(Luận văn thạc sĩ) nghiên cứu một số phương pháp biểu diễn bề mặt trong không gian 3 chiều

p

=

s

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

KHOA CÔNG NGHỆ

LÊ H Ư N G P H Ú C

N G H IÊ N C Ứ U M Ộ T s ố P H Ư Ơ N G P H Á P
B IỂ U D IỄ N B Ể M Ặ T
T R O N G K H Ô N G G IA N 3 C H lỂ U
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
MÃ SỐ : 1.01.10

LU ẬN VĂN THẠC s ĩ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. ĐỖ NÂNG TOÀN

HÀ NỘI - 2004

II


Nghiên cứu một sổ phương pháp biếu diễn bề mặt trong không gian ba chiêu

M ụ c

lụ c
Trang

Phần mỏ’ đ ầu.................................................................................................................. 4
Chưong 1. Tổng quan về đồ họa ba chiều..................................................................7
1.1. Đồ họa máy tính và ứng dụng................................................................................. 7
1.1.1. Đồ họa máy tính là gì?..................................................................................... 7
1.1.2. Các ứng dụng của đồ họa máy tính................................................................. 8
1.1.2.1. Hỗ trợ thiết kế CAD (Cơmpuier-ded-Design), hỗ trợ sản xuất sản phẩm
CAM (c 'omputer-A¡lied-Manu/acturing)....................................................................... 8
1.1.2.2. Giao diện người - máy (user-inter/ace)...................................................... 9
1.1.2.3. Biểu diễn thông tin................................................................................ 11
1.1.2.4. Giải trí nghệ thuật................................................................................. 11
1.1.2.5. Giáo dục và đào tạo.............................................................................. 12
1.1.2.6. Tự động hóa văn phịng và in ấn điện tử ............................................... 12
1.1.2.7. Bản đồ học............................................................................................... 12
1.2. Các thành phần cơ bản của một hệ đồ họa máy tính............................................ 13
1.2.1. Giới thiệu......................................................................................................... 13
1.2.2. Bộ vi xử lý và bộ nhớ RAM........................................................................... 14
1.2.3. Thiết bị nhập................................................................................................... 14
1.2.4. Các thiết bị hiển thị.........................................................................................15
1.2.4.1. Thiết bị hiển thị......................................................................................15
1.2.4.2. Thiết bị vẽ, in.........................................................................................17
1.2.4.3. Màn hình (monitor-đìspỉav)........................................................................ 18
1.2.4.4. Bảng tra màu LUT (Look Up Tabỉè)...................................................... 21
1.2.5. Sự kết nối giữa hệ thống máy tính với các thiết bị hiển thị.........................23
Chương 2. Biểu diễn bề mặt trong khôog gian ba chiều..................................... 26
2.1. Các phương pháp biểu diễn bề mặt.......................................................................26
2.1.1. Bề mặt đa giác................................................................................................. 27

2 .1.1.1. Biểu diễn lưới đa giác.............................................................................28
2.1.1.2. Phương trình mặt phẳng..........................................................................31
a) Phương trình hàm ẩn.........................................................................................31
b) Xác định điểm trên mặt phẳng.........................................................................33

MỊ c u

(


Nghiên cint một .vôphương pháp biêu diễn bề mặt trong khơng gian ba chiểu

2.1.2. Bề mặt bậc hai...............................................................................................34
2.1.2.1. Hình cầu.................................................................................................34
2.1.2.2. Ellipsoid.................................................................................................35
2.1.2.3. Hình xuyến.............................................................................................36
2.1.2.4. Be mặt trịn xoay................................................................................... 37
2.1.3. Be mặt có qui luật.........................................................................................37
2.1.4. Bề mặt bậc 3 Hermite................................................................................... 39
2.1.5. Be mặt Bezier................................................................................................41
2.1.6. Ghép nối các bề mặt bậc 3 ........................................................................... 42
2.1.7. Pháp tuyến với mặt phẳng............................................................................ 43
2.2. Đơn giản bề mặt (surface Simplication) trong biểu diễn bề mặtvật thể ba chiều . 44
2.2.1. Phân loại các phương pháp biểu diễn bề mặt vật thể bachiều................. 46
2.2.1.1. Phương pháp phân chia thích nghi (Adaptive Subdivision) ..................... 48
2.2.1.2. Phương pháp lấy mẫu (Sampling)...........................................................49
2.2.1.3. Phương pháp loại bỏ hình học........................ ..................................... 49
2.2.2. Thuật toán “độ đo sai số bậc hai QEM” (Quadric Error Metric)...................50
2.2.2.1. Một sổ khái niệm và giả thiết banđầu của thuật toán........................... 52
2.2.2.2. Ý tưởng và các bước của thuật toán...................................................... 58

