LUẬN VĂN: NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN HỆ THỐNG THỬ NGHIỆM CUNG CẤP QUANG CẢNH ĐƯỜNG PHỐ HÀ NỘI docx

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ


Đinh Nhật Minh


NGHIÊN CỨU PHÁT TRI
Ể
N HỆ TH
Ố
NG

THỬ NGHIỆM CUNG CẤP QUANG CẢNH
ĐƯỜNG PHỐ HÀ NỘI









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


Đinh Nhật Minh

NGHIÊN CỨU PHÁT TRI
Ể
N HỆ TH
Ố
NG
THỬ NGHIỆM CUNG CẤP QUANG CẢNH

ĐƯỜNG PHỐ HÀ NỘI







KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC HỆ CHÍNH QUY

Ngành: Công nghệ thông tin


Cán bộ hướng dẫn: TS. Nguyễn Ngọc Hóa












HÀ NỘI - 2009
LỜI CẢM ƠN
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và biết ơn sâu sắc tới Tiến sĩ Nguyễn Ngọc Hóa
(Bộ môn Công Nghệ Thông Tin - Trường Đại học Công Nghệ) đã chỉ bảo và hướng dẫn

tận tình cho em trong suốt quá trình thực hiện khoá luận này.
Em xin gửi lời cảm ơn và biết ơn sâu sắc tới các thầy, cô đã dạy dỗ em trong suốt 4
năm học tập tại trường Đại học Công Ngh
ệ. Những kiến thức các thầy, cô dạy là vô cùng
quý báu và sẽ là hành trang để em vững bước vào đời.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các anh, chị trong phòng Công nghệ phần mềm –
Trung tâm Công nghệ phần mềm – Tập đoàn Điện lực Việt Nam đã tạo điều kiện, giúp đỡ
về mặt kỹ thuật và động viên tinh thần cho em trong quá trình làm khoá luận.
Tôi xin gửi lời cảm ơn tới các bạn sinh viên trong lớp K50HTTT hiện nay và các
thành viên lớp K50CA trước đây, cùng bạn bè đã ủng hộ và khuyến khích tôi trong quá
trình nghiên cứu và làm khoá luận này.
Và cuối cùng, con xin gửi lời cảm ơn và lòng biết ơn tới bố, mẹ, anh chị, cảm ơn
những người thân yêu của tôi, đã nuôi nấng, dạy dỗ và luôn động viên, làm chỗ dựa tinh
thần cho tôi trong cuộc sống cũng như trong học tập và làm việc.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, ngày 25 tháng 05 năm 2006
Sinh viên


Đinh Nhật Minh

Tóm tắt nội dung:
Tên đề tài của khóa luận là : Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp
quang cảnh đường phố Hà Nội.
Cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội có nghĩa là cho phép người sử dụng quan
sát được các hướng xung quanh tại một điểm, tạo cho người sử dụng cảm giác đang đứng
tại vị trí đó, đồng thời cho phép họ di chuyển tới các vị trí khác.
Nội dung khóa luận này sẽ
giới thiệu về các dịch vụ nổi tiếng trên thế giới trong
lĩnh vực tương tự, nêu lên phương pháp và công cụ mà họ sử dụng, từ đó nêu lên tính cần

thiết cũng như khả thi của đề tài.
Khóa luận sẽ nêu lên bài toán cần thực hiện, phân tích bài toán thành các module
nhỏ, đồng thời đưa ra cơ sở lý thuyết, phương hướng thực hiện cho từng module.
Cuối cùng sẽ là chương trình demo sả
n phẩm, các hạn chế và phương hướng phát
triển.









Mục lục
Danh sách các hình vẽ được sử dụng trong khóa luận 3
LỜI MỞ ĐẦU 4
Chương 1. Tìm hiểu về các dịch vụ cung cấp quang cảnh đường phố 5
1.1. Google Maps Street View 5
1.2. MapJack 7
Chương 2. Một số lý thuyết về đồ họa 3D 9
2.1. Giới thiệu 9
2.2. Một số kiến thức cơ bản 9
2.3. Lý thuyết về phép chiếu 13
2.3.1. Phép chiếu song song 13
2.3.2. Phép chiếu phối cảnh 17
2.4. 3D trong Flash 21
Chương 3. Bài toán 23
3.1. Mục tiêu của bài toán 23

3.2. Phân tích bài toán 23
3.3. Các lý thuyết liên quan 23
3.3.1. Adobe Flash 23
3.3.2. Flex builder 3.0 26
3.3.3. Action Script 28
3.3.4. Open Sources 28
3.4. Giải quyết bài toán 28
3.4.1.
Xây dựng chương trình cho phép người sử dụng nhìn xung quanh 360° .29
3.4.2.
Xử lý việc cho phép người sử dụng dịch chuyển tới các vị trí khác nhau .31
3.4.3. Cách lưu trữ Cơ sơ dữ liệu 35
3.5. Thực nghiệm 36
3.5.1. Môi trường thực nghiệm 36
3.5.2. Công cụ thực nghiệm 37
3.5.3. Quá trình thực nghiệm 37
3.6. Kết quả thực nghiệm 40
Chương 4. Kết luận 43
4.1. Đóng góp của mình 43
4.2. Hướng phát triển của đề tài 43
Tài liệu tham khảo 45

Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội


SVTH: Đinh Nhật Minh 3 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa
Danh sách các hình vẽ được sử dụng trong khóa luận
Hình 1. Hình ảnh quang cảnh đường phố của Google Maps Street View 6
Hình 2. Hình ảnh quang cảnh đường phố của MapJack 7
Hình 3. Giao diện công cụ của MapJack 8
Hình 4. Ba phép chiếu trực giao của một đối tượng 14
Hình 5. Phép chiếu cùng kích thước của một đối tượng lên bề mặt quan sát 15
Hình 6. Phép chiếu vuông góc lên mặt phẳng chiếu 16
Hình 7. Phép chiếu phối cảnh của trên mặt phẳng chiếu. 18
Hình 8. Các quang cảnh phối cảnh của mộ
t hình lập phương 20
Hình 9. Adobe Flash CS3 24
Hình 10. Adobe Flex Builder 3.0 26
Hình 11. Action Script 3.0 Logo 28
Hình 12. Ảnh 360° 29
Hình 13. Ảnh mặt cầu 31
Hình 13. Cách định hướng của Google Maps Street View 32
Hình 14. Ảnh mờ của ảnh mặt cầu 34
Hình 15. Ảnh mờ của 6 mặt khối lập phương 34
Hình 16. Ảnh 6 mặt tại một điểm 41
Hình 17. Kết quả thu được 41

Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội


SVTH: Đinh Nhật Minh 4 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa

LỜI MỞ ĐẦU
Du lịch là nhu cầu khá phổ biến hiện nay tại nhiều quốc gia, trong đó có Việt Nam,
nhưng thật khó khăn cho khách hàng trong việc lựa chọn địa điểm du lịch, nếu chỉ thông
qua tranh ảnh, các tờ rơi, quảng cáo thì chắc chắn sẽ không được chính xác. Còn gì tiện
lợi hơn khi bạn có thể “xem” “tận mắt” những địa điểm mà bạn đang đắn đo, để xem
mình thích nơi nào hơn khi mà b
ạn chẳng phải đến tận nơi, vẫn ngồi nhà, nhâm nhi cốc
café hay đang tán gẫu cùng bạn bè về chuyến du lịch sắp tới. Tất cả những gì bạn cần làm
là một trình duyệt web và kết nối internet.
Như chúng ta đã biết, Google Maps Street View là một dịch vụ khá nổi tiếng trên
thế giới hiện nay. Dịch vụ này cho phép người sử dụng “đi lại” trên đường phố tại một
n
ơi nào đó. “Đi lại” ở đây được hiểu theo nghĩa bạn có thể thấy được phong cảnh, đường
phố tại nơi bạn chọn, những cảnh này được chụp lại nên tính trung thực rất cao, bạn hoàn
toàn có thể yên tâm không phải lo nghĩ rằng phong cảnh nơi sắp đến có làm bạn thất vọng
hay không.
Tuy nhiên, do hạn chế về mặt quy mô, nên Google Maps Street View mới chỉ thực
hiện được trên m
ột số thành phố tại một số quốc gia. Còn tại Việt Nam thì sao? Nếu
Google để mắt tới Việt Nam, thì may chăng chỉ có một số thành phố lớn được đưa vào
CSDL của Google Maps. Vậy tại sao chúng ta không tự xây dựng một dịch vụ tương tự
như vậy trên chính đất nước của mình?
Với thực trạng đó, mục tiêu chính của khoá luận tốt nghiệp của tôi được tậ
p trung
xoay quanh tìm câu trả lời cho câu hỏi trên. Trong quá trình nghiên cứu, tìm hiểu và thực
hiện khóa luận này, những kết quả bước đầu thu được chứng minh được việc cung cấp
dịch vụ quang cảnh đường phố là hoàn toàn có thể thực hiện được với những công nghệ
và kỹ thuật hiện nay của Việt Nam.

Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội


SVTH: Đinh Nhật Minh 5 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa
Chương 1. Tìm hiểu về các dịch vụ cung cấp quang cảnh
đường phố
Như chúng ta đã biết, Google Maps Street View và MapJack là 2 dịch vụ khá nổi
tiếng trong lĩnh vực này, để có thể nắm rõ hơn về mục tiêu của khóa luận, trước hết chúng
ta hày cùng tìm hiểu đôi nét về 2 dịch vụ này
1.1. Google Maps Street View

Google Maps (thời gian trước còn gọi là Google Local) là một dịch vụ ứng dụng
và công nghệ bản đồ trực tuyến trên web miễn phí được cung cấp bởi Google và hỗ trợ
nhiều dịch vụ dựa vào bản đồ như Google Ride Finder và một có thể dùng để nhúng vào
các trang web của bên thứ ba thông qua Google Maps API (Application Programing
Interface). Nó cho phép thấy bản đồ đường xá, đường đi cho xe đạp, cho người đi bộ
(những đường đi ngắn h
ơn 6.2 dặm) và xe hơi, và những địa điểm kinh doanh trong khu
vực cũng như khắp nơi trên thế giới.
Google Maps trước đây chỉ có ảnh chụp từ vệ tinh, với độ phóng to, thu nhỏ mà
vẫn cho hình ảnh khá rõ, qua đó ta có thể biết được tuyến đường này, khu vực này ở đâu,
đi từ vị trí này đến vị trí kia bằng cách nào.
Cách đây không lâu, Google Maps đưa thêm một tính năng mới với tên: Google
Maps Street View. Tính năng này cho phép ng
ười sử dụng nhìn cận cảnh đường phố, nhà
cửa, tạo cho người sử dụng cảm giác như chính họ đang đi trên con đường đó vậy. Có thể
nói đây là một bước đột phá của Google.
Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội

SVTH: Đinh Nhật Minh 6 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa

Hình 1. Hình ảnh quang cảnh đường phố của Google Maps Street View
Google Maps Street View cho phép người sử dụng nhìn xung quanh bằng cách sử
dụng chuột hoặc các button phía trên bên trái của bản đồ, cũng có thể dùng 2 phím mũi
tên sang trái, sang phải để nhìn 2 bên cùng với 2 phím page up và page down để nhìn bên
trên và bên dưới.
Người sử dụng có thể di chuyển đến địa điểm khác, có các cách sau:
- Sử dụng 2 phím mũi tên lên và xuống để di chuyển đến điểm liền kề trước hoặc
sau trên bản đồ
- Sử dụ
ng mũi tên có trên màn hình để di chuyển đến điểm liền kề trước hoặc sau
trên bản đồ
- Di chuyển hình người trên bản đồ nhỏ (mini map) tới vị trí cần đến (không giới
hạn là chỉ đi đến những điểm ngay kề với vị trí hiện tại)
Chế độ zoom của Google Maps Street View khá tốt, cho ảnh có độ nét chấp nhận
được khi phóng to. Tương tự như khi nhìn xung quanh, có thể s
ử dụng chuột giữa (wheel
mouse) hoặc 2 button + và – có trên bản đồ.
Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội


SVTH: Đinh Nhật Minh 7 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa
Ngoài ra, trên mini map có thể zoom in hoặc zoom out để hiển thị chi tiết cũng như
thu gọn đường phố.
1.2. MapJack

MapJack là một công ty, làm việc giống như Google. Mục đích của MapJack, theo
như những gì được nói trên trang chủ của mình là cung cấp một bức tranh toàn cảnh về
các thành phố trên toàn thế giới. Nhưng hiện tại MapJack mới chỉ cung cấp quang cảnh

cho một số thành phố của Thái Lan.

Hình 2. Hình ảnh quang cảnh đường phố của MapJack
Các tiện ích của MapJack về cơ bản giống như Google Maps Street View, tuy
nhiên cũng có nhưng điểm khác nhau, đó là:
- Để thay đổi góc nhìn, người sử dụng có thể sử dụng chuột hoặc 2 phím mũi tên
sang trái và sang phải
Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội


SVTH: Đinh Nhật Minh 8 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa
- Để thay đổi vị trí quan sát, có thể dùng 2 phím mũi tên lên và xuống, hoặc 2 button
góc dưới bên trái của bản đồ lớn.
- Chế độ zoom tương tự như của Google Maps Street View, đó là dùng chuột giữa
(wheel mouse) hoặc 2 button zoom in và zoom out góc dưới bên trái của bản đồ
lớn. Ngoài ra MapJack còn đưa thêm 2 phím Z và X tương ứng với zoom in và
zoom out.
- Bản đồ nhỏ (mini map) đặt ở vị trí bên dưới bản đồ lớn, kích thước l
ớn hơn so với
mini map của Google Maps Street View, do đó dễ xác định vị trí hơn.
- Khác với Google Maps Street View sử dụng một đường thẳng làm trục chính,
MapJack sử dụng các điểm xanh (Blue Dots) làm trục cho con đường của mình,
người dùng có thể thay đổi vị trí đến bất cứ điểm xanh nào mà họ nhìn thấy bằng
cách click chuột trái vào điểm đó, trong khi Google Maps Street View chỉ cho
phép tiến đên điểm ngay sau đó.
- MapJack cung c
ấp thêm các công cụ (tools) tùy chọn cho người sử dụng như độ
sắc nét (Sharpness), chất lượng ảnh (Quality), hay đổi độ rộng góc nhìn của mắt
(Prjection), ánh sáng (Brightness)…

Hình 3. Giao diện công cụ của MapJack
Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội


SVTH: Đinh Nhật Minh 9 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa
Chương 2. Một số lý thuyết về đồ họa 3D
2.1. Giới thiệu
Đồ họa máy tính 3D là công việc tạo ra nghệ thuật đồ họa, nghĩa là tạo ra với sự
trợ giúp của máy tính kĩ thuật số và các phần mềm 3D. Nói chung thuật ngữ này có thể
hiểu như là tiến trình tạo ra đồ họa, hoặc việc nghiên cứu công nghệ đồ họa máy tính 3D
và liên quan tới công nghệ đó.
Đồ họa máy tính 3D khác với đồ họa máy tính 2D vì nó có chiều thứ 3 và các dữ
liệu hình học được máy tính lư
u trữ với mục đính để tính toán và tạo lại các hình ảnh 2D
của đối tượng mô phỏng 3D. Đôi khi các hình ảnh này sẽ hiển thị sau theo dạng được tạo
ảnh trước, và đôi khi chúng được tạo trong quá trình trực tiếp luôn (real-time).
Nói chung nghệ thuật của các mô hình 3D, được tạo bởi các dữ liệu hình học được
máy tính lưu trữ gần giống với các hình ảnh vật thể đó ở bên ngoài thực tế
hay các ảnh
chụp, trong khi đồ họa 2D là phần tính để tô lại giống thì đồ họa 3D là vẽ lại theo các
công thức toán học để tạo ra các hình ảnh 2D về vật thể 3D đó.
Trong các phần mềm đồ họa máy tính sự phân biệt này thi thoảng là mờ nhạt; một
số ứng dụng 2D sử dụng công nghệ 3D để tạo các hiệu ứng như ánh sáng, trong khi một
số phần mềm 3D lại sử
dụng công nghệ 2D để tạo 3D ảo.
2.2. Một số kiến thức cơ bản
Đồ hoạ 3D cho phép mô phỏng không gian 3 chiều trong máy tính. Về mặt toán
học, đây là một công việc cực kỳ phức tạp, tuy nhiên hầu hết những công việc phức tạp
này được thực hiện bởi phần cứng chuyên dụng với tốc độ rất cao.
Để biểu diễn không gian 3 chiều, người ta dùng hệ trục toạ độ Đề các, với các trục

toạ độ vuông góc với nhau. Mỗi điể
m trong không gian được đặc trưng bởi 3 toạ độ: x, y
và z. Một đoạn thẳng được biểu diễn bằng 2 điểm và một tam giác được biểu diễn bằng 3
điểm trong không gian.
Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội


SVTH: Đinh Nhật Minh 10 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa
Để biểu diễn một hình khối phức tạp, người ta chia bề mặt thành các tam giác và
biểu diễn toàn bộ vật thể thông qua tập các đỉnh của các tam giác. Số lượng tam giác dùng
để biểu diễn một vật thể càng nhiều thì vật thể trông càng mượt nhưng tốc độ tạo hình sẽ
càng chậm, do đó cần phải cân bằng giữa chất lượng và hiệu năng.
Sau khi các vật thể
được mô hình hoá, công việc tiếp theo là phải thể hiện được các
vật thể trong không gian lên màn hình máy tính. Mỗi công nghệ có một cách làm riêng,
tuy nhiên về mặt ý tưởng, có thể tóm tắt qua các bước sau:
Bước 1: Transform
Transform là thao tác biến đổi vật thể trong không gian 3 chiều. Có ba phép biến
đổi cơ bản là phép tịnh tiến (translation), phép xoay (rotation) và phép tỉ lệ (scaling).
Bước 2: View
Ngầm định, hướng nhìn là dọc theo trục z, đầu hướng lên theo trục y. Chúng ta có
thể thay đổi được hướng nhìn bằ
ng cách cung cấp toạ độ mắt, điểm nhìn vào và hướng
đầu.
Bước 3: Projection
Một khi đã có hướng nhìn các vật thể trong không gian, phép chiếu (projection) sẽ
quyết định hình ảnh vật thể được thể hiện trên màn hình. Phép chiếu là một thao tác để
biến đổi từ toạ độ trong không gian 3 chiều thành toạ độ trong không gian hai chiều để có
thể thể hiện trên màn hình máy tính.
Có 2 phép chiếu thường dùng là phép chiếu song song với mặt phẳng chiế

u vuông
góc với tia chiếu và phép chiếu phối cảnh với mặt phẳng chiếu vuông góc với tia chiếu.
Phép chiếu song song thường được dùng trong các ứng dụng kỹ thuật, hay tạo giao diện
người dùng còn phép chiếu phối cảnh thường được dùng trong các trò chơi hoặc các ứng
dụng mô phỏng. Cụ thể về 2 phép chiếu này sẽ được nói rõ hơn trong phần sau.
Như vậy để có thể thể hiện hình ảnh cơ bả
n của vật thể trên mặt phẳng chiếu, thì
một điểm trong không gian phải được biến đổi qua 3 bước với 3 phép nhân ma trận. Tuy
Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội


SVTH: Đinh Nhật Minh 11 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa
nhiên trên thực tế tích của 3 ma trận được tính sẵn, khi đó toạ độ điểm trong không gian
chỉ phải nhân một lần với ma trận tích mà thôi.
Ba bước trên đều được xử lý bởi ma trận (Matrix3D).
Sau ba bước trên chúng ta mới chỉ thu được toạ độ các đỉnh được chiếu lên mặt
phẳng chiếu, chưa thấy được vật thể. Cách đơn giản nhất là nối các đỉnh vớ
i nhau, khi đó
chúng ta sẽ thu được một mạng các đoạn thẳng biểu diễn vật thể (wireframe).
Để có thể thu được hình ảnh thật hơn, các bước sau tiếp tục được áp dụng:
Bước 4: Depth test
Với hình ảnh thu được ở trên, chúng ta không biểu diễn được việc các vật thể ở
gần che lấp các vật thể ở xa. Có 2 kỹ thuật để thực hiện được việc này, đ
ó là dùng z-
buffer và dùng cây BSP.
Trong kỹ thuật dùng z-buffer, một vùng nhớ với kích thước màn hình được tạo ra
để lưu độ sâu của các điểm. Phép chiếu thực chất là một phép nhân ma trận, do đó sau
phép nhân một toạ độ một điểm trong không gian 3 chiều với ma trận chiếu chúng ta vẫn
thu được 3 toạ độ x, y, và z. Các toạ độ x, y là toạ độ trên mặt phẳng chiếu, biểu diễn vị trí
của điểm chúng ta sẽ

nhìn thấy trên màn hình, còn toạ độ z gọi là độ sâu (xa) của điểm.
Toạ độ z có đặc điểm là nằm trong khoảng từ 0 đến 1, trong đó giá trị 0 tương ứng với
điểm gần nhất có thể chiếu được, giá trị 1 tương ứng với điểm xa nhất có thể chiếu được.
Điểm càng gần thì giá trị càng nhỏ (càng gần 0), điểm càng xa thì giá trị càng lớn (càng
g
ần 1).
Ban đầu, z-buffer được điền đầy bởi các giá trị 1. Nếu một điểm tại x, y có độ sâu z
nhỏ hơn 1 thì giá trị này được ghi vào z buffer tại vị trí x, y. Giả sử có điểm khác sau khi
chiếu được thể hiện trên màn hình trùng với vị trí x, y, khi đó độ sâu z được đem ra so
sánh, nếu giá trị này nhỏ hơn thì có nghĩa điểm trong không gian 3 chiều tương ứng sẽ
gần tâm chiếu hơn, do
đó điểm mới này sẽ đè điểm cũ. Nếu z lớn hơn, có nghĩa là điểm
mới xa hơn, và sẽ được bỏ qua.
Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội


SVTH: Đinh Nhật Minh 12 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa
Kỹ thuật dùng cây BSP (Binary Space Partitioning) dựa trên ý tưởng phân không
gian thành nhiều phần (partition) rồi sắp xếp theo thứ tự từ xa đến gần. Khi tạo hình, các
phần sẽ được vẽ theo thứ tự từ xa đến gần, khi đó các phần ở gần được vẽ sau sẽ đè các
phần ở xa đã vẽ trước đó.
Kỹ thuật dùng cây BSP cần tính toán tương đối nhiều, do đó ch
ỉ nên áp dụng với
các vật thể tĩnh (như đồi núi, nhà cửa, cây cối…), còn đối với các vật thể động (như nhân
vật trong trò chơi) thì nên dùng z-buffer.
Bước 5: Color, Light, Fog, Texture Mapping, Blending
Tạo màu là bước cho phép thể hiện màu sắc tại các đỉnh của một tam giác cũng
như các điểm bên trong một tam giác dựa vào màu sắc của các đỉnh tam giác. Để thể hiện
bề mặt người ta dùng các thuật toán tạo shading. Có một s
ố thuật toán như Flat Shading

(tốc độ nhanh, chất lượng thấp do thấy đường giao giữa các tam giác) hay Phong Shading
(tốc độ thấp, chất lượng cao).
Hiệu ứng ánh sáng có thể được đưa vào việc tạo hình. Hình ảnh thu được phụ
thuộc vào chất liệu bề mặt (độ bóng, độ phản xạ ánh sáng, độ nhiễu xạ ánh sáng…) và các
nguồn sáng (vị trí nguồn sáng, kiểu nguồn sáng, cường độ sáng, hướng chiếu sáng…).
Hiệ
u ứng ánh sáng cho phép tạo hình ảnh thật hơn, mô tả được không gian sáng tối.
Hiệu ứng sương mù cho phép mô phỏng sương mù vào không gian ba chiều. Vật
thể càng gần thì nhìn càng rõ, vật thể càng xa càng mù. Thông thường độ mù sẽ tăng theo
hàm mũ của khoảng cách, và được điều khiển bởi hệ số mật độ sương mù đặc trưng cho
sương dày hay mỏng.
Texture mapping là kỹ thuật cho phép dùng một ảnh thật lát lên một bề mặ
t trong
không gian. Kỹ thuật này cho phép thể hiện các vật thể thật hơn, ví dụ như việc sử dụng
ảnh vân gỗ để lát lên bề mặt bàn trong không gian 3 chiều.
Blending cho phép thể hiện một vật thể với độ trong nào đó. Các vật thể đặc không
cho phép nhìn qua, còn các vật thể trong thì có thể nhìn xuyên qua và thấy được các vật
Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội


SVTH: Đinh Nhật Minh 13 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa
đằng sau vật đó. Tham số đặc trưng cho độ trong suốt thường gọi là Alpha, trong đó
Alpha bằng 0 có nghĩa là vật trong hoàn toàn, Alpha càng lớn thì vật càng đặc.
Ngoài ra còn có một số hiệu ứng đặc biệt khác đem lại chất lượng hình ảnh cao
như phản xạ gương, đổ bóng, tạo bề mặt sần sùi…
2.3. Lý thuyết về phép chiếu
2.3.1. Phép chiếu song song
Các hình ảnh được hình thành bằng phép chiếu song song có thể được xác định
dựa vào góc hợp bởi hướng của phép chiếu hợp với mặt phẳng chiếu. Khi hướng của phép
chiếu vuông góc với mặt phẳng, ta có phép chiếu trực giao (hay phép chiếu vuông góc

- orthographic projection). Một phép chiếu có thể không vuông góc với mặt phẳng
chiếu được gọi là phép chiếu xiên (oblique projection).
Các phép chiếu trực giao hầu như được dùng để tạo ra quang cảnh nhìn từ
phía
trước, bên sườn, và trên đỉnh của đối tượng. Quang cảnh phía trước, bên sườn, và phía sau
của đối tượng được gọi là “mặt chiếu” (elevation), và quang cảnh phía trên được gọi là
“mặt phẳng” (plane). Các bản vẽ trong kỹ thuật thường dùng các phép chiếu trực giao
này, vì các chiều dài và góc miêu tả chính xác và có thể đo được từ bản vẽ.
Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội


SVTH: Đinh Nhật Minh 14 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa

Hình 4. Ba phép chiếu trực giao của một đối tượng
Chúng ta cũng có thể xây dựng các phép chiếu trực giao để có thể quan sát nhiều
hơn một mặt của một đối tượng. Các quang cảnh như thế được gọi là các phép chiếu trực
giao trục lượng học (axonometric orthographic projection). Hầu hết phép chiếu trục
lượng học được dùng là phép chiếu cùng kích thước (isometric projection). Một phép
chiếu cùng kích thước được thực hiện bằng việc sắp xếp song song mặt phẳng chi
ếu mà
nó cắt mỗi trục tọa độ ở nơi đối tượng được định nghĩa (được gọi là các trục chính) ở các
khoảng cách như nhau từ ảnh gốc. Hình 5 trình bày phép chiếu cùng kích thước. Có tám
vị trí, một trong tám mặt, đều có kích thước bằng nhau. Tất cả ba trục chính được vẽ thu
gọn bằng nhau trong phép chiếu cùng kích thước để kích thước liên hệ của các đối tượng
được bảo tồn.
Đây không là trường hợp phép chiếu trực giao trục lượng học tổng quát, khi
mà các hệ số tỷ lệ theo ba trục chính có thể khác nhau.
Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội

SVTH: Đinh Nhật Minh 15 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa
Các phương trình biến đổi để thực hiện một phép chiếu song song trực giao thì dễ hiểu.
Đối với điểm bất kỳ (x, y, z), điểm chiếu (x
p
, y
p
, x
p
) trên bề mặt chiếu được tính như sau:
x
p
= x, y
p
= y, z
p
= 0

Hình 5. Phép chiếu cùng kích thước của một đối tượng lên bề mặt quan sát
Một phép chiếu xiên đạt được bằng việc chiếu các điểm theo các đường thẳng song
song, các đường thẳng này không vuông góc với mặt phẳng chiếu. Hình 6 trình bày hình
chiếu xiên của điểm (x, y, z) theo một đường thẳng chiếu đến vị trí (x
p
, y
p
). Các tọa độ
chiếu trực giao trên mặt phẳng chiếu là (x, y). Đường thẳng của phép chiếu xiên tạo một
góc α với đường thẳng trên mặt phẳng chiếu (đây là đường nối điểm (x
p
, y
p

) với điểm (x,
y)). Đường này, có chiều dài L, hợp một góc φ với phương ngang trên mặt phẳng chiếu.
Chúng ta có thể diễn tả các tọa độ chiếu qua các số hạng x, y, L, và φ:
x
p
= x + L cosφ
y
p
= y + L sinφ
Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội


SVTH: Đinh Nhật Minh 16 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa

Hình 6. Phép chiếu vuông góc của điểm (x, y, z) thành điểm (xp, yp) lên mặt phẳng chiếu
Phương chiếu có thể định nghĩa bằng việc chọn các giá trị cho góc α và φ. Các
chọn lựa thông thường cho góc φ là 30
o
và 45
o
, là các góc hiển thị một quang cảnh của
mặt trước, bên sườn, và trên đỉnh (hoặc mặt trước, bên sườn, và dưới đáy) của một đối
tượng. Chiều dài L là một hàm của tọa dộ z, và chúng ta có thể tính tham số này từ các
thành phần liên quan.
tan α = z/L = 1/L
1

ở đây L
1
là chiều dài của các đường chiếu từ (x, y) đến (x

p
, y
p
) khi z = 1.
Từ phương trình trên, chúng ta có
L = z L
1

và các phương trình của phép chiếu xiên có thể được viết lại như sau
x
p
= x + z(L
1
cosφ)
y
p
= y + z(L
1
sinφ)
Ma trận biến đổi để tạo ra bất kỳ việc chiếu song song có thể được viết như sau
Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội


SVTH: Đinh Nhật Minh 17 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa

Một phép chiếu trực giao có thể đạt được khi L
1
= 0 (xảy ra ở góc chiếu α=90
o
).

Các phép chiếu xiên được sinh ra với giá trị L
1
khác không. Ma trận chiếu 6-6 có cấu trúc
tương tự ma trận của phép làm biến dạng theo trục z. Thực tế, kết quả của ma trận chiếu
này là làm biến dạng mặt phẳng của hằng z và chiếu chúng lên mặt phẳng quan sát. Các
giá trị tọa độ x và y trong mỗi mặt của hằng z bị thay đổi bởi một hệ số tỷ lệ đến giá trị z
của mặt phẳng để các góc, các khoảng cách, và các
đường song song trong mặt phẳng
được chiếu chính xác.
2.3.2. Phép chiếu phối cảnh
Để đạt được phép chiếu phối cảnh của đối tượng ba chiều, chúng ta chiếu các điểm
theo đường thẳng chiếu để các đường này gặp nhau ở tâm chiếu. Trong hình 6-10, tâm
chiếu trên trục z và có giá trị âm, cách một khoảng d phía sau mặt phẳng chiếu. Bất kỳ
điểm nào cũng có thể được chọn làm tâm của phép chiếu, tuy nhiên việc chọn một điểm
dọc theo trục z sẽ làm đơn giản vi
ệc tính toán trong các phương trình biến đổi.
Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội


SVTH: Đinh Nhật Minh 18 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa

Hình 7. Phép chiếu phối cảnh của điểm P ở tọa độ(x, y, z) thành điểm (xp, yp, 0) trên mặt phẳng chiếu.
Chúng ta có thể đạt được các phương trình biến đổi cho phép chiếu phối cảnh từ các
phương trình tham số mô tả các đường chiếu từ điểm P đến tâm chiếu (xem hình 7). Các
tham số xây dựng các đường chiếu này là
x’ = x – xu
y’ = y – yu
z’ = z - (z + d)u
Tham số u lấy giá trị từ 0 đến 1, và các tọa độ (x’, y’, z’) thể hiện cho bất kỳ điểm
nào dọc theo đường thẳng chiếu. Khi u = 0, phương trình 12-7 làm cho điểm P ở tọa độ

(x, y, z). Ở đầu mút kia của đường thẳng u =1, và chúng ta có các tọa độ của tâm chiếu,
(0, 0, d). Để thu được các tọa độ trên mặt phẳng chiếu, chúng ta đặt z’ = 0 và tìm ra tham
số u:
u = z / (z + d)
Giá trị của tham số u tạo ra giao điểm của đường chiếu với mặt phẳng chiếu tại (x
p
, y
p
, 0).
Thế giá trị của u vào phương trình trên, ta thu được các phương trình biến đổi của phép
chiếu phối cảnh.
Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội


SVTH: Đinh Nhật Minh 19 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa

Khi các đối tượng ba chiều đựợc chiếu lên một mặt phẳng dùng các phương trình
biến đổi phối cảnh, bất kỳ tập hợp các đường thẳng song song nào của đối tượng mà
không song song với mặt phẳng chiếu được chiếu thành các đường hội tụ (đồng quy). Các
đường thẳng song song với mặt phẳng khi chiếu sẽ tạo ra các đường song song. Điểm mà
tại đó tập hợp các đường th
ẳng song song được chiếu xuất hiện hội tụ về đó được gọi là
điểm ảo (vanishing point). Mỗi tập hợp các đường thẳng song song được chiếu như thế sẽ
có một điểm ảo riêng (xem hình 8).
Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội


SVTH: Đinh Nhật Minh 20 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa

Hình 8. Các quang cảnh phối cảnh của một hình lập phương.
Điểm ảo cho bất kỳ tập các đường thẳng, tức các đường song song với một trong
các trục tọa độ thế giới thực được nói đến như một điểm ảo chính (principal vanishing
point). Chúng ta quản lý số lượng các điểm ảo chính (một, hai, hoặc ba) với hướng của
mặt phẳng chiếu, và các phép chiếu phối cảnh được phân loại dựa vào đó để có các phép
chiếu: m
ột-điểm (one-point), hai-điểm (two-point), hoặc ba-điểm (three-point). Số lượng
các điểm ảo chính trong một phép chiếu được xác định bởi số lượng các trục của hệ tọa
độ thế giới thực cắt mặt phẳng chiếu. Hình 8 minh họa hình ảnh của các phép chiếu phối
cảnh một-điểm và hai-điểm của hình lập phương. Trong hình 8(b), mặt phẳng chiếu có
ph
ương song song với mặt xy để chỉ có trục z bị cắt. Phương này tạo ra phép chiếu phối
cảnh một-điểm với một điểm ảo trên trục z. Với quang cảnh trong hình 8(c), mặt phẳng
Nghiên cứu phát triển hệ thống thử nghiệm cung cấp quang cảnh đường phố Hà Nội


SVTH: Đinh Nhật Minh 21 GVHD: TS. Nguyễn Ngọc Hóa
chiếu cắt cả hai trục x và z nhưng không cắt trục y. Kết quả, phép chiếu phối cảnh hai-
điểm này chứa cả hai điểm ảo: trên trục x và trên trục z.
2.4. 3D trong Flash
Điều đầu tiên chúng ta nên biết về 3D và Flash, đó là không hề có 3D trong Flash,
thậm chí là không hỗ trợ. Các công cụ trên nền Web như Director, Cult3D và Anark vốn
đã hỗ trợ 3D, do đó thật là dễ dàng để kết hợp các phần tử 3D vào những thước phim trên
nền web. Flash thì lại không như thế, những gì Flash biết chỉ là làm thế nào để hiển thị
các kiểu vector lên màn hình và làm thế nào tính toán được các biểu thức toán học. Vì vậy
chúng ta có thẻ giả 3D. Thông thường có 2 cách để
giả 3D. Thứ nhất là tạo ra một quang
cảnh 3D (3D scene) từ một chương trình nằm ngoài Flash, và đưa vào trong quá trình pre-
rendered các hoạt ảnh 3D, những thứ mà được thể hiện theo từng frame (khung hình) một.
Một cách khác là tạo một thuật toán tính toán 3D động thông qua ActionScript. Chúng ta

sẽ tìm hiểu kỹ hơn về cách làm này ngay sau đây.
Trong bước pre-rendered, chúng ta có thể dùng Swift3D và Plasma, chúng là
những sản phẩm dùng để vẽ ra một quang cảnh 3D mà bạn muốn xây dựng bên trong
chương trình, chúng sẽ được xuấ
t ra thành file swf, file phim như .avi, .mov hay một số
định dạng như dãy các hình ảnh, các file này sẽ được đưa vào trong và thao tác bên trong
Flash. Hiển nhiên, với file swf, bạn không cần phải sử dụng đến Flash nữa nếu như kết
quả của file swf là những gì bạn muốn (ví dụ với Plasma, đó là một môi trường phát triển
rất tốt, có thể bạn sẽ không cần phải sử dụng đến Flash để tạo ra một phim Flash với đầy
đủ
các hàm). Những sản phẩm đó là một giải pháp hay cho các vòng lặp 3D hay phim
ảnh, tuy nhiên chúng mang tính chất tuyến tính, tính chất này có thể giới hạn mức độ
tương tác mà bạn muốn. Nói cách khác, bạn có thể thực hiện được một số lượng rất ít cá
thao tác khi mà phim đã chạy. Mọi thứ nằm trong quá trình pre-rendered và không thể
thay đổi trong lúc được chạy bằng Flash player.
Tuy vậy, điều đáng mừng ở đây là mọi kỹ thuật tr
ả về 3D cũng như tính toán trên
3D đều dựa trên toán học, và Flash biết toán! Điều đó có nghĩa là chính ta có thể bắt đầu
của mình làm việc, từ sơ khai, sử dụng Flash ActionScript để tạo nên 3D cơ bản sở dụng
cơ sở toán học. Chúng ta có thể tạo ra các kiểu vector riêng sử dụng những tính toán và