Nghiên cứu xây dựng các mô hình 3D từ các sơ đồ 2D để ứng dụng trong thiết kế kiến trúc

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

--------------------------------------------

SENGCHANH PHONESAVAN

NGHI N C U X Y D NG C C Ô H NH D T C C S
D
NG D NG TR NG THIẾT Ế IẾN TR C

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ỹ THUẬT

(Theo định hướng ứng dụng)

HÀ NỘI – 2016


HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-----------------------------------------

SENGCHANH PHONESAVAN
NGHI N C U X Y D NG C C Ô H NH D T C C S
D
NG D NG TR NG THIẾT Ế IẾN TR C

CHUYÊN NGÀNH : HỆ THỐNG THÔNG TIN
MÃ SỐ: 60.48.01.04

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Ỹ THUẬT

(Theo định hướng ứng dụng)
NGƯỜI HƯỚNG DẪN

H A HỌC: GS.TS. NGUYỄN B NH

HÀ NỘI - 2016


i

LỜI CA

AN

Tôi cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi.
Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được ai
công bố trong bất cứ công trình nào.
T c giả

SENGCHANH PHONESAVAN


ii

LỜI CẢ

N

Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến GS.TS. NGUYỄN B NH đã hướng
dẫn nhiệt tình, tận tâm trong suốt quá trình em thực hiện luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo trong khoa Công nghệ thông
tin, các thầy cô thu c Viện Công nghệ Thông tin thu c Viện Khoa h c và Công
nghệ Việt Nam và các cán b , nhân viên phòng
Công nghệ

ào t o Sau đ i h c, H c viện

ưu ch nh vi n thông c ng các anh ch đ ng nghiệp trong cơ quan đã

t o nh ng đi u kiện thuận lợi cho em h c tập và nghiên cứu t i H c viện Công nghệ
ưu ch nh vi n thông.
Xin chân thành cảm ơn các anh, các ch và các b n h c viên lớp Cao h c
M14CQIS02- H c viện Công nghệ ưu ch nh vi n thông đã luôn đ ng viên, gi p
đ và nhiệt tình chia s với tôi nh ng kinh nghiệm h c tập, công tác trong suốt khoá
h c.
Cuối c ng, tôi muốn g i l i cảm vô h n tới gia đình và b n b , nh ng ngư i
thân yêu luôn bên c nh và đ ng viên tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn tốt
nghiệp.
M c d rất cố gắng, song luận văn này không th tránh khỏi nh ng thiếu s t,
k nh mong được sự ch dẫn của các qu thầy cô và các b n.
t

n

5 năm 2 16

T c giả

SENGCHANH PHONESAVAN


iii

M CL C
MỞ ẦU ............................................................................................................................... 1
1. T nh cấp thiết của đ tài ................................................................................................. 1
2. Tổng quan v các vấn đ nghiên cứu ............................................................................. 2
3. Mục đ ch nghiên cứu ..................................................................................................... 4
4. ối tượng và ph m vi nghiên cứu ................................................................................. 4
5. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................................... 5
6. Cấu tr c của luận văn..................................................................................................... 5
Cấu tr c của Luận văn bao g m c 3 phần : ...................................................................... 5
CH

NG 1 : C SỞ L LU N .......................................................................................... 6

1.1 Khái quát v đ h a 3D ............................................................................................... 6
1.1.1M t số khái niệm v đ h a 3D ............................................................................ 7
1.1.2 L ch s phát tri n .................................................................................................. 8
1.1.3 Các ứng dụng cơ bản của đ h a 3D .................................................................... 9
1.2 T o dựng mô hình 3D ................................................................................................ 11
1.2.1 Các lo i mô hình cơ bản ..................................................................................... 13
1.2.2 K thuật phản chuy n từ các hình chiếu cơ bản thành mô hình 3D ................... 22
1.3 Kết luận chương 1 ...................................................................................................... 24
CH

NG 2 : MỘT SỐ K THU T T O MÔ H NH 3D ................................................ 25

2.1 Các k thuật phản chuy n mô hình 3D từ bản v k thuật ........................................ 25
2.1.1 Phương pháp phản chuy n dựa trên CSG ........................................................... 25
2.1.2 Phương pháp phản chuy n dựa trên mô hình -Rep .......................................... 27
2.2 T o các đối tượng 3D trong phần m m chuyên dụng ................................................ 40
2.2.1 T o đố tượng 3D bàng cách k o theo phương vuông g c với m t chứa biên d ng
(Extruded Boss) ........................................................................................................... 40
2.2.2 T o đối tượng 3D b ng cách quay đối tượng 2D quanh m t trục Revolved
Boss) ............................................................................................................................ 41
2.2.3 T o đối tượng 3D b ng cách k o theo m t đư ng dẫn bất k

Sweep .............. 41

2.2.4 T o đối tượng 3D từ các biên d ng khác nhau bất k làm trên các phác thảo
khác nhau ..................................................................................................................... 42
2.2.5 Kho t l theo phương vuông g c với m t chứa biên d ng Extruded Cut ........ 43
2.2.6 Cắt m t phần đ c b ng cách quay biên d ng cắt quanh m t trục Revolved Cut
..................................................................................................................................... 43
2.2.7 V đư ng cong .................................................................................................... 44
2.2.8 T o surface .......................................................................................................... 45
2.3 Các kĩ thuật t o kết xuất ............................................................................................ 48


iv

2.3.1 ổ b ng - Shading .............................................................................................. 48
2.3.2 Ánh sáng – Lighting ........................................................................................... 54
2.3.3 Kết xuất- Rendering ............................................................................................ 54
2.4 Kết luận chương 2 ...................................................................................................... 55

CH

NG 3 : CH

NG TR NH TH C NGHIỆM .......................................................... 56

3.1 Phát bi u bài toán ....................................................................................................... 56
3.2 Phân tich và lựa ch n công cụ ................................................................................... 57
3.3 Xây dựng mô hình 3d ................................................................................................ 58
3.3.1 T o phối cảnh n i thất phòng khách ................................................................... 58
3.3.2 T o phối cảnh bên ngoài toà nhà ........................................................................ 67
3.4 Kết luận chương 3 ...................................................................................................... 72
KẾT LU N.......................................................................................................................... 73
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................... 75
PH L C............................................................................................................................ 77


v

DANH
Viết tắt

CC C

HIỆU CH

Tiếng Anh

VIẾT TẮT
Tiếng Việt

2D

2 Dimensional

2 chi u

3D

3 Dimensional

3 chi u

B-reps

Boundary representations

đ i diện ranh giới

CSG

Constructive Solid Geometry

Hình h c vật rắn c câu tr c

CRT

Cathode Ray Tube

Màn hình ống tia cathode

CV

control vertex

i m đi u khi n hình d ng của đư ng
cong

CP

Control point

i m đi u khi n hình d ng của m t
đối tượng

CAD

Computer Aided Design

Thiết kế với sự h trợ của máy tính

CAM

Computer Aided Manufacturing

Gia công với sự h trợ của máy tính

DG

Dependency Graph

ho phụ thu c

DAG

Directed Acyclic Graph

th mở c đ nh hướng

DXF

Drawing Exchange Format

D ng d liệu trao đổi bản v gi a các
hệ CAD

EP

Edit point

HCI

Human-Computer Interface

NURBS Non-Uniform Rational B-Spline
PHIGS
O(n)

i m n m trên đư ng cong
Giao diện máy t nh của con ngư i

m t

Programmers Hierarchical

Các lập trình tiêu chuẩn đ h a tương

Interactive Graphics Standard

tác phân cấp
Hàm đánh giá đ phức t p thuật toán
theo số lượng d liệu n

∂f

Biên của m t m t f

∂O

Biên của m t vật th

O/P

Phép chiếu đối tượng O lên m t
phẳng P

V(O)

