Một phương pháp hiển thị đặc trưng trên đối tượng ảo ba chiều dựa trên công nghệ lập trình GPU

Đo lường & Tin học<br /> <br /> MỘT PHƯƠNG PHÁP HIỂN THỊ ĐẶC TRƯNG TRÊN ĐỐI TƯỢNG<br /> ẢO BA CHIỀU DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ LẬP TRÌNH GPU<br /> Lê Anh1*, Đặng Hoàng Minh2, Phạm Văn Lai2<br /> Tóm tắt: Trong bài báo này, qua khai thác ưu điểm của công nghệ lập trình GPU<br /> và kỹ thuật phủ ảnh, chúng tôi đề xuất một phương pháp hiệu quả, thể hiện được<br /> một số đặc trưng cơ bản trên các đối tượng ảo ba chiều. Phương pháp sử dụng kỹ<br /> thuật phủ ảnh và tính khả trình của card đồ họa GPU. Kết quả nghiên cứu có thể<br /> được ứng dụng hiệu quả trong mô phỏng các loại vũ khí, khí tài phục vụ huấn luyện<br /> trong quân đội.<br /> Từ khóa: Mô phỏng; Texture; Ảnh phủ; GPU.<br /> <br /> 1. ĐẶT VẤN ĐỀ<br /> Trong thực tế, các đối tượng được nhận biết qua hình dạng hoặc một số đặc<br /> trưng bên ngoài của đối tượng. Các đặc trưng khá phong phú, đa dạng được thể<br /> hiện qua màu sắc, hình ảnh, ký tự, ký hiệu, …, các đặc trưng này chứa đựng nội<br /> dung nhất định thể hiện đặc điểm của đối tượng. Tuy nhiên, các đặc trưng trên đối<br /> tượng có thể thay đổi liên tục theo thời gian, gây ra những khó khăn khi mô phỏng<br /> trên máy tính. Trong môi trường ảo ba chiều, bài toán đặt ra là phải mô phỏng<br /> được đầy đủ, chính xác các đặc trưng trên đối tượng nhưng vẫn phải bảo đảm được<br /> tính thời gian thực của một phần mềm mô phỏng.<br /> Một đối tượng được nhận biết qua các đặc trưng như hình dạng, màu sắc, ký tự,<br /> ký hiệu, … các đặc trưng này chứa đựng những nội dung nhất định. Ví dụ, đồng hồ<br /> có đặc trưng là các kim chỉ và các con số thể hiện thông số đo được bởi đồng hồ<br /> đó; màn hình radar có đặc trưng là các đường tròn đồng tâm và các ký hiệu, chúng<br /> biểu diễn các đối tượng đang nằm trong vùng quét của radar.<br /> Trong không gian ảo ba chiều, phương pháp thường được sử dụng để mô<br /> phỏng đối tượng và các đặc trưng là mô hình hóa 3D các đặc trưng của đối tượng<br /> và áp dụng các phép biến hình cơ bản [1], [3], [4]. Ưu điểm của phương pháp trên<br /> là cài đặt đơn giản, nhưng cần sự tỉ mỉ trong bước dựng mô hình ba chiều các<br /> thành phần đặc trưng. Tuy nhiên, đối với các đối tượng có nhiều thành phần đặc<br /> trưng thì việc xây dựng dữ liệu mô hình tốn nhiều thời gian hơn, đồng thời số<br /> lượng mặt lưới của mô hình cũng tăng lên, từ đó dữ liệu mô hình cần lưu trữ và xử<br /> lý sẽ lớn hơn. Bên cạnh đó, phương pháp trên khó có thể áp dụng trong một số<br /> trường hợp. Ví dụ, màn hình đa năng ở chế độ vô tuyến và chỉ thị tình thế chiến<br /> thuật trên máy bay Su30MK2 có đặc trưng là nhiều hình ảnh, ký tự, ký hiệu đặc<br /> biệt…, các đặc trưng này thay đổi liên tục theo thời gian và khó mô phỏng được<br /> bằng phương pháp mô hình hóa.<br /> Để giải quyết vấn đề trên, chúng tôi đề xuất một phương pháp hiển thị đặc<br /> trưng trên đối tượng ảo ba chiều sử dụng kỹ thuật phủ ảnh (texture mapping) [1],<br /> [2], [5] và tính khả trình trên card đồ họa GPU [8], [9] để gia tăng tốc độ xử lý và<br /> hiển thị hình ảnh. Cách tiếp cận này mô phỏng được các đặc trưng thay đổi trên đối<br /> tượng mà vẫn đảm bảo được tốc độ hiển thị hình ảnh ba chiều theo thời gian thực.<br /> Các phần tiếp theo của bài báo bao gồm các nội dung sau: cơ sở lý thuyết, phương<br /> pháp được đề xuất, kết quả thực nghiệm và kết luận.<br /> <br /> <br /> <br /> 218 L. Anh, Đ. H. Minh, P. V. Lai, “Một phương pháp hiển thị đặc trưng … lập trình GPU.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT<br /> Trong đồ họa máy tính, một đối tượng được dựng hình ba chiều phải trải qua<br /> hai giai đoạn. Giai đoạn một là mô hình hóa đối tượng, đối tượng được khảo sát,<br /> chụp hình, thu thập thông tin và dựng dữ liệu mô hình và dữ liệu hoạt cảnh qua các<br /> phần mềm như 3DSMax, Blender, C4D…Giai đoạn hai là phủ ảnh vật liệu lên đối<br /> tượng sử dụng kỹ thuật phủ ảnh (texture mapping) [1][2]. Trong hai giai đoạn trên,<br /> khái niệm ảnh phủ và vật liệu đóng vai trò rất quan trọng.<br /> 2.1. Ảnh phủ<br /> Khái niệm texture được định nghĩa là một vùng nhớ trên bộ nhớ hình ảnh<br /> (video memory) của card đồ họa (Hình 1), và được sử dụng rất nhiều trong các chu<br /> trình xử lý đồ họa. Dữ liệu texture thuộc một trong hai dạng: dữ liệu được load từ<br /> file ảnh, hoặc dữ liệu được sao chép từ bộ đệm tính toán (render target) của card đồ<br /> họa. Bộ đệm tính toán là một bộ đệm mà ở đó các tính toán điểm ảnh được thực<br /> hiện. Kết quả tính toán các điểm ảnh nằm trên bộ đệm tính toán sau đó có thể được<br /> sử dụng như một texture. Đặc điểm này cho phép các kết quả tính toán ở trên bộ<br /> đệm tính toán có thể được sử dụng cho những lần tính toán tiếp theo.<br /> Khái niệm ảnh phủ được sử dụng trong mô hình hóa đối tượng cũng được gọi<br /> là texture, đây là trường hợp đặc biệt của khái niệm texture. Các ảnh phủ được hiểu<br /> là một thành phần của vật liệu được phủ trên mô hình đối tượng ảo ba chiều.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 1. Texture.<br /> 2.2. Vật liệu<br /> Thực tế, các đối tượng có thể được làm từ nhiều loại vật liệu khác nhau, từ các<br /> vật liệu thô như gỗ, đất, sỏi, đá... đến các vật liệu được con người sản xuất ra như<br /> vải, kim loại, thủy tinh, cao su, xi măng... Từ nguồn nguyên vật liệu đầu vào, các<br /> đối tượng được tạo hình và có màu sắc là màu của vật liệu đã tạo nên chúng. Sau<br /> đó, các đối tượng có thể được trang trí thêm bằng các hình họa tiết. Thực tế thì vật<br /> liệu được phân thành hai loại là vật liệu màu (màu của vật liệu tạo hình lên đối<br /> tượng) và vật liệu họa tiết (có các hình họa tiết được vẽ trên đối tượng).<br /> Trong đồ họa máy tính, vật liệu gồm hai loại là vật liệu màu và vật liệu ảnh<br /> (hay vật liệu trang trí). Trong đó, vật liệu ảnh chứa các hình ảnh bên ngoài của đối<br /> tượng, và các đặc trưng bên ngoài của đối tượng sẽ được thể hiện chủ yếu qua các<br /> hình ảnh này. Trong quá trình xây dựng mô hình ba chiều của một đối tượng, ban<br /> đầu, đối tượng được dựng dưới dạng mô hình mặt lưới ba chiều được phủ vật liệu<br /> màu nhất định, đây được gọi là mô hình đồng màu. Sau đó, mô hình đồng màu sẽ<br /> được phủ vật liệu ảnh, mô hình nhận được sẽ thể hiện được đầy đủ hình dáng và<br /> các đặc điểm bên ngoài của đối tượng. Do đó, vật liệu ảnh đã thể hiện được vai trò<br /> rất quan trọng trong quá trình xây dựng mô hình ba chiều của một đối tượng.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 219<br />  Đo lường & Tin học<br /> <br /> 2.3. Chu trình hiển thị ảnh phủ trên đối tượng<br /> Một đối tượng được mô phỏng trong không gian ba chiều cần có file mô hình<br /> ba chiều và file ảnh phủ. Đầu tiên, file mô hình và file ảnh phủ được tải lên bộ nhớ<br /> chính bởi chương trình trên CPU. CPU phụ trách việc sử dụng bộ nhớ, điều khiển<br /> dòng dữ liệu giữa CPU và GPU. Các lệnh yêu cầu thực hiện tính toán trên GPU<br /> được truyền từ CPU thông qua bộ đệm các lệnh (command buffer). Khi chương<br /> trình trên CPU gọi các lệnh vẽ đối tượng để thực thi trên GPU thì dữ liệu các đỉnh,<br /> dữ liệu ảnh phủ được chuyển vào bộ nhớ GPU, đồng thời chu trình xử lý đồ họa<br /> trên GPU bắt đầu được thực hiện.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 2. Chu trình hiển thị ảnh phủ trên đối tượng.<br /> Trên bộ nhớ GPU, dữ liệu các đỉnh của mô hình ba chiều của đối tượng được<br /> lưu trong các bộ đệm đỉnh và bộ đệm chỉ số đỉnh, còn dữ liệu ảnh phủ của đối<br /> tượng được lưu trên các texture. Bộ đệm đỉnh, bộ đệm chỉ số và texture sẽ là dữ<br /> liệu đầu vào của các bước trong chu trình xử lý đồ họa trên GPU [6][7].<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Các bước xử lý đồ họa trên GPU.<br /> Trong chu trình xử lý đồ họa trên GPU, đầu vào của bộ đệm đỉnh và bộ đệm<br /> chỉ số là tập hợp các đỉnh nằm trong một cấu trúc hình học cơ bản của mô hình ba<br /> chiều của đối tượng. Tại bước xử lý đỉnh, các phép xử lý trên từng đỉnh sẽ được<br /> thực hiện, (ví dụ, phép biến đổi tọa độ ba chiều của đỉnh). Tiếp theo, các phép biến<br /> đổi hình học cơ bản sẽ được thực hiện tại bước xử lý hình học. Sau đó, tại bước<br /> phân mảnh, điểm ảnh nào trên màn hình thuộc vào hình chiếu của đối tượng hình<br /> học đang được xử lý sẽ được xác định, những điểm ảnh được xác định sẽ được xử<br /> lý ở bước tiếp theo. Kế tiếp, dựa trên thông tin về tọa độ ảnh phủ của điểm, mỗi<br /> điểm sẽ được cập nhật màu từ ảnh phủ texture tại bước xử lý điểm. Cuối cùng, tại<br /> bước hợp nhất, giá trị màu của điểm đang xử lý sẽ được kết hợp với giá trị màu của<br /> điểm ảnh đã lưu trên bộ đệm màu (nếu có) sẽ xuất ra giá trị màu để hiển thị trên<br /> màn hình.<br /> 3. PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT<br /> Một trong những điểm đặc biệt trong chu trình hiển thị ảnh phủ trên đối tượng<br /> đó là: tại bước xử lý điểm, kết quả tính toán điểm có thể được lưu vào trong bộ nhớ<br /> GPU để xử lý tiếp. Trong phương pháp được đề xuất, bộ đệm tính toán (render<br /> <br /> <br /> 220 L. Anh, Đ. H. Minh, P. V. Lai, “Một phương pháp hiển thị đặc trưng … lập trình GPU.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> target) sẽ được sử dụng để lưu trữ các đặc trưng của đối tượng thông qua các ảnh<br /> phủ. Sau đó, kết quả trên bộ đệm tính toán được lưu trữ qua các lần tính toán sẽ<br /> được hiển thị lên trên đối tượng ảo ba chiều. Các bước xử lý đều được thực hiện<br /> trên card đồ họa sử dụng các đoạn code shader. Cách tiếp cận sử dụng bộ đệm tính<br /> toán trên bộ nhớ GPU đồng thời khai thác khả năng xử lý song song của GPU giảm<br /> được các tính toán trên CPU và nâng cao tốc độ hiển thị hình ảnh của chương trình.