2.2.2.3. Tập các cặp đỉnh sẽ được xem xét & loại bỏ.........................................59
2.2.2.4. Hàm xác định giá.....................................................................................60
2.2.2.5. Kiểm tra tính toàn vẹn............................................................................ 66
2.2.3. Kết luận........................................................................................................... 68
Chương 3. Nâng cao chất lượng biểu diễn bề m ặt................................................. 71
3.1. Biểu diễn bề mặt dùng kỹ thuật Morphing............................................................ 71
3.1.1. Các phép nội suy............................................................................................. 71
3.1.1.1. Affine........................................................................................................71
3.1.1.2. Bilinear Interpolation.............................................................................. 72
3.1.1.3. Projective Interpolation........................................................................... 73
3.1.2. Kỹ thuật biến đỗi dựa trên khung lưới......................................................... 74
3.1.2.1. Xác định tập đặc trưng............................................................................ 74
3.1.2.2. Xây dựng hàm biến đổi........................................................................... 74
3.1.2.3. Nhận xét kết quả..................................................................................... 76
3.1.3. Kỹ thuật biến đổi trên cơ sở các vector......................................................... 76
3.1.3.1. Xác định tập các đặc trưng.....................................................................76
3.1.3.2. Xây dựng hàm biến đổi...........................................................................76
3.2. Thuật toán biến đổi trên cơ sở phân hìnhtam giác............................................... 80

MỤC I. Ị c


Nghiên cím một số phương pháp biếu diễn bề mặt trong không giun ba chiều

"ỉ

3.2.1. Ý tướng cơ bản................................................................................................ 80
3.2.2. Cơ sở lý thuyết................................................................................................ 81
3.2.2.1. Khái niệm về toạ độ Barycentric............................................................ 81
3.2.2.2. Một số đặc điểm cần chú ý của toạ độ Barycentric.............................. 82

3.2.3. Xây dựng thuật toán...................................................................................... 82
3.2.4. Phương pháp xác định tất cả các điểm thuộc một tamgiác.......................... 83
3.3. Thuật toán biến đổi trên cơ sở tập các điểm đặc trưng.........................................84
3.3.1. Lv do đưa ra thuật toán.................................................................................. 84
3.3.2. Ý tưởng cơ bản................................................................................................ 84
3.3.3. Cơ sở lý thuyết................................................................................................ 84
3.3.3.1. Tính chất phân vùng của đổi tượng ảnh................................................ 84
3.3.3.2. Một số tính chất của biên ảnh.................................................................85
3.3.3.3. Lực hút giữa hai vật................................................................................ 86
3.3.4. Xây dựng thuật toán....................................................................................... 86
3.3.4.1. Lý do lựa chọn ba điểm để biểu diễn sự phụ thuộc.............................. 86
3.3.4.2. Tiêu chí lựa chọn 3 điểm thích hợp....................................................... 87
3.3.4.3. Giảm nhẹ tập các điểm cần duyệt.......................................................... 87
3.3.4.4. Xây đựng hàm mục tiêu và phương pháp duyệt....................................88
3.3.5. Xây dựng công thức biển đổi.........................................................................90
Chương 4. ứng dụng biểu diễn bề mặt.....................................................................92
4.1. Đặt vấn đề................................................................................................................92
4.2. Nắn chỉnh hình dạng ảnh sách trưng bày trong thương mại điện t ử ..................95
4.2.1. Mục đích bài tốn............................................................................................95
4.2.2. u cầu............................................................................................................ 95
4.3. Nan chỉnh hình dạng...............................................................................................96
4.3.1. Biểu diễn bề mặt............................................................................................. 96
4.3.2. Xây dựng khung nắn chỉnh............................................................................99
4.4. Biểu diễn bề mặt bao phủ.................................................................................. 101
4.4.1. Xác định các cặp điểm đặc trưng...............................................................101
4.4.2. Xác định các điểm cần được nội suy......................................................... 102
4.5. Chương trình nắn chỉnh sách hình học..............................................................103
4.5.1. Giao diện của chương trình........................................................................ 103
4.5.2. Một số kết quả của chương trình................................................................103
Phần kết luận..............................................................................................................105

Tài liệu tham khảo..................................................................................................... 107

M U '1.1. (


Nghiên círu mội sổ phương pháp biếu diễn bề mặt trong khàng gian ba chiểu

P h ầ n

m ở

4

đ ầ u

Đ ồ họa máy tính là một lĩnh vực của cơng nghệ thơng tin mà ở đó,
việc nghiên cứu, xây dựng và tập hợp các cơng cụ (m ơ hình lý thuyết,
p h ầ n m ềm v.v...) khác nhau nhằm kiến tạo, xây dựng, lưu trữ và xử lý
các mơ hình (m o d els) và hình ảnh ( im ages) của sự vật-hiện tượng trong
cuộc sổng, trong sản xuất và trong nghiên cứu. Các mơ hình và hình
ảnh này có thể là các kết quả thu được từ những lĩnh vực khác nhau của
rất nhiều ngành khoa học (chẳng hạn như vật Ịỷ, toán học, thiên văn
học, sinh học, p h ỏ n g sinh học, y học, v.v...) và nhiều thể loại phong phú
như cấu trúc phân tử, cấu trúc sinh học, mơ hình vũ trụ v.v...

N gày nay, việc sử dụng đồ họa máy tính đã thâm nhập vào rất
nhiều lTnh vực như trong biểu diễn thông tin, in ấn xuất bản, trong thiết
kế kỹ thuật, thiết kế kiến trúc, mô phỏng thế giới thực (thực tạ i ảoV irtuaỉ re a lity ), thiết kế giao diện máy-người sử dụng v.v... và ngày
càng chứng tỏ sự quan trọng không thể thiếu được khi các máy móc
thiết bị cơng nghệ phục vụ cho các lĩnh vực nói trên đang dần chuyển

sang sử sựng cơng nghệ kỳ thuật số và hiện nay thậm chí cịn trở thành
nghệ thuật số (D ig ita l art).

PH i.X M Ớ ỉ) i l


Nghiên cứu một số phương pháp biếu diễn bề mặt trong khơng gian ba chiểu

5

Ỏ nhóm ứng dụng đồ họa hai chiều cung cấp các khả năng thể hiện các
biếu đồ, đồ thị {hình ảnh hai chiều)', cịn ở nhóm ứng dụng đồ họa ba chiều và
ảnh động cung cấp các khả năng thế hiện các hình ảnh, mơ hình trong không
gian ba chiều, kỹ thuật mô phỏng thế giới thực, tạo ra các bức ảnh sống động
cho phim ảnh, truyền hình từ các kỹ thuật mơ tả chuyển động của các mơ
hình đó v.v...

Thực chất của vấn đề biểu diễn vật thể trong không gian ba chiều của đồ
họa máy tính là q trình xử lý dữ liệu-biếu diễn đổi tượng trong không gian
ba chiều để tạo nên ảnh thật hai chiều (thề hiện lên màn hình) theo những góc
nhìn khác nhau của đối tượng này {qua các phép chiếu - projections). Nói
cách khác, đó chính là việc biểu diễn bề mặt của vật thể theo từng góc nhìn
khác nhau.

Hiện nay, việc nghiên cứu các nền tảng lý thuyết của đồ họa máy tính về
các phương pháp biểu diễn bề mặt trong không gian ba chiều đã được nhiều
nhà khoa học Việt Nam quan tâm, sử dụng lược đồ Voronoi, tam giác
Delauny trong việc biểu diễn bề mặt các đối tượng ảnh đã được các nhà khoa
học máy tính trên thế giới đề cập.

Trong luận văn này, chúng tôi tìm hiểu một sổ phương pháp biểu diễn bề
mặt vật thể trong khơng gian ba chiều trong đó chú trọng đến việc biểu diễn
bề mặt bàng lưới đa giác có đa giác là “tam giác” (đa giác có so cạnh cực
tiêu) và phương pháp giảm thiểu đa diện biểu diễn bề mặt. ứ n g dụng thử
nghiệm trong nắn chỉnh bề mặt vật thể về hình dạng nguyên gốc trong không
gian ba chiều.

/7/1 V MỜ DAI


Nghiên cicu một sổ phương pháp biêu diễn hề mặt trong không gian ba chiều

6

Luận văn gồm 108 trang chia thành 4 chưomg, phần mở đầu, phần kết
luận và tài liệu tham khảo được cấu trúc như sau:

Chương 1: Tổng quan về đồ họa ba chiều {19 trang)
Giới thiệu tổng quan về đồ họa máy tính, các thành phần cơ bản của một
hệ đồ họa máy tính và ứng dụng của đồ họa máy tính trong các lĩnh vực đời
sổng, xã hội.
Chương 2: Biểu diễn bề mặt trong không gian ba chiều (45 trang)
Trình bày các mơ hình cơ sở lý thuyết phố cập hiện nay thường dùng đế
biểu diễn bề mặt vật thể ba chiều trong đồ họa máy tính. Chương này cũng
trình bày một số phương pháp giảm thiểu đa diện biểu diễn bề mặt vật thể
nhằm cải thiện tốc độ xử lý dữ liệu trên máy tính mà hình ảnh bề mặt biểu
diễn của vật thế vẫn đảm bảo tính thực ở mức có thể chấp nhận được.
Chương 3: Nâng cao chất lượng biểu diễn bề mặt (21 trang)
Trinh bày các kỹ thuật biểu diễn phủ bề mặt đa giác, nhẳm nâng cao chất
lượng biểu diễn bề mặt trong không gian ba chiều.

Chương 4: ứ n g dụng biểu diễn bề mặt (73 trang)
Trình bày kỹ thuật Morphing cho việc biểu diễn phủ bề mặt đa giác và
ứng dụng thử nghiệm trong nắn chỉnh bề mặt vật thể về hình dạng ngun gốc
áp dụng vào việc khơi phục bề mặt cho đối tượng có hình dáng ngun thủy
là hình khối đa diện chẳng hạn như khổi hình hộp 6 mặt.

P H Ẳ S M Ờ DÁI.


Nghiên cứu một số phương pháp biểu diễn bè mặt trong không gian ba chiểu

1

C h ư ơ n g ỉ.

?
T ô n g

>
q u a n

v ê

>
đ ô

^
h ọ a

b a

c h iê u

1.1. Đ ồ h ọ a m á y tín h v à ứ n g d ụ n g
1 .1 .ỉ . Đ ồ họa m áy tính là gì?
Thuật ngữ “đồ họa máy tính” (Computