng đồ họa 3D, người lập trình không cần phải quan tâm đến quá trình quản lý tài nguyên, cũng như xử lý đồ họa ở mức thấp bên dưới. Thay vào đó, họ chỉ cần tập trung vào quản lý ở mức lôgíc các thành phần của ứng dụng, hoặc thêm mới các thành phần dựa trên thành phần cơ sở do hệ thống cung cấp. Nội dung của khóa luận này tập trung nghiên cứu các vấn đề sau: - Môi trường phát triển hệ thống Game Engine ứng dụng đồ họa và trò chơi 3D, gồm nền tảng phần cứng, phần mềm, và các công nghệ đồ họa ở mức thấp (như OpenGL, OpenGL ES, DirectX). - Thiết kế và xây dựng một hệ thống đồ họa có cấu trúc và tương tác với người dùng. - Nghiên cứu và triển khai các kỹ thuật tạo hiệu ứng về ánh sáng trong khung cảnh 3D. ii
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ............................................................................................... i TÓM TẮT .................................................................................................... ii MỤC LỤC ................................................................................................... iii BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT....................................................................... v DANH MỤC HÌNH VẼ ............................................................................. vi DANH MỤC BẢNG BIỂU ...................................................................... viii MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1 Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GEM.......................................................... 3 1.1. Khái niệm Game Engine ...........................................................................3 1.2. Mô hình của GEM .....................................................................................3 1.2.1. Các đặc điểm của GEM ........................................................................3 1.2.2. Kiến trúc tổng thể .................................................................................4 1.2.2.1. Thành phần Cấu trúc dữ liệu cơ bản ..............................................5 1.2.2.2. Thành phần Giao tiếp với Hệ điều hành ........................................6 1.2.2.3. Thành phần Render Engine ...........................................................7 1.2.2.4. Các thành phần còn lại ...................................................................8 Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT............................................................... 9 2.1. Ánh sáng trong đồ họa máy tính ..............................................................9 2.1.1. Các thành phần của ánh sáng ................................................................9 2.1.2. Các mô hình tạo bóng .........................................................................11 2.2. Đổ bóng .....................................................................................................12 2.2.1. Bóng của đối tượng trong khung cảnh ................................................12 2.2.2. Phương pháp đổ bóng .........................................................................12 2.3. Đối tượng có bề mặt phức tạp ................................................................13 2.3.1. Đối tượng với mạng lưới nhiều đa giác ..............................................13 2.3.2. Kỹ thuật sử dụng bản đồ vector pháp tuyến .......................................13 2.3.3. Không gian Texture ............................................................................14 iii