<br /> 3.1. Phân loại các ảnh đặc trưng của đối tượng<br /> Đầu tiên, khi khảo sát để xây dựng mô hình đối tượng, các đặc trưng của một<br /> đối tượng phải được xác định và được phân lớp rõ ràng, chúng phải được biểu diễn<br /> dưới dạng các file ảnh, được gọi là các file ảnh đặc trưng. Do đó, bên cạnh dữ liệu<br /> file mô hình thì dữ liệu đầu vào của chương trình sẽ là các file ảnh đặc trưng.<br /> 3.2. Khởi tạo bộ đệm tính toán<br /> Trong bước này, một bộ đệm tính toán cũng được khởi tạo trên không gian bộ<br /> nhớ GPU, đồng thời, các file ảnh đặc trưng được tải lên bộ nhớ chính bởi chương<br /> trình trên CPU. Kích thước bộ đệm tính toán được thiết lập là lũy thừa của 2 (ví dụ,<br /> 64x64, 128x128, 256x256) để các tính toán đồ họa được tối ưu, đặc biệt là các tính<br /> toán liên quan đến texture.<br /> 3.3. Vẽ các ảnh đặc trưng lên bộ đệm tính toán<br /> Tại bước này, khi chương trình trên CPU gọi lệnh vẽ lên bộ đệm tính toán thì<br /> các dữ liệu các ảnh đặc trưng sẽ được chuyển sang bộ nhớ GPU. Trên bộ nhớ<br /> GPU, dữ liệu các ảnh đặc trưng sẽ tương ứng là các vùng nhớ texture (được ký<br /> hiệu là Texture1, ..., TextureN), chúng là đầu vào của chương trình xử lý điểm. Tại<br /> bước xử lý điểm, sử dụng đoạn code pixel shader, giá trị màu của các điểm ảnh sẽ<br /> được cập nhật trên bộ đệm tính toán thay vì bộ đệm màn hình như chu trình xử lý<br /> đồ họa thông thường. Đồng thời, căn cứ vào sự thay đổi về nội dung thông tin trên<br /> đối tượng tại từng thời điểm, các phép biến đổi ảnh trên các texture (chứa các đặc<br /> trưng) có thể được sử dụng để mô phỏng sự thay đổi đặc trưng của đối tượng tại<br /> một thời điểm.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 4. Vẽ các ảnh đặc trưng lên bộ đệm tính toán.<br /> Ví dụ, hai phép biến đổi ảnh thường được sử dụng là phép xoay và phép dịch<br /> ảnh. Nếu tâm của phép xoay là tâm của ảnh phủ (tâm có tọa độ ảnh phủ là [0.5,<br /> 0.5]), thì phép xoay ảnh được biểu diễn qua phép biến đổi tọa độ ảnh phủ như sau:<br /> (1)<br /> Trong đó, [u, v] và [u’, v’] là tọa độ ảnh phủ của điểm ảnh trước và sau khi<br /> thực hiện phép xoay.<br /> Phép dịch ảnh được biểu diễn qua phép biến đổi tọa độ ảnh phủ như sau:<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 221<br />  Đo lường & Tin học<br /> <br /> (2)<br /> Trong đó, du và dv tương ứng là khoảng dịch chuyển trên trục u và trục v của<br /> ảnh trong một khoảng thời gian.<br /> Sau đó, áp dụng phép hòa trộn ảnh, các texture chứa các đặc trưng của đối<br /> tượng sẽ được kết hợp với nhau trên bộ đệm tính toán theo một thứ tự xác định để<br /> biểu diễn được các đặc trưng của đối tượng. Bộ đệm tính toán sẽ là nơi lưu trữ các<br /> giá trị màu của các texture. Sau bước xử lý này, kết quả của bộ đệm tính toán sẽ<br /> được lưu lại trên bộ nhớ GPU và được sử dụng cho bước xử lý tiếp theo.<br /> 3.4. Hiển thị kết quả của bộ đệm tính toán lên đối tượng<br /> Tại bước này, chu trình hiển thị ảnh phủ trên đối tượng được áp dụng trên file<br /> mô hình đối tượng. Đầu tiên, file mô hình được tải lên bộ nhớ chính bởi chương<br /> trình trên CPU. Khi chương trình trên CPU gọi lệnh vẽ đối tượng, dữ liệu các đỉnh<br /> từ file mô hình được chuyển vào bộ nhớ GPU. Đồng thời, dữ liệu trên bộ đệm tính<br /> toán được sao chép sang một texture khác gọi là render target texture (RT texture),<br /> RT texture sẽ là đầu vào của chương trình xử lý điểm. Sau đó, áp dụng chu trình<br /> hiển thị ảnh phủ trên đối tượng với đoạn code vertex shader và pixel shader, các<br /> đặc trưng của đối tượng đã được lưu trữ trên RT texture sẽ được hiển thị trên mô<br /> hình ba chiều của đối tượng.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 5. Hiển thị kết quả của bộ đệm tính toán lên đối tượng.<br /> Kết luận, trong phương pháp này, quan trọng nhất là bước phân loại các ảnh<br /> đặc trưng của đối tượng vì nó quyết định nội dung thông tin được thể hiện trên mô<br /> hình ba chiều của đối tượng. Phương pháp có thể áp dụng để mô phỏng nhiều loại<br /> đối tượng khác nhau. Trong phần thực nghiệm, phương pháp được sử dụng để mô<br /> phỏng các đối tượng sau: đồng hồ chỉ thị trên máy dò bom, đồng hồ chân trời điện<br /> tử trên máy bay Su30MK2 và mô phỏng tọa độ đối tượng trên màn hình radar.<br /> 4. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM<br /> Chương trình thực nghiệm được tiến hành trên máy tính có cấu hình như sau:<br /> CPU Intel Core i5-6400 CPU 2.70GHz, RAM 8GB, card màn hình Nvidia<br /> GeForce GTX 1060 6GB, hệ điều hành Windows 7 64 bits. Các dữ liệu ảnh và mô<br /> hình 3D được xây dựng trên phần mềm photoshop và 3DSMax, bao gồm: mô hình<br /> 3D máy dò bom Foerster Ferex 4032-API, mô hình 3D đồng hồ chân trời trên máy<br /> bay Su30MK2, mô hình 3D một màn hình radar, được sử dụng trong các thực<br /> nghiệm. Các thực nghiệm được lập trình trên engine đồ họa mã nguồn mở Unreal<br /> Engine 4, môi trường Microsoft Visual Studio C++ 2015. Tốc độ xử lý và hiển thị<br /> hình ảnh nhận được xấp xỉ 60 fps, đáp ứng được tính thời gian thực trong các ứng<br /> dụng mô phỏng.<br /> <br /> <br /> 222 L. Anh, Đ. H. Minh, P. V. Lai, “Một phương pháp hiển thị đặc trưng … lập trình GPU.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> 4.1. Mô phỏng đồng hồ chỉ thị trên máy dò bom Foerster Ferex 4032-API<br /> Trên máy dò bom Foerster Ferex 4032-API, đồng hồ chỉ thị thể hiện sự thay<br /> đổi từ tính cục bộ khi đầu dò đi qua đối tượng được dò. Đồng hồ chỉ thị được mô<br /> phỏng bằng phương pháp đã đề xuất: đầu tiên, hai ảnh đặc trưng cho đồng hồ chỉ<br /> thị là ảnh bảng chia và ảnh kim đồng hồ cơ học (các ô vuông màu đen trắng trong<br /> ảnh kim đồng hồ cơ học là vùng ảnh trong suốt). Bảng chia được phân thành 10 độ<br /> vạch trên chia về mỗi bên bắt đầu tính từ giữa là 0; chính giữ có vạch đen là<br /> ngưỡng cho phép sai số; kim đồng hồ cơ học lệch báo hiệu có sự thay đổi từ tính<br /> cục bộ. Sau khi khởi tạo bộ đệm tính toán, để mô phỏng sự thay đổi của từ tính khi<br /> máy dò dò qua đối tượng, phép quay đã được thực hiện trên ảnh kim đồng hồ cơ<br /> học. Tại bước kế tiếp, hai ảnh đặc trưng được vẽ lên bộ đệm tính toán theo thứ tự<br /> là ảnh bảng chia và ảnh kim đồng hồ cơ học. Tại bước cuối, vertex shader và pixel<br /> shader được sử dụng để hiển thị kết quả trên bộ đệm tính toán mô phỏng đồng hồ<br /> chỉ thị lên trên mặt hộp máy trong mô hình ba chiều của máy dò.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 6. Mô phỏng đồng hồ chỉ thị trên máy dò bom Foerster Ferex<br /> 4032-API: (a) Ảnh bảng chia, (b) Ảnh kim đồng hồ, (c) Đồng hồ chỉ thị.