Tập các đ nh của đối tượng O

E(O)

Tập các c nh của đối tượng O


vi

DANH

C C C H NH VẼ

Hình 1.1 : Các d ng hình h c 3D........................................................................................... 6
Hình 1.2 : Quy trình hi n th đối tượng 3D ......................................................................... 11
Hình 1.3 : Lo i bỏ các đối tượng không nhìn thấy .............................................................. 12
Hình 1.4 : Chiếu sáng đối tượng .......................................................................................... 12
Hình 1.5 : Chuy n đối tượng sang không gian quan sát ...................................................... 12
Hình 1.6 : Lo i bỏ đối tượng n m ngoài view ..................................................................... 13
Hình 1.7 : Chuy n đối tượng thành pixel ............................................................................ 13
Hình 1.8 : Hi n th đối tượng ............................................................................................... 13
Hình 1.9 : đi m, c nh, m t ................................................................................................... 14
Hình 1.10 : Quá trình xây dựng m t đối tượng b ng Polygon ............................................ 14
Hình 1.11 : minh ho tiến trình dựng m t chiếc cốc đơn giản b ng NUR S ..................... 16
Hình 1.12 : Minh ho m t quá trình t o m t bàn tay b ng subdivision surface .................. 17
Hình 1.13 : minh ho tham số của đư ng cong t i m t đi m .............................................. 19
Hình 1.14 : ư ng trực giao t i m t đi m n m trên b m t ................................................ 19
Hình 1.15 : Các thành phần ch nh của m t đư ng cong ...................................................... 20
Hình 1.16 : a Mô hình khung dây; b Mô hình m t; c Mô hình -Rep c cấu tr c .......... 23
Hình 1.17 : i u di n CSG: a Các khối cơ bản, b Mô hình kết quả ................................. 24
Hình 1.18 : i u di n khuôn: a khuôn và qu đ o; b Mô hình kết quả ............................ 24
Hình 2.1 : Kết quả phản chuy n trong công trình............................................................... 26
Hình 2.2 : Phương pháp phản chuy n CSG trong công trình .............................................. 26

Hình 2.3 : Quá trình phản chuy n trong công trình ............................................................. 27
Hình 2.4 : a) Ba hình chiếu; b) Mô hình giả đ nh; c) Mô hình kết quả ............................... 28
Hình 2.5 : a Mô hình khung dây; b Các m t giả đ nh; c Các khối giả đ nh..................... 28
Hình 2.6 : Kết quả phản chuy n trong công trình ................................................................ 29
Hình 2.7 : ản v không ch nh xác và kết quả phản chuy n trong công trình .................... 29
Hình 2.8 : Kết quả phản chuy n trong công trình ............................................................... 30
Hình 2.9 : Các bước trong phương pháp phản chuy n mô hình 3D dựa trên -Rep........... 31
Hình 2.10 : Các ki u đ nh 2D .............................................................................................. 32
Hình 2.11 : M t đ nh lo i I và m t đ nh lo i II .................................................................. 33
Hình 2.12 : Xây dựng m t đ nh giả đ nh từ các đ nh 2D trong ba m t phẳng hình chiếu ... 33
Hình 2.13 : M t th dụ v sựchiếu l i của m t c nh tiêu chuẩn .......................................... 34
Hình 2.14 : Hình chiếu của m t c nh b ng ........................................................................ 35


vii

Hình 2.15 : Các c nh tiếp x c ............................................................................................. 36
Hình 2.16 : C nh giao nhau ................................................................................................. 36
Hình 2.17 : Việc t o ra m t đ nh lo i II ............................................................................... 37
Hình 2.18 : Xây dựng m t trụ và m t fillet, Hình 2.19 : i u kiện ..................................... 37
Hình 2.20 : Sự mô tả bên trong và bên ngoài của các m t cong .......................................... 38
Hình 2.21 : a ki u m t được d ng trong việc xây dựng khối c ......................................... 39
Hình 2.22 : a) Menu Base-Extrude, b) Trước khi Extrude, c) Sau khi Extrude .................. 40
Hình 2.23 : a K o v phiá trước và b) K o v phiá sau m t chứa biên d ng ..................... 40
Hình 2.24 : T o khối côn 2 đầu ........................................................................................... 41
Hình 2.25 : T o m t khâu c đầu là khớp cầu ..................................................................... 41
Hình 2.26 : Từng bước v m t cái ghi đông xe đ p ............................................................ 42
Hình 2.27 : M t cái ghi đông xe đ p đã v xong ................................................................. 42
Hình 2.28 : Các v du v đư nh cong .................................................................................. 42
Hình 2.29 : a

ước 1, b

ước 2, c t o m t đầu tuốc nơ v t ............................................. 43

Hình 2.30 : Cắt m t l hổng c biên d ng, a

ước1 ,b

ước2, c

ước 3 ....................... 43

Hình 2.31 : Cắt m t dãnh lắp cá gi ở đầu trục, a : V m t biên d ng và m t đư ng trục, b
: dã cắt m t dãnh lắp cá gi ở đầu xong .............................................................................. 44
Hình 2.32 : Hai cách v cung tròn ....................................................................................... 45
Hình 2.33 : đư ng cong đ ng ho c là m t đư ng cong kh p k n ........................................ 45
Hình 2.34 : Revolve theo trục x .......................................................................................... 45
Hình 2.35 : Revolve theo trục y và trục z ............................................................................ 46
Hình 2.36 : T o m t ch M b ng evel .............................................................................. 46
Hình 2.37 : T o b m t nh Loft ......................................................................................... 46
Hình 2.38 : Extrude m t đư ng tròn theo đư ng cong ........................................................ 47
Hình 2.39 : Mirror trên n a quả cầu .................................................................................... 47
Hình 2.40 : S dụng toán t

oolean vào trong dựng hình ................................................. 48

Hình 2.41 : Vật liệu sáng hay s dụng ................................................................................. 48
Hình 2.42 : Các hiện tượng highlight .................................................................................. 49
Hình 2.43 : Texture 2D ........................................................................................................ 50

Hình 2.44 : Texture 3D ........................................................................................................ 50
Hình 2.45 : Kết nối texture tới các thu c t nh của vật liệu của đối tượng ........................... 51
Hình 2.46 : Hiện tượng Surface Relief ................................................................................ 52
Hình 2.47 : Normal map và Projection map ........................................................................ 52
Hình 2.48 : T o n n b ng màu cơ bản ho c b ng file texture ............................................. 52


viii

Hình 2.49 : T o n n b ng file ảnh ....................................................................................... 53
Hình 2.50 : Các mô phỏng n n 3D ...................................................................................... 54
Hình 3.1 : T o m t phòng khách từ m t bản v AutoCAD................................................ 58
Hình 3.2 : Sơ đ các bước t o mô hình phối cảnh n i thất phòng khách ............................ 59
Hình 3.3 : Các tập tin là kế ho ch m t đất của m t ngôi nhà .............................................. 60
Hình 3.4 : T o đư ng đa tuyến Create polylines .............................................................. 61
Hình 3.5 : Lưu các tập tin cảnh Save the scene file .......................................................... 61
Hình 3.6 : Xây dựng tư ng (Constructing the Walls).......................................................... 62
Hình 3.7 : Thiết lập các máy ảnh Shot Establishing the Camera Shot).............................. 62
Hình 3.8 : i u ch nh đ nh th i của máy ảnh Adjusting the Camera s Timing ................ 63
Hình 3.9 : Thêm N i thất và trang trí (Adding the Furniture and Decorative Elements) .... 64
Hình 3.10 : Thêm hệ thống ánh sáng ban ngày ................................................................... 64
Hình 3.11 : S dụng mental ray Renderer ........................................................................... 65
Hình 3.12 : Căn phòng được thắp sáng bởi ánh sáng ban ngày rõ ràng .............................. 65
Hình 3.13 : Phối cảnh n i thất được th hiện b ng mô hình 3D và video ho t hình ........... 66
Hình 3.14 : Sơ đ các bước t o mô hình phối cảnh cuả m t tòa nhà .................................. 67
Hình 3.15 : Các tập tin là kế ho ch m t trước và m t trái của m t taò nhà ......................... 68
Hình 3.16 :

ng băng các lớp Freeze the layers ............................................................. 68

Hình 3.17 : Nhập các tập tin DWG ...................................................................................... 69
Hình 3.18 : Dựng m t trước và m t trái cuả mô hình 2D .................................................... 69
Hình 3.19 : Xây dựng tư ng , trần và sàn

bên ngoài cuả tòa nhà .................................... 70

Hình 3.20 : Thiết lập các máy ảnh Shot Establishing the Camera Shot ............................ 70
Hình 3.21 : S dụng b ng đ n Sport light và t o môi trư ng ban đêm ............................... 71
Hình 3.22 : T o ánh sáng bên ngoài tự nhiên và môi trư ng xung quanh ban ngày ........... 72
Hình 3.23 : Phối cảnh toà nhà được th hiện b ng mô hình 3D .......................................... 72


1

Ở ẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
i c ng với sự phát tri n của văn minh nhân lo i, các dự án ngày càng phức
t p hơn rất nhi u, theo đ các nh m dự án cũng phát tri n đa d ng hơn. Hiện
nay đ i ngũ thiết kế c th bao g m nhi u nhà thiết kế đến từ các lĩnh vực như kiến
tr c, kết cấu, thiết kế điện, hệ thống cơ kh ... M i đ i ngũ thiết kế ngày càng lớn và
tham gia từ sớm hơn vào quá trình thiết kế xây dựng. Do vậy các đ i dự án cần m t
công cụ tiên tiến hơn đ h trợ sự giao tiếp với nhau và phối hợp ch nh xác trong
công việc, đ đáp ứng nhu cầu cấp thiết ấy, b ng cách s dụng mô hình 3D kiến
tr c, các kiến tr c sư, nhà đầu tư c th tiết kiệm th i gian và ti n b c, h n chế việc
ch nh s a bản v thiết kế và thay đổi trong l c xây. N cũng cho ph p các kiến tr c
sư hình dung tốt hơn v tr đ a l xây dựng, v sự tương quan tới môi trư ng xung
quanh của dự án. Quan tr ng nhất là n cung cấp cái nhìn tổng quan trong việc
nghiên cứu và thực hiện xây dựng dự án.
Ngày nay, công nghệ thông tin đã thâm nhập và chi phối hầu hết các lĩnh n i
chung và thiết kế xây dựng n i riêng, ngày càng th hiện vai trò then chốt trong việc

nâng cao năng suất và chất lượng dự án thiết kế thi công xây dựng công trình.
Trong không gian tới, rất cần m t chiến lược đ phát huy hết khả năng nghiên cứu
v ứng dụng công nghệ thông tin, g p phần nâng cao năng suất chất lượng, đổi mới
toàn diện công tác thiết kế kiến tr c quy ho ch.
C ng với phát tri n của đ h a máy t nh và x l ảnh số trong máy t nh làm
thay đổi sự tương tác gi a ngư i và máy, khi các k thuật ứng dụng đ h a ngày
mở r ng ngày càng c nhi u ngư i quan tâm nghiên cứu đến lĩnh vực này. Do đ
mà các ứng dụng đ h a trên máy t nh được ra đ i như: phim ho t hình, game, mô
hình 3D s dụng trong công việc thiết kế xây dựng với các hệ thống thực t i ảo
đã đ ng g p cho sự phát tri n chung của ngành công nghệ thông tin. Vì vậy đ h a
máy tính trở thành m t lĩnh vực hấp dẫn và c nhi u ứng dụng trong thực tế.
Trong đ h a máy t nh, đ h a 3 chi u ngày càng trở nên phổ dụng bởi sức
m nh của phần cứng máy t nh và các thiết b phụ trợ. Trong lĩnh vực này việc t o ra


2

các mô hình 3 chi u với các chuy n đ ng gắn với n là m t đòi hỏi tất yếu. T o mô
hình 3 chi u 3D từ hình chi u được coi là các bước khởi đầu cho hệ thống mô
phỏng, g p phần t o nên hệ thống mô phỏng hoàn ch nh. M t trong nh ng cách tiếp
cận t o mô hình 3 chi u phổ biến hiện nay là dựa trên k thuật như: 3ds Max,
Google SketchUp, AutoCAD... Trong quá trình t o mô hình đối tượng 3 chi u
ngoài các vấn đ đảm bảo chất lượng còn phải đáp ứng yêu cầu v th i gian hi n th
cho các bước mô phỏng.
ối với em chuyên ngành v công nghệ thông tin n i chung, n i riêng việc
t o mô hinh 3D của đ h a máy t nh computer graphics là việc em hay làm cho
m t số công ty xây đựng t i Lào, cho d hiện đang tri n khai 3D trong các công ty
kiến tr c nhưng vẫn chưa đ nh hình rõ và hi u rõ v bản chất công việc mình đang
làm.
Nh ng k thuật trong đ h a 3D là m t đ tài mới m và c ứng dụng lớn

trong lĩnh vực tái t o và phục dựng đối tượng. Nhất là trong hoàn cảnh, Lào là đất
nước mới phát tri n và trong đ c nhi u công trình xây dựng h ên đ i mới bắt đầu
phát tri n, kiến tr c hiện đ i ngày càng nhi u lên, việc t o mô hình 3D cũng là m t
trong nh ng công v êc m i trên. Xuất phát từ thực tế đ h c viên lựa ch n đ tài
luận văn là : "Nghiên cứu x y đ ng c c m h nh 3D t c c s đ
dụng trong thiết kế

D đ ứng

iến trúc"

. Tổng quan về c c vấn đề nghiên cứu
3D là m t thành tựu tiên tiến nhất của công nghệ phần m m và máy t nh,
mang l i nh ng hiệu ứng to lớn trong trình di n các dự án kiến tr c và bất đ ng sản.
Từ nh ng phối cảnh đơn giản đến nh ng b phim phức t p, hiệu ứng 3D đã di n tả
thành công nh ng

tưởng kiến tr c m t cách sinh đ ng và cụ th nhất, mang l i

nh ng cảm nhận ấn tượng v công trình khi gắn với cu c sống thực tế. Nh vào sự
phát tri n của phần m m và tốc đ x l của máy t nh, trong nh ng năm gần đây,
bất cứ dự án nào cũng c th s dụng công nghệ tiên tiến này với mức giá ph hợp.
Phối cảnh n i thất phòng khách được th hiện b ng công nghệ 3D cho kiến
tr c là m t quá trình sáng t o kết hợp gi a nghệ thuật và công nghệ đ truy n đ t
tưởng của các kiến tr c sư m t cách cụ th nhất. Từ đ , hình thành cơ sở đ nhà
thiết kế và chủ đầu tư d dàng hình dung và nghiên cứu phương án tối ưu nhất. 3D


3

gi p m i ngư i c th xem các

tưởng thiết kế ban đầu được hình thành trong m t

môi trư ng 3D ảo nhưng sống đ ng và thực tế mà không cần phải tốn chi ph và
th i gian cho xây dựng. Không nh ng thế, hình ảnh di n h a kiến tr c 3D và các
mô hình c th được s dụng cho nghiên cứu t nh toán thiết kế, hình dung thực tế và
là công cụ không th thiếu cho việc thuyết trình bán hàng. N t o cơ h i cho ch ng
ta lựa ch n màu sắc, thay đổi ki u dáng, kết cấu và các yếu tố khác của dự án
Hiện nay, c rất nhi u giải pháp đ gi p cho các kiến tr c sư và chủ đầu tư hình
dung

tưởng thiết kế của mình s ra sao trong thực tế thông qua di n h a phối cảnh

3D, phim 3D, 3D m t cắt

Với khả năng của công nghệ 3D hiện đ i, ch ng ta c

th c nh ng ảnh phối cảnh của dự án, phối cảnh 3D m t b ng, phim 3D nổi, phim
360o, 3D thực t i ảo. Tất cả được đ t đ ng môi trư ng ánh sáng, vật liệu được mô
phỏng theo thực tế s là nh ng căn cứ chi tiết đ công trình được hoàn thiện đ ng
theo mong muốn của dự án. Ch ng ta c th thấy hình ảnh n i thất của công trình
khi đang được chiếu sáng với b ng đ n ho c hình ảnh ngo i thất dự án vào nh ng
gi cụ th trong ngày.
Trong số các k thuật đã được s dụng, Phim 3D là k thuật đ h a tiên tiến
nhất với các ứng dụng như phim walkthought, thực t i ảo, phim 3D quảng cáo ở
mức đ chi tiết cao. Với phim 3D ngư i ta c th trình triếu qua máy chiếu, qua tivi,
hay đưa lên website. Phim 3D c th được đ nh nghĩa như là sự kết hợp gi a phối
cảnh 3D và sự chuy n đ ng của máy quay trong không gian ảo đ t o nên phim với
các hiệu ứng đ c biệt. Phim 3D kiến tr c là phong cách hiệu quả và hấp dẫn đ cung

cấp cho các nhà thiết kế và các bên liên quan hình dung cái nhìn thực tế của dự án
s như thế nào trong tương lai, vì vậy n trở nên h u ch trong các ứng dụng thực tế
đ i sống. Từ nh ng phim minh h a phương pháp xây dựng 1 công trình, đến minh
h a cả 1 dự án trong tương lai, không giống như các bản v kiến tr c đơn thuần
mang t nh chất k thuật, phim 3D cho ngư i xem thấy cả m t không gian lẫn th i
gian khi dự án được hoàn thành. Phim 3D được xây dựng ch nh xác dựa trên các
bản v thiết kế ngo i thất, n i thất, cảnh quan, s dụng cho n i thất nhà ở, cho công
trình dân dụng, công c ng, thương m i, nhà máy công nghiệp đến các quy ho ch
vùng trong 20-50 năm tới [20],[22].


4

Hiện nay bên nuớc Lào c nhi u vẫn đ mà nêu như trên còn t n t i chua
đu c phát tri n và s dụng r ng rãi ch sủ dụng trong công trình to lớn của ch nh
phủ và dự án của công ty nước ngoài đấu thầu xây dựng, nhưng chưa được sủ dụng
trong dự án xây dựng do công ty cuả ngư i Lào ho c công ty nhỏ, vì tài nguyên và
kiến thức còn chưa đủ khả năng, nh ng vẫn đ mà đ tài luận văn quan tâm là
nghiên cứu m t số k thuật t o mô hình 3d, khai thác và dánh giá kiệu quả đ sủ
dụng sao cho ph hợp với hiện tr ng thực tế đ đáp ủng nhu cầu trong việc thiết kế
kiến tr c của m t số công ty xây dựng t i Lào.

3.

ục đích nghiên cứu
Nghiên cứu, m t số k thuật t o mô hình trong đ h a ba chi u (3D) và thực

t i ảo. Trên cơ sở kiến thức được hệ thống h a, xây dựng mô phỏng 3D th nghiệm
từ đ đưa ra l trình thực hiện áp dụng công nghệ 3D cuả m t số công trình xây
dựng t i Lào.

nghiên cứu và tri n khai việc t o mô hinh 3D của đ h a máy t nh
computer graphics trong thiết kế kiến tr c và nâng cao kiến thức, nh ng vẫn đ
chưa đ nh hình rõ và hi u rõ v bản chất công việc mình đang làm.
Nh m đáp ứng nhu cầu cấp thiết trong công việc thiết kế kiến tr c t i Lào
hiện t i, đ h trợ sự giao tiếp với nhau và phối hợp ch nh xác trong công việc, cung
cấp cái nhìn tổng quan trong việc nghiên cứu và thực hiện xây dựng dự án.

4. ối tượng và phạm vi nghiên cứu
L thuyết mô hình kiến tr c 3D, các công nghệ và các xu hướng phát tri n của
3D. Việc phát tri n và tri n khai 3D trên thế giới, khai thác và đánh giá hiệu quả
việc s dụng mô hình 3D trong công việc xây dựng t i Lào. Nghiên cứu v các công
nghệ h trợ và phát tri n mô hình 3D đ sủ dụng trong m t số công trình xây dụng
t i Lào.
Trong luận văn được nghiên cứu v m t số k thuật t o mô hình 3D từ các sơ
đ 2D, m t số k thuật t o mô hình 3D như k thuật phản chuy n mô hình 3D từ
bản v k thuật, phương pháp phản chuy n dựa trên CSG, phương pháp phản
chuy n mô hình 3D dựa trên

-Rep đi n hình, từ m t số k thuật đ ta dựa vào

công cụ t o mô hình 3D như : 3Ds max, Google Sketup, AutoCAD và V-ray đ ứng
dụng trong việc thiết kế kiến tr c t i Lào.


5

5. Phư ng ph p nghiên cứu
Tìm hi u, phân t ch, tổng hợp và đánh giá thông qua các tài công nghệ thông
tin, các tài liệu liên quan đến thiết kế kiến tr c, các tài liệu liên quan đến công nghệ
3D và 2D, các bài báo chuyên đ liên quan đến công nghệ này. Tìm kiếm m t số

công trình xây dựng t i Lào đ thực hiện nghiên cứu theo thực tế.

6. Cấu trúc của luận văn
Cấu tr c của Luận văn bao g m c 3 phần :
I. Phần mở đầu
Trình bày lý do ch n đ tài cũng như t nh cấp thiết của đ tài, tổng quan v
các vấn đ nghiên cứu, mục đ ch, đối tượng, ph m vi nghiên cứu và phương pháp
nghiên cứu, cuối c ng là cấu tr c của Luận văn.
II. Phần nội dung
Phần n i dung g m c 3 chương:
Chư ng 1 : C SỞ L LUẬN
Trong chương này trình bày khái quát v đ h a 3D, m t số khái niệm v đ
h a 3D, l ch s phát tri n các ứng dụng cơ bản của đ h a ba chi u, l thuyết v
m t số k thuật t o dựng mô hình 3D, đưa ra việc so sánh và đánh giá hiệu qủa các
k thuật t o các lo i mô hình cơ bản, cũng như k thuật phản chuy n từ các hình
chiếu cơ bản thành mô hình 3D.
Chư ng :
TS
Ỹ THUẬT TẠ
Ô H NH D
Chương này giới thiệu m t số k thuật t o mô hình 3D như các k thuật phản
chuy n mô hình 3D từ bản v k thuật, phương pháp phản chuy n dựa trên CSG,
các bước trong phương pháp phản chuy n mô hình 3D dựa trên -Rep đi n hình,
Từ các k thuật trung n i trên được dựa vào các phần m m chuyên dụng đ
t o các đố tượng 3D từ đối tượng 2D.
Chư ng : CHƯ NG TR NH TH C NGHIỆ
Chương này được đưa ra các bước t o mô hình phối cảnh n i thất và Phối
cảnh toà nhà cũng như t o đối tượng 3D, t o ánh sáng, màu sắc, môi trư ng xung
quanh... và kết xuất. Kết qủa là được th hiện phối cảnh b ng công nghệ 3D c cả
hình tĩnh và video ho t hình.

III. Phần kết luận
Phần kết luận được đưa ra các kết quả đã đ t được của luận văn, h n chế của
luận văn và nh ng hướng phát tri n trong tương lai của luận văn.


6

CHƯ NG 1 : C
1.1

SỞ L LUẬN

h i qu t về đ họa D
h a máy t nh computer graphics là m t lĩnh vực nghiên cứu v cơ sở

toán h c, các thuật toán cũng như các kĩ thuật đ cho ph p t o, hi n th và đi u
khi n hình ảnh trên màn hình máy t nh.

h a máy t nh c liên quan t nhi u đến

m t số lĩnh vực như đ i số, hình h c giải t ch, hình h c h a hình, quang h c,... và kĩ
thuật máy t nh, đ c biệt là chế t o phần cứng các lo i màn hình, các thiết b xuất,
nhập, các v m ch đ h a... .
Các lĩnh vực đ h a máy t nh liên quan đến việc t o ra và hi n th các đối
tượng ba chi u trong m t không gian hai chi u v dụ, màn hình hi n th

là đ h a

3D. Trong đ , đi m ảnh trong m t hình ảnh 2-chi u c các thu c t nh của v tr ,
màu sắc, và đ sáng, m t đi m ảnh 3-D cho biết thêm m t thu c t nh chi u sâu cho

biết đi m n m trên m t trục Z tưởng tượng. Khi được kết hợp nhi u đi m ảnh 3D,
với m i giá tr chi u sâu riêng của mình, kết quả là ta c m t b m t ba chi u.
Ngoài ra, đ h a 3D cũng h trợ nhi u đối tượng tương tác với nhau. V dụ, m t vật
rắn, m t phần c th ẩn đ ng sau n . Cuối c ng, máy t nh x l với các k thuật s
dụng trong không gian 3 chi u đ hi n th vật th thực tế với chi u sâu của n [21].
Mục đ ch ch nh của đ h a 3D là t o ra và mô tả các đối tượng, các mô hình
trong thế giới thật b ng máy t nh sao cho càng giống với thật càng tốt. Việc nghiên
cứu các phương pháp các k thuật khác nhau của đ h a 3D cũng ch hướng đến
m t mục tiêu duy nhất đ là làm sao cho các nhân vật, các đối tượng, các mô hình
được t o ra trong máy t nh giống thật nhất.

(

Gốc

)

H nh 1.1 : C c dạng h nh học D


7

1.1.1 Một số khái niệm về đồ họa 3D
Hệ đ h a bao gi cũng c hai thành phần ch nh đ là phần cứng và phần
m m. Phần cứng g m thiết b hi n th và nhập d liệu,
Phần m m g m công cụ
lập trình và các trình ứng dụng đ h a. Công cụ lập trình cung cấp tập các hàm đ
h a c th được d ng trong các ngôn ng lập trình cấp cao như C, Pascal, ... Các
hàm cơ sở của đ ho bao g m việc t o đối tượng cơ sở của hình ảnh như đo n
thẳng, đa giác, đư ng tròn thay đổi màu sắc, ch n khung nhìn, áp dụng các phép

biến đổi, Ứng dụng đ h a được thiết kế cho nh ng ngư i d ng không phải là lập
trình viên t o được đối tượng, hình ảnh,

mà không cần quan tâm tới việc chúng

được t o ra như thế nào. V dụ như là Photoshop, AutoCAD,
Việc th hiện các đối tượng 3D trên máy tính là cần thiết vì phần lớn các đối
tượng trong thế giới thực là đối tượng 3D còn thiết b hi n th ch hi n th ảnh 2
chi u. Do vậy muốn c hình ảnh 3 chi u ta cần phải giả lập. i u di n đối tượng 3D
b ng máy t nh phải tuân theo quy luật v phối cảnh, sáng, tối gi p ngư i xem
nhìn thấy hình ảnh gần đ ng nhất. Chiến lược cơ bản là chuy n đổi từng bước. Hình
ảnh s được hình thành ngày càng chi tiết hơn. Khi mô hình h a và hi n th m t
hình ảnh 3D ch ng ta x t rất nhi u kh a c nh và các vấn đ khác nhau không đơn
giản là thêm m t t a đ thứ 3 cho các đối tượng [3].
m t đối tượng c th được
xây dựng bởi nhi u tổ hợp khác nhau của m t phẳng và m t cong, đôi khi ch ng ta
còn mô tả m t số thông tin bên trong đối tượng. Khi bi u di n đối tượng 3 chi u
b ng máy tính ta cần quan tâm các vấn đ sau [2]:
 Phư ng ph p bi u diễn : Có 2 phương pháp bi u di n đối tượng 3 chi u là
phương pháp bi u di n b m t -reps và bi u di n theo phân ho ch không gian
(space-partitioning representation).
Phương pháp bi u di n b m t mô tả đối tượng b ng m t tập hợp các b m t
giới h n phần bên trong của đối tượng với môi trư ng bên ngoài. Thông thư ng ta
xấp x các b m t phức t p bởi các mảnh nhỏ hơn g i là các patch (m t vá . Các
mảnh này c th là các đa giác ho c các m t cong.
Phương pháp phân ho ch không gian thư ng d ng đ mô tả các thu c tính
bên trong đối tượng.
 C c phép biến đổi h nh học : Khi áp dụng m t dãy các ph p biến đổi hình
h c c th t o ra nhi u phiên bản của c ng m t đối tượng. Do đ c th quan sát vật
th ở nhi u v tr , nhi u g c đ khác nhau và cảm nhận v các hình ảnh v ba chi u

8

s trực quan, sinh đ ng hơn. Các ph p biến đổi thư ng được s dụng là ph p t nh
tiến, ph p quy, ph p biến d ng được mô tả b ng các ma trận. Ma trận của m i
ph p biến đổi c các d ng khác nhau
 Vấn đề chiếu s ng : Tác dụng của việc chiếu sáng là làm cho các đối tượng
hi n th trong máy t nh giống với vật th trong thế giới thực.
thực hiện công việc
này cần phải c các mô hình t o sáng. Vật th được chiếu sáng nh vào ánh sáng
đến từ khắp m i hướng g i là ánh sáng xung quanh (ambient light) hay ánh sáng
n n background light Trên b m t c 2 lo i hiệu ứng phát sáng là khuếch tán
(diffuse light) ánh sáng đi theo m i hướng và phản x gương specular light .
 Vấn đề tạo bóng :
t o b ng ta ứng dụng các mô hình xác đ nh cư ng đ
sáng theo nhi u ki u khác nhau t y thu c bài toán cụ th . Các vật c b m t phẳng
ch cần t nh cư ng đ sáng chung cho m t b m t là c th hi n th đối tượng tương
đối thật. Các vật c b m t cong phải t nh cư ng đ sáng cho từng pixel trên b m t.
tăng tốc đ ta xấp x các m t cong bởi m t tập hợp các m t phẳng. Với m i m t
phẳng s áp dụng mô hình cư ng đ không đổi flat shading ho c cư ng đ n i suy
Gouraud shading, Phong shading đ t o b ng.

1.1.2 Lịch sử phát triển
L ch s của đ h a máy t nh là vào thập niên 1960 được đánh dấu bởi dự án
SketchPad được phát tri n t i H c viện Công nghệ Massachusetts MIT bởi Ivan
Sutherland. Các thành tựu thu được đã được báo cáo t i h i ngh Fall Joint
Computer và đây cũng ch nh là sự kiện lần đầu tiên ngư i ta c th t o mới, hi n th
và thay đổi được d liệu hình ảnh trực tiếp trên màn hình máy t nh trong th i gian
thực. Hệ thống Sketchpad này được d ng đ thiết kế hệ thống m ch điện và bao

g m nh ng thành phần như : CRT màn hình, t sáng và m t bàn ph m bao g m
các ph m chức năng, Máy t nh chứa chương trình x l các thông tin.
Với hệ thống này, ngư i s dụng c th v trực tiếp các sơ đ m ch điện lên
màn hình thông qua b t sáng, chương trình s phân t ch và t nh toán các thông số
cần thiết của m ch điện do ngư i d ng v nên.
Cũng trong năm 1960 này, William Fetter nhà khoa h c ngư i M . Ông
đang nghiên cứu xây dựng mô hình bu ng lái máy bay cho hãng oeing của M .
Ông dựa trên hình ảnh ba chi u của mô hình ngư i phi công trong bu ng lái của
máy bay đ xây dựng nên m t mô hình tối ưu cho bu ng lái máy bay. Phương pháp


9

này cho ph p các nhà thiết kế quan sát m t cách trực quan v tr của ngư i lái trong
khoang. Ông đ t tên cho phương pháp này là đ ho máy tính (Computer Graphics).
Màn hình là thiết b thông dụng nhất trong hệ đ ho , các thao tác của hầu
hết các màn hình đ u dựa trên thiết kế ống tia âm cực CRT Cathode ray tube .
K thuật đ h a được liên tục hoàn thiện vào thập niên 1970 với sự xuất hiện
của các chuẩn đ h a làm tăng cư ng khả năng giao tiếp và tái s dụng của phần
m m cũng như các thư viện đ h a. Sự phát tri n vượt bậc của công nghệ vi điện t
và phần cứng máy t nh vào thập niên 1980 làm xuất hiện hàng lo t các v m ch h
trợ cho việc truy xuất đ h a đi c ng với sự giảm giá đáng k của máy t nh cá nhân
làm đ h a ngày càng đi sâu vào cu c sống thực tế. Nh ng năm 1980 c raster
graphics đ ho đi m . ắt đầu chuẩn đ ho v dụ như: GKS Graphics Kernel
System : European effort kết quả của châu âu , ecomes ISO 2D standard.
Thập niên 90 phát tri n đ c biệt v phần cứng, thiết b hình h c đ ho
Silicon. Xuất hiện các chuẩn công nghiệp: PHIGS Programmers Hierarchical
Interactive Graphics Standard xác đ nh các phương pháp chuẩn cho các mô hình
th i gian thực v lập trình hướng đối tượng. Giao diện ngư i máy Human-Computer
Interface (HCI).

Ngày nay xuất hiện ảnh hiện thực, c c đ ho cho máy t nh Graphics cards
for PCs , game boxes và game players. Công nghiệp phim ảnh nh vào đ ho máy
t nh Computer graphics becoming routine in movie industry , Maya thế giới vật
chất tri giác được [1]

1.1.3 Các ứng dụng cơ bản của đồ họa 3D
3D là công nghệ được xây dựng từ các phần m m máy t nh, gi p ngư i s
dụng c th quan sát hình ảnh trong không gian ba chi u. Ứng dụng của công nghệ
này được s dụng trong m t số lĩnh vực đ t hiệu quả cao như Y h c, xây dựng, kiến
tr c, phim, trò chơi...


ng dụng đ hoạ D trong x y d ng kiến trúc
ối với ngư i thiết kế: c th v lên không gian 3 chi u, ứng dụng vật liệu

thật vào không gian, phối tr và phân t ch ánh sáng, thông gi hợp l nhất cho công
trình thiết kế xây dựng làm cho sự kết hợp gi a các yếu tố, bố tr các vật dụng trở
nên hài hoà. T nh toán tải tr ng kết cấu ch nh xác nhất, đưa ra giải pháp tiết kiệm
vật tư và chi ph nh m nâng cao năng lực c nh tranh. ối với ngư i khách hàng:


10

ứng dụng 3D trong kiến tr c làm cho ngư i xem như đứng ngay trong không gian
trong thực tế.


ng dụng đ hoạ D trong y tế
Ứng dụng công nghệ hình ảnh 3D thu h t sự ch
của nhi u ngư i trong

lĩnh vực y h c. Nhi u bác sĩ cũng tận dụng công nghệ mới này phục vụ đi u tr
bệnh nhân gi p tăng đ ch nh xác và hiệu quả. Với phương pháp chụp cắt lớp điện
toán CT hay chụp c ng hưởng từ MRI . ác sĩ phải theo dõi hình ảnh 2D trên
màn hình, vừa phải tưởng tượng hình ảnh trong không gian 3 chi u đã g p không t
kh khăn. Ứng dụng công nghệ hình ảnh 3D, bác sĩ nhìn được các hình ảnh 3 chi u
rõ n t ngay lập tức và tập trung hơn vào phẫu thuật.


ng dụng đ hoạ D trong phim trò ch i
Công nghệ 3D trong phim ảnh đang là xu hướng phát tri n của điện ảnh thế

giới. Ứng dụng t o hình 3D mang đến cho ngư i xem nh ng trải nghiệm thực sự,
nh ng hình ảnh sống đ ng và hấp dẫn. N cũng được s dụng đ t o các hiệu ứng
phim và thực t i ảo, khán giả s trải nghiệm nh ng hành đ ng, c ch sống đ ng
như thật. Trong game, ứng dụng công nghệ 3D đ xây dựng mô hình, và chuy n
đ ng cho hình ảnh sắc n t gi p ngư i chơi bao quát được toàn b g c nhìn với chất
lượng hình ảnh tốt nhất và không b gián đo n.


ng dụng đ hoạ D trong m phỏng đào tạo
Hệ thống phần m m mô phỏng các th nghiệm b ng hình ảnh minh h a sống

đ ng, gi p h c sinh d nhận biết, tiếp thu và t o sự hứng th với môn h c. Cho
ph p h c sinh, sinh viên được quan sát trực quan các mô hình cụ th , thấy được
nh ng ho t đ ng, chuy n đ ng của các sự vật, sự kiện được giảng viên trình bày.
H c sinh được hình dung m t cách rõ ràng và đầy đủ các khái niệm v hình h c
không gian, đ a l vũ trụ, mô hình sinh h c ho c các khái niệm kh tưởng tượng ra
trong thế giới hai chi u.


ng dụng đ hoạ D trong lĩnh v c quốc phòng và an ninh
Nh ng sản phẩm mô phỏng s được áp dụng trong giảng d y các môn khoa

h c như Giáo dục quốc phòng, quân sự. Ngư i h c c th quan sát chi tiết các ho t
đ ng của các b phận cơ kh ,quy trình ho t đ ng và tương tác, nh ng hiện tượng
xảy ra trong các ho t đ ng của vũ kh . Công nghệ mô phỏng 3D mô tả chi tiết cụ
th hiện tượng bắn, quá trình chuy n vận của các b phận trong tương tác sự vật,
hiện tượng gi p cho h c sinh d nhận biết, tiếp thu t o sự hứng th với môn h c.


11

C th n i các ứng dụng ti m năng của công nghệ hình ảnh 3D là vô h n và
đ làm được đi u đ ta phải nắm được quy trình hi n th ảnh 3D.
nghĩa của việc ứng dụng đ ho 3D, như vậy ch ng ta thấy được nghĩa
to lớn của việc ứng dụng đ ho 3D, bởi nh ng vấn đ kh khăn mà nếu không c
đ ho 3D thì c th n i là kh lòng mà giải quyết, hay nếu c th giải quyết được
thì hiệu quả không cao và chi ph s rất tốn k m. Còn khi ứng dụng đ ho 3D vào,
thì nh ng vấn đ đ trở lên hết sức đơn giản, và hiệu quả của n mang l i thì thực
sự là to lớn, k cả vật chất lẫn tinh thần.

1. Tạo d ng m h nh D
Các đối tượng trong thế giới thực phần lớn là các đối tượng 3 chi u còn thiết
b hi n th ch 2 chi u. Muốn c hình ảnh 3 chi u ta cần giả lập b ng cách chuy n
đổi từng bước. Hình ảnh s được hình thành từ từ, ngày càng chi tiết hơn.
Quy trình x l thông tin trong đ h a 3 chi u là chu i các bước nối tiếp
nhau, kết quả của m i bước là đầu vào của bước tiếp theo. Quy trình bắt đầu b ng
việc xây dựng các mô hình đối tượng trong không gian ba chi u x, y, z . Các mô
hình thư ng th hiện vật th

solid ho c b m t boundaries của đối tượng. Như

vậy c hai ki u mô hình h a. Trong solid modeling các đối tượng đ h a mô tả các
đối tượng th t ch volume . Trong B-reps, các đối tượng được đ nh nghĩa bởi b
m t. Các mô hình thư ng được bi u di n trong hệ t a đ đối tượng. Trong hệ t a đ
này ch c đối tượng được đ nh nghĩa, vì vậy gốc t a đ và đơn v đo lư ng thư ng
được ch n sao cho việc bi u di n đối tượng tiện lợi nhất.
biến đổi từ hệ t o đ đối tượng sang hệ t o đ thế giới thực
lo i bỏ các đối tượng không nhìn thấy
chiếu sáng các đối tượng
biến đổi hệ t a đ quan sát v gốc t a đ

lo i bỏ hoàn toàn các đối tượng không nhìn thấy
chiếu các đối tượng xuống m t phẳng hai chi u
chuy n đối tượng sang d ng pixel
hi n th đối tượng
H nh 1.2 : Quy trình hi n thị đối tượng 3D


12

C c bước trong quy tr nh hi n thị đối tượng D được hi u như sau:
Bước 1: biến đổi đối tượng từ không gian đối tượng object-space) vào m t
không gian chung g i là không gian thực world space . Trong không gian thực các
đối tượng, ngu n sáng, và ngư i quan sát c ng t n t i.
Bước

: lo i trừ tất cả các đối tượng không th nhìn thấy tránh x l m t số

phần không cần thiết.

H nh 1.3 : Loại bỏ c c đối tượng kh ng nh n thấy

Bước : chiếu sáng illumination các đối tượng c th nhìn thấy được b ng
cách gán cho ch ng màu sắc dựa trên các đ c t nh của các chất t o nên vật và các
ngu n sáng t n t i trong cảnh.

chiếu sáng
S nhận thức
Phản xạ

H nh 1.4 : Chiếu s ng đối tượng

Bước 4 : biến đổi hệ t a đ quan sát viewing position v gốc t a đ và
m t phẳng quan sát viewing plane .
mắt

Nh nh vào

H nh 1.5 : Chuy n đối tượng sang kh ng gian quan s t

Bước 5: lo i bỏ hoàn toàn các đối tượng các mảnh đối tượng không nhìn
thấy được trong ảnh.


13

H nh 1.6 : Loại bỏ đối tượng nằm ngoài view

Bước 6: chiếu các đối tượng xuống m t phẳng hai chi u.

Bước 7: chuy n đối tượng thành các pixel.

H nh 1.7 : Chuy n đối tượng thành pixel

ước cuối c ng: toàn cảnh s được hi n th lên màn hình.

H nh 1.8 : Hi n thị đối tượng

c th thực hiện được các bước trong quy trình hi n th đối tượng 3D ta
cần phải nắm rõ m t số đ nh nghĩa và cách bi u di n v tái t o khối.

1.2.1 Các o i m h nh cơ bản
Mô hình là m t sự mô tả và trình di n dựa vào máy tinh của m t đối tượng 3
chi u. Các mẫu c th được t o với các phần m m dựng hình, các thiết b số hoá 3D
v..v. C 3 ki u mô hình hay s dụng.

là: Polygon, NUR S và Subdiv [23].

1.2.1.1 Polygon
Polygon là m t khối g m c n m t và được t o thành từ các đ nh (vertices)
và các đư ng thẳng gi a các đ nh g i là các c nh edges .


14

ỉnh
Cạnh

mặt
mặt

Tam g c

ag c

H nh 1.9 : đi m cạnh mặt

Khi dựng polygon, nên s dụng các tam giác hay tứ giác vì ch ng d dàng đ
dựng và dung lượng tốn rất t. M t polygon đơn giản nhất còn g i là face, và n
giống như là m t v ng phủ k n được t o từ các đ nh và các c nh.bao lấy n . C th
hình dung ra Polygon m t cách sơ lược qua hình ảnh dưới đây:

H nh 1.10 : Qu tr nh x y d ng một đối tượng bằng Polygon

ột số loại Polygon:
 Mesh: Là tập hợp nhi u polygon c th khác ki u tam giác, tứ giác, đa giác
kết nối với nhau .
 Shell: M t tập các m t ch kết nối với nhau t i m t đi m duy nhất.
Lợi ích của Polygon:
 Polygon là ki u dựng hình lâu đ i nhất của đ ho 3D. Vì vậy, n là c i r
cho m i ki u dựng hình khác.
 Polygon là hình đơn giản nhất và vì thế n d dàng chuy n đối gi a các file
của các platform khác nhau.
 Với Polygon, s mất t d liệu đ mô tả các surface đơn giản. V dụ như m t
m t phẳng thì polygon 4 đi m s đơn giản hơn rất nhi u so với m t mảng ráp
b-spline (b-spline patch ) phẳng cần t nhất 16 CVs.
 Làm việc với Polygon cho ph p c th mở r ng hình từ m t m t, m t c nh
hay thậm ch là m t đ nh.
 Polygon cho ph p c th hợp nhất nhi u đi m, nhi u c nh, nhi u m t ho c là
tất cả các thứ đ vào với nhau.

15

Hạn chế của Polygon:
 Trong việc tăng đ phân giải của mô hình, nếu với NUR S thì s tốn m t lượng
CVs t hơn rất nhi u khi ta phải tăng mức chi tiết của m t Polygon. V dụ: M t hình
cầu NUR S mất 56 CVs, m t hình cầu Polygon phải mất 600 đ nh mới được như
NURBS.
 Trong dựng hình, c th phải liên kết nhi u mesh l i với nhau polymesh . Nhưng c
th hành đ ng này l i làm cho m t trong các mesh ban đầu b xoá đi.

i u đ đòi

hỏi phải c sự sao ch p các mesh dự phòng trước khi thực hiện liên kết.
1.2.1.2 NURBS
NURBS là từ viết tắt của Non-Uniform Rational B-Spline.

ây là m t ki u

hình khối bao g m các đư ng cong curves , các mảng ráp patches , các b m t
(surfaces). NUR S là m t tập hợp r ng lớn các đư ng cong conic, splines và
Bezier. Ch ng c khả năng ph hợp đ c biệt trong 3D bởi vì ch ng cung cấp t nh
liên tục rất hoàn hảo với m t lượng tối thi u các đi m đi u khi n control points .
 Non-Uniform là phần tham số hoá của đư ng cong. .
 Rational là phương trình h u t của đư ng cong. T nh chất này cho ph p NUR S c
th th hiện các đư ng conic cũng như các đư ng cong đa d ng khác m t cách ch nh
xác.
 B-splines là các đư ng cong đa thức c th hiện theo tham số.
iều đặc biệt của NURBS ch nh là s dụng các phương trình tham số đ
bi u di n đư ng cong và các phương trình này ph hợp cho bi u di n trong 3D.

S dụng các mô hình ki u NUR S khi muốn dựng các b m t c đ trơn
nhẵn cao. V dụ: hình cầu.
Các đư ng cong và các surface NUR S c rất nhi u các ứng dụng và được ưa
d ng trong thiết kế công nghiệp và tự đ ng. ây là nh ng nơi các hình d ng trơn tru
với lượng d liệu tối thi u là yêu cầu đ t ra. Các đư ng cong NUR S phát huy hiệu
quả trong việc t o ra đư ng chuy n đ ng liên tục của m t đối tượng được ho t hoá.
Rất nhi u ứng dụng của CAD/CAM, VR, animation và kĩ thuật hình ảnh, các
đối tượng được dựng từ các NUR S surfaces. Với tầm quan tr ng của mình,
NUR S đã được tập trung nghiên cứu trong 3 thập k gần đây.