Chương 3: MÔ HÌNH ĐỀ XUẤT ............................................................ 16 3.1. Các yêu cầu chung của mô đun ..............................................................16 3.2. Các thành phần trong mô đun ................................................................17 Chương 4: THIẾT KẾ CHI TIẾT ........................................................... 19 4.1. Chiếu sáng ................................................................................................19 4.1.1. Vật liệu ................................................................................................19 4.1.2. Chiếu sáng bằng mô hình OpenGL cung cấp .....................................20 4.1.3. Chiếu sáng bằng mô hình tự định nghĩa .............................................22 4.1.3.1. Lớp DLightSceneNode ................................................................22 4.1.3.2. Sử dụng DLightSceneNode .........................................................25 4.2. Hiệu ứng đổ bóng .....................................................................................27 4.3. Hiệu ứng Bump ........................................................................................30 Chương 5: THỰC NGHIỆM ................................................................... 34 5.1. Thực nghiệm chương trình .....................................................................34 5.1.1. Phương pháp đánh giá ........................................................................34 5.1.2. Kết quả đánh giá .................................................................................34 5.2. Demo chương trình ..................................................................................35 KẾT LUẬN ................................................................................................ 37 Kết luận ............................................................................................................37 Hướng phát triển ............................................................................................37 PHỤ LỤC ................................................................................................... 38 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... a iv
BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT Ký hiệu Từ tiếng Anh Giải thích CPU Central processing unit Đơn vị xử lý trung tâm GPU Graphics processing unit Đơn vị xử lý đồ họa Massively multiplayer online Trò chơi nhập vai trực tuyến MMORPG role-playing game nhiều người chơi SL Shading language Ngôn ngữ tạo bóng SV Shadow volume Vùng giới hạn bóng v
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1: Kiến trúc phân tầng của GEM ...................................................................3 Hình 2: Kiến trúc tổng thể của GEM ......................................................................4 Hình 3: Biểu đồ lớp của thành phần Các kiểu dữ liệu cơ bản ................................5 Hình 4: Quá trình điều phối sự kiện .......................................................................6 Hình 5: Kiến trúc phân tầng của Render Engine ....................................................7 Hình 6: Tác động của Ánh sáng trong đồ họa 3D ..................................................9 Hình 7: Vẽ vật thể với áng sáng Ambient ............................................................10 Hình 8: Vẽ vật thể với thành phần Diffuse ...........................................................10 Hình 9: Vẽ vật thể với thành phần Specular .........................................................11 Hình 10: Kết quả của một số mô hình tạo bóng ...................................................11 Hình 11: Kết quả của cùng một mô hình ánh sáng trên Vertex và Pixel..............12 Hình 12: Mô hình của SV .....................................................................................13 Hình 13: So sánh giữa sử dụng bản đồ pháp tuyến v à thiết kế mô hình ..............14 Hình 14: Mô hình liên kết với các thành