<br /> 4.2. Mô phỏng đồng hồ chân trời điện tử trên máy bay Su30MK2<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 7. Mô phỏng đồng hồ chân trời điện tử trên máy bay Su30MK2<br /> (a) Ảnh vạch số góc nghiêng, (b) Ảnh vạch số góc chúc, (c) Ảnh máy bay,<br /> (d) Đồng hồ chân trời, (e) Màn hình đa chức năng, (f) Hình ảnh khoang lái.<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 223<br />  Đo lường & Tin học<br /> <br /> Đồng hồ chân trời điện tử được mô phỏng theo phương pháp đã đề xuất. Đầu<br /> tiên, ba ảnh đặc trưng được phân loại bao gồm: ảnh vạch số góc nghiêng, ảnh vạch<br /> số góc chúc, ảnh máy bay. Tiếp theo, phép dịch ảnh vạch số góc chúc được thực<br /> hiện để thể hiện góc chúc của máy bay, phép xoay ảnh ký hiệu máy bay được thực<br /> hiện để thể hiện góc nghiêng của máy bay. Kế tiếp, ba ảnh đặc trưng được vẽ lên<br /> bộ đệm tính toán theo thứ tự là ảnh vạch số góc nghiêng, ảnh vạch số góc chúc và<br /> ảnh hình máy bay (sử dụng phép hòa trộn ảnh). Tại bước cuối, vertex shader và<br /> pixel shader được sử dụng để hiển thị kết quả mô phỏng đồng hồ chân trời điện tử<br /> lên trên màn hình đa chức năng (nằm ở góc trái của khoang lái máy bay<br /> Su30MK2).<br /> 4.3. Mô phỏng tọa độ đối tượng trên màn hình radar<br /> Trong phần này, màn hình radar được biểu diễn bởi hai ảnh đặc trưng là ảnh<br /> radar (gồm các đường tròn đồng tâm) và ảnh ký hiệu đối tượng đặc trưng cho các<br /> đối tượng đang nằm trong vùng quét của radar. Nếu lấy vị trí của radar là trung<br /> tâm, thì tọa độ của các đối tượng nằm trong vùng quét của radar cần được tính<br /> toán. Phép biến đổi tọa độ của một đối tượng nằm trong vùng quét của radar về<br /> không gian ảnh radar được biểu diễn dưới dạng ma trận như sau:<br /> <br /> (3)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 8. Phép biến đổi tọa độ của một đối tường nằm trong vùng quét<br /> của radar (a) về không gian ảnh radar (b).<br /> Trong đó, O là vị trí radar, P(PX, PY) là tọa độ của đối tượng nằm trong vùng<br /> quét của radar, O’ là gốc tọa độ của ảnh radar, P‘(P’x, P’y) là tọa độ ảnh của đối<br /> tượng nằm trong không gian ảnh radar, W và H biểu diễn vùng quét radar, w và h<br /> biểu diễn không gian ảnh.<br /> Sau khi xác định được tọa độ ảnh của đối tượng, ảnh radar và ảnh ký hiệu đối<br /> tượng được vẽ lên bộ đệm tính toán. Cuối cùng, vertex shader và pixel shader được<br /> sử dụng để hiển thị kết quả của bộ đệm tính toán mô phỏng tọa độ đối tượng lên<br /> trên màn hình radar.<br /> <br /> <br /> 224 L. Anh, Đ. H. Minh, P. V. Lai, “Một phương pháp hiển thị đặc trưng … lập trình GPU.”<br /> Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 9. Mô phỏng tọa độ đối tượng trên màn hình radar<br /> (a) Ảnh radar, (b) Ảnh ký hiệu đối tượng, (c) Màn hình radar.<br /> <br /> 5. KẾT LUẬN<br /> Các đặc trưng bên ngoài của đối tượng chứa đựng nội dung thông tin nhất định<br /> và đóng vai trò quan trọng trong việc thể hiện các đặc trưng của một đối tượng.<br /> Trong các ứng dụng mô phỏng, mô phỏng được đầy đủ, chính xác các đặc trưng<br /> trên đối tượng là một bài toán khó vì sự đa dạng về mặt nội dung thông tin của các<br /> đối tượng. Để giải quyết bài toán trên, chúng tôi đưa ra một phương pháp hiển thị<br /> các đặc trưng trên đối tượng ảo ba chiều dựa trên công nghệ lập trình trên GPU và<br /> kỹ thuật phủ ảnh, khai thác tính năng hỗ trợ lập trình trên các card đồ họa. Trong<br /> đó, hầu hết khối lượng tính toán liên quan đến các ảnh đặc trưng của đối tượng đều<br /> được thực hiện trên GPU thông qua các đoạn code shader. Cách tiếp cận này đã<br /> giảm các phép tính toán trên CPU và khai thác được khả năng xử lý song song trên<br /> GPU, từ đó nâng cao tốc độ hiển thị hình ảnh, đảm bảo được yêu cầu xử lý thời<br /> gian thực trong các ứng dụng mô phỏng.<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO<br /> [1]. JungHyun Han, 3D Graphics for Game Programming, CRC Press 2011, pp 25-<br /> 27, pp 177-183.<br /> [2]. David Blythe, Tom McReynolds, Advanced Graphics Programming Using<br /> Open GL, chapter 14.Texture Mapping Techniques, O’Reilly, pp 269-316 .<br /> [3]. Gerald Farin , State of the art in 3D modeling. In Proceedings - 5th<br /> International Conference on Frontier of Computer Science and Technology,<br /> FCST 2010 [5577356] DOI: 10.1109/FCST.2010.114, 2010.<br /> [4]. Georgios Kordelas , Juan Diego P`erez-Moneo Agapito, Jes`us M. Vegas<br /> Hernandez , and Petros Daras, State-of-the-art Algorithms for Complete 3D<br /> Model Reconstruction, University of Valladolid, Valladolid, Spain.<br /> [5]. Wojciech Matusik, Frédo Durand, Texture Mapping & Shaders – Computer<br /> Graphics Course, MIT OpenCourseWare, http://ocw.mit.edu, Fall 2012.<br /> [6]. Ricardo Marroquim ; André Maximo, Introduction to GPU Programming with<br /> GLSL, Conference: 2009 Tutorials of the XXII Brazilian Symposium on<br /> <br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san TĐH, 04 - 2019 225<br />  Đo lường & Tin học<br /> <br /> Computer Graphics and Image Processing, At Rio de Janeiro, RJ, Brazil, DOI:<br /> 10.1109/SIBGRAPI-Tutorials, 2009, 9.<br /> [7]. Jason Zink, Matt Pettineo, Jack Hoxley, Practical Rendering and Computation<br /> with Direct3D 11, CRC Press 2011, pp 5-7.<br /> [8]. Nguyễn Trung Kiên, Tăng tốc bởi GPU trong mô phỏng màn hình radar,<br /> chuyên san Công nghệ thông tin và Truyền thông số - số 01 (10-2012), Học<br /> viện Kỹ thuật quân sự, 2012.<br /> [9]. F.Klose, O.Wang, J.-C.Bazin, M.Magnor, A.Sorkine-Hornung, Efficient GPU<br /> Based Sampling for Scene-Space Video Processing; Vision, Modeling, and<br /> Visualization, 2015.<br /> <br /> ABSTRACT<br /> A METHOD FOR RENDERING FEATURES ON 3D VIRTUAL OBJECTS<br /> BASED ON GPU PROCESSING TECHNOLOGY<br /> <br /> In this paper, by exploring the advantages of GPU programming and<br /> texture mapping techniques, we propose an efficient method that<br /> demonstrates some of the basic features of three-dimensional virtual<br /> objects. The texture mapping techniques and programmable shaders on<br /> graphics processors are used in the method. Research results can be<br /> applied effectively in military training by the simulation of weapons and<br /> military equipment.<br /> <br /> Keywords: Simulation; Texture; GPU.<br /> <br /> Nhận bài ngày 24 tháng 12 năm 2018<br /> Hoàn thiện ngày 08 tháng 3 năm 2019<br /> Chấp nhận đăng ngày 15 tháng 3 năm 2019<br /> <br /> 1<br /> Địa chỉ: Viện Công nghệ mô phỏng, Học viện Kỹ thuật quân sự.<br /> 2<br /> Viện Công nghệ thông tin, Viện KHCN quân sự.<br /> *<br /> Email: anhle.simtech@mta.edu.vn.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 226 L. Anh, Đ. H. Minh, P. V. Lai, “Một phương pháp hiển thị đặc trưng … lập trình GPU.”<br />