phần khác bên ngoài ............................16 Hình 15: Các thành phần của mô đun Hiệu ứng ánh sáng và vật liệu ..................17 Hình 16: Quá trình Chiếu sáng .............................................................................19 Hình 17: Lớp Material ..........................................................................................20 Hình 18: Lớp LightSceneNode .............................................................................20 Hình 19: Sơ đồ “bật” nguồn sáng .........................................................................21 Hình 20: Lớp DLightSceneNode ..........................................................................22 Hình 21: Sơ đô trạng thái “bật” nguồn sáng động ................................................23 Hình 22: Lớp DLightEffect ..................................................................................24 Hình 23: Ví dụ về một lớp sử dụng DLightSceneNode .......................................25 Hình 24: Quá trình chiếu sáng bằng hệ thống ánh sáng động ..............................26 vi
Hình 25: Lớp Shadow ...........................................................................................27 Hình 26: Sơ đồ trạng thái vẽ bóng ........................................................................27 Hình 27: Lớp ShadowEffect .................................................................................28 Hình 28: Cấu trúc dữ liệu tính toán Vùng đổ bóng ..............................................29 Hình 29: Sơ đồ hoạt động của renderShadow() ....................................................30 Hình 30: Lớp BumpSceneNode ............................................................................30 Hình 31: Tính ma trận chuyển từ không gian World sang không gian Texture ...31 Hình 32: Sơ đồ lớp BumpEffect ...........................................................................32 Hình 33: Sơ đồ hoạt động của phương thức render() của BumpSceneNode .......33 Hình 34: Hình hộp sử dụng hiệu ứng bump .........................................................36 Hình 35: Trò chơi cờ vua ......................................................................................36 Hình 36: Khung cảnh bên trong một ngôi nhà .....................................................36 vii
DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1: Dòng card đồ họa được GEM hỗ trợ .........................................................4 Bảng 2: Bảng đánh giá Thực nghiệm 1 ................................................................34 Bảng 3: Bảng đánh giá Thực nghiệm 2 ................................................................35 Bảng 4: Bảng đánh giá Thực nghiệm 3 ................................................................35 viii
MỞ ĐẦU Với xu hướng phát triển mạnh mẽ của công nghệ phần cứng (cụ thể là các phần cứng xử lý đồ họa lập trình được và các ngôn ngữ lập trình trên phần cứng này) và công nghệ mô phỏng và giải trí, các ứng dụng đồ họa v à trò chơi 3D được xây dựng v à phát triển ngày càng nhiều. Cách đây 20 năm, các ứng dụng này rất đơn giản và chỉ cần một người hoặc một nhóm nhỏ người phát triển. Nhưng ngày nay, với tính năng xử lý đồ họa và tương tác ấn tượng thường được phát triển bởi một đội ngũ đông đảo gồm nhà thiết kế, lập trình viên… trong khoảng thời gian liên tục từ một đến ba năm. Để đảm bảo các yêu cầu: hỗ trợ một dải phần cứng và phần mềm (hệ điều hành) lớn, có khả năng lựa chọn API đồ họa mức thấp (OpenGL, OpenGL ES hay DirectX), dễ dàng quản lý và phát triển các tài nguyên, và có khả năng tái sử dụng mã nguồn cao; các ứng dụng này thường được phát triển lên từ một game engine thay vì phát triển từ nguyên thủy. Ở Việt Nam hiện nay, các trò chơi trực tuyến mới chỉ thực sự thâm nhập vào thị trường cách đây 06 năm; chỉ trong khoảng thời gian ít ỏi đó, chúng ta đã hình thành hàng chục các nhà phát hành, và số trò chơi trực tuyến được phát hành cũng tương ứng với số lượng đó. Nhưng một thực trạng đáng buồn là gần như hầu hết các trò chơi trực tuyến đang được phát hành nhập khẩu từ nước ngoài, chủ yếu là Trung Quốc và Hàn Quốc (trừ một số trò chơi nhỏ chơi trên nền web như đánh bài, đánh cờ…). Một câu hỏi mà có lẽ tất cả người chơi đều trăn trở là “bao giờ mới được chơi game Việt Nam?”. Từ thực tế đó, chúng tôi chọn đề tài này không có tham vọng quá lớn, mà chỉ muốn đi những b ước chập chững đầu ti ên vào thế giới phát triển game rộng lớn, để thu lượm kiến thức về lĩnh vực khó khăn nh ưng đầy thú vị này; và hi vọng ở một tương lai không xa, chúng tôi có th ể góp một phần sức lực giải đáp trăn trở của cộng đồng ng ười chơi game Việt Nam. Khóa luận nghiên này cứu xây dựng một hệ thống Game Engine đa nền tảng (được đặt tên là GEM) (trước mắt sẽ hỗ trợ Window PC và Linux PC) và nhắm đến thị trường trò chơi nhập vai trực tuyến. Đây là mục tiêu dài hạn, còn hiện tại, do hạn chế về thời gian (khoảng 5 tháng) nên chúng tôi chỉ tập trung hoàn thiện thành phần Render Engine trong Game Engine. Để giải quyết vấn đề này, khóa luận tập trung nghiên cứu và phân tích môi trường phát triển đồ họa 3D (gồm cả phần cứng và phần 1
mềm), các công nghệ đã được triển khai trong một số game engine khác hiện có trên thị trường. Từ đó khóa luận đ ưa ra phương pháp và xây dựng hệ thống tổ chức và quản lý bộ nhớ, cũng như các đối tượng trong khung cảnh 3D. Ngoài ra, khóa luận cũng nghiên cứu và triển khai các hiệu ứng (ánh sáng, nước, lửa…), các mô phỏng vật lý (hệ thống hạt, trường lực…), các tối ưu về bộ nhớ, tốc độ xử lý và thiết kế mô hình đối tượng trong khung cảnh 3D . Bố cục của khóa luận bao gồm phần mở đầu, phần kết luận v à 5 chương nội dung được tổ chức như sau: Chương 1: Trình bày các khái niệm về Game Engine, cách tiếp cận và phương pháp sử dụng để triển khai hệ thống Game Engine đa nền tảng. Ch ương này cũng trình bày mô hình chung của một Game Engine và một số thành phần cơ bản khác của hệ thống. Chương 2: Trình bày các cơ sở lý thuyết để xây dựng nên mô đun Hiệu ứng ánh sáng và vật liệu. Trong đó chương này trọng tâm vào trình bày một cách tổng quan nhất về các lý thuyết được áp dụng để thiết kế và cài đặt mô đun này. Chương 3: Trình bày mô hình tổng quan của mô đun Hiệu ứng ánh sáng và vật liệu. Đó là đưa ra quan hệ giữa mô đun này với các mô đun khác trong hệ thống, cũng như quan hệ giữa các thành phần trong cùng mô đun. Chương 4: Trình bày chi tiết việc cài đặt các thành phần cơ bản của mô đun Hiệu ứng ánh sáng và vật liệu. Đó là cấu trúc lớp để quản lý các thành phần của hệ thống, và các luồng điều khiển thực thi. Chương 5: Trình bày các đánh giá thực nghiệm và các demo tính năng mà mô đun Hiệu ứng ánh sáng và vật liệu thực hiện được. 2
Chương 1: TỔNG QUAN VỀ GEM 1.1. Khái niệm Game Engine Game Engine là một công cụ hỗ trợ, một lớp trung gian ở giữa các ứng dụng game và nền tảng bên dưới, các thư viện lập trình cấp thấp. Game Engine giúp phát triển ứng dụng game một cách nhanh chóng và đơn giản, đồng thời cung cấp khả năng tái sử dụng mã nguồn cao do có thể phát triển nhiều ứng dụng từ một game engine. Hình 1: Kiến trúc phân tầng của GEM GEM là một game engine nên dĩ nhiên nó cũng tuân theo mô hình này (Hình 1). 1.2. Mô hình của GEM 1.2.1. Các đặc điểm của GEM Như đã giới thiệu, GEM hỗ trợ đa nền (Window PC và Linux PC) và nhắm đến thị trường phát triển game nhập vai trực tuyến , nên GEM có các đặc điểm sau: Đầu tiên là khả năng chạy đa nền. Để đạt được điều này, GEM sử dụng các bản build khác nhau trên các nền tảng khác nhau ( chứ không phải sử dụng thông dịch ). Các đoạn code phụ thuộc nền tảng sẽ được phân chia bằng việc sử dụng các cờ tiền biên dịch, hạn chế tối đa việc sử dụng các lớp ảo – vì việc nằm sẽ làm giảm đáng kể hiệu suất chương trình [4][5]. Cũng vì lí do này chúng tôi lựa chọn OpenGL làm giao diện lập trình đồ họa 3D cấp thấp cho GEM, do chuẩn OpenGL là chuẩn mở và không bị phụ thuộc vào hệ điều hành; và sử dụng Cg Shading Language làm ngôn ngữ tạo bóng. Thứ hai, GEM được thiết kế hướng đối tượng và yêu cầu về hiệu năng chạy cao nên chúng tôi sử dụng ngôn ngữ C++ - ngôn ngữ đáp ứng hoàn hảo các điều kiện trên. 3
Cuối cùng, do GEM nhắm đến thị trường phát triển game nhập vai trực tuyến, nên sẽ được thiết kế để tương thích với một phạm vi rộng cấu hình phần cứng, dự kiến sẽ hỗ trợ các card đồ họa hỗ trợ OpenGL 1.4 và Shader 1.0 trở lên (Bảng 1). Bảng 1: Dòng card đồ họa được GEM hỗ trợ Hãng sãn xuất Dòng card hỗ trợ nVIDIA Từ GeForce4 Ti trở lên ATI Từ Radeon 9500 trở lên Intel (card tích hợp) Từ Intel® GMA 3100 (chipset G31,Q33) trở lên 1.2.2. Kiến trúc tổng thể GEM là được chia thành nhiều thành phần để tiện cho việc phát triển và bảo trì. Cụ thể GEM gồm các thành phần như sau: Hình 2: Kiến trúc tổng thể của GEM 4
Do giới hạn về thời gian, nên phạm vi của luận văn này chúng tôi tập trung hoàn thành các thành phần sau: Giao tiếp với Hệ điều hành, Các kiểu dữ liệu cơ bản, Render Engine. Những thành phần này đủ để hỗ trợ người sử dụng tạo ra các khung cảnh 3D và tương tác với chúng. 1.2.2.1. Thành phần Cấu trúc dữ liệu cơ bản Các kiểu dữ liệu cơ bản là thành phần bao gồm các cấu trúc dữ liệu cơ bản như mảng động, vector, ma trận…, và các phép toán trên các kiểu dữ liệu đó; cung cấp cho thành phần khác sử dụng. Hình 3: Biểu đồ lớp của thành phần Các kiểu dữ liệu cơ bản Các kiểu dữ liệu này có thể chia thành 02 nhóm chính: - Các yếu tố trong không gian 3D: o Vector2, Vector, Vector4: các loại vector biểu diễn tọa độ 2 chiều, 3 chiều và đồng nhất. o Aabb: hình hộp chữ nhật có các cạnh dọc theo các trục xyz, đ ược mô tả bằng 2 điểm (xmin, ymin, zmin ), (xmax, ymax, zmax). 5
o Sphere: hình cầu được mô tả bởi tọa độ tâ m và bán kính. o LineSequent, Line, Ray: mô tả đoạn thẳng, đường thẳng, và tia. o Matrix: ma trận sử dụng để biểu diễn các phép biến đổi: dịch, xoay, co giãn trong không gian 3 chiều. o Plane: mặt phẳng được mô tả bởi phương trình ax + by + cz + d = 0. o Frustum: là hình chóp cụt biểu diễn khung nhìn của camera, được mô tả bằng 6 mặt phẳng tạo nên nó. - Các kiểu đối tượng lưu trữ: o String: lưu trữ xâu kí tự. o Array: mảng động có thể tùy biến với hệ số mở rộng. o GemAllocator: thực thi cấp phát và giải phóng bộ nhớ. o List: Danh sách liên kết hai chiều. o Stack: đặc tả ngăn xếp. 1.2.2.2. Thành phần Giao tiếp với Hệ điều hành Hình 4: Quá trình điều phối sự kiện 6
Giao tiếp với Hệ điều hành là thành phần thực thi các công việc cần giao tiếp với hệ điều hành như điều phối sự kiện, đọc ghi file, lấy thời gian hệ thống… Trong đó quan trọng nhất là quá trình điều phối sự kiện (Hình 4). GEM lấy sự kiện từ Message System của hệ điều hành, từ đó lấy các thông tin cần thiết tạo ra một đối tượng GemEvent - lý do cần tạo ra GemEvent là để tránh bị phụ thuộc vào hệ điều hành. Sau đó, GemEvent sẽ được gửi lần lượt đến các thành phần có khả năng nhận và xử lý sự kiện này. 1.2.2.3. Thành phần Render Engine Render Engine là thành phần cốt lõi của một Game Engine. Nó hỗ trợ người dùng các công việc thiết yếu để tạo ra một khung cảnh 3D. Ng ười dùng sẽ không cần biết nhiều đến những công việc tầng thấp nh ư quá trình đọc file tài nguyên, sử dụng các API đồ họa 3D, tạo các hiệu ứng… mà quản lý logic các đối tượng bằng các giao diện do Render Engine cung cấp. Đây là thành phần duy nhất trong GEM giao tiếp với phần cứng đồ họa thông qua thư viện đồ họa 3D cấp thấp, cụ thể ở đây l à OpenGL và Cg. Hình 5: Kiến trúc phân tầng của Render Engine Thành phần này được thiết kế làm các mô đun sau: - Graphic Driver là mô đun trực tiếp sử dụng các API đồ họa 3D (OpenGL), cung cấp cho các mô đun khác một giao diện đơn giản hơn để tương tác với card đồ họa. 7
- Quản lý tài nguyên là mô đun quản lý các tài nguyên c ần thiết để xây dựng một khung cảnh 3D như mạng lưới, texture 2D, cubemap… Mô đun này được trình bày chi tiết trong khóa luận “Xây dựng Game Engine đa nền tảng – Quản lý tài nguyền và chuyển động nhân vật ” - Hoàng Tuấn Hưng. - Quản lý khung cảnh là mô đun thực hiện việc tổ chức và kiểm soát các đối tượng tồn tại trong một khung cảnh 3D, từ đó thực hiện quá trình chuyển toàn bộ khung cảnh đó tạo nên hình ảnh 2D tại vị trí nhìn. Mô đun này được trình bày chi tiết trong khóa luận “Xây dựng Game Engine đa nền tảng – Quản lý khung cảnh” - Trương Đức Phương. - Hiệu ứng ánh sáng và vật liệu là mô đun mở rộng các thành phần của Quản lý khung cảnh để tạo các hiệu ứng về ánh sáng, và vật liệu. Mô đun này được trình bày chi tiết ở phần sau của khóa luận này. - Mô phỏng tự nhiên là mô đun mở rộng các thành phần của Quản lý khung cảnh để mô phỏng các yếu tố tự nhiên cần có trong game như nước, địa hình, lửa, khói… Mô đun này được trình bày chi tiết trong khóa luận “Xây dựng Game Engine đa nền tảng – Mô phỏng tự nhiên” - Trần Thái Dương. - Chuyển động của đối tượng là mô đun mở rộng các thành phần của Quản lý hung cảnh, thực hiện quá trình nội suy trong các mô hình chuyển động (thường là các nhân vật trong game) thông qua hai kĩ thuật thông dụng là keyframe và skinning. Mô đun này được trình bày chi tiết trong khóa luận “Xây dựng Game Engine đa nền tảng – Quản lý tài nguyền và chuyển động nhân v ật” - Hoàng Tuấn Hưng. 1.2.2.4. Các thành phần còn lại Phát hiện va chạm và Tính toán vật lý là thành phần tính toán mô phỏng vật lí, phát hiện va chạm giữa các vật thể và phản hồi. Network là thành phần thực hiện việc truyền thông qua mạng TCP/IP. Trí thông minh nhân tạo là thành phần xử lí các công việc cần trí thông minh nhân tạo như dò đường, xử lí tình huống… Âm thanh là thành phần xử lí âm thanh. Các thành phần này chưa được triển khai nên chúng tôi không đề cập chi tiết trong tài liệu này. 8
Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1. Ánh sáng trong đồ họa máy tính Đồ họa 3D ngoài việc sử dụng các thuật toán giống với đồ họa 2D như: đồ họa vectơ trong mô hình khung dây (wire frame model) và đồ họa mành (raster graphics) trong giai đoạn hiển thị cuối cùng. Bên cạnh đó, đồ họa 3D còn thực hiện chiếu sáng bằng các mô hình tạo bóng, dựa vào các thông tin về nguồn sáng và nguyên liệu cấu tạo nên bề mặt đối tượng, để tính toán màu sắc của đối tượng trong khung cảnh; tạo ra hình ảnh gần với thực tế h ơn (khoảng cách xa gần giữa các đối t ượng, vật liệu tạo nên đối tượng…). Hình 6: Tác động của Ánh sáng trong đồ họa 3D 2.1.1. Các thành phần của ánh sáng Mỗi nguồn sáng được chia làm ba thành phần sáng cơ bản [7][12]: Thành phần Ambient Thành phần ánh sáng bao quanh vật thể, v à đến từ mọi hướng. Vì thế nó không phụ thuộc vào vị trí của nguồn sáng m à phụ thuộc v ào độ phản xạ ánh sáng của vật thể và màu sắc của nguồn sáng. 9
Hình 7: Vẽ vật thể với áng sáng Ambient Thành phần Diffuse Thành phần ánh sáng đến từ một nguồn sáng cụ thể, sau đó ph ản xạ tại bề mặt vật thể theo nhiều hướng. Màu sắc của vật thể được chiếu sáng bởi thành phần này phụ thuộc vào vị trí, hướng, màu sắc của nguồn sáng và độ phản xạ của vật thể. Hình 8: Vẽ vật thể với thành phần Diffuse Thành phần Specular Thành phần ánh sáng này cũng đến từ một nguồn sáng cụ thể, nhưng khác với thành phần diffuse là nó phản xạ theo một hướng theo đúng định luật phản xạ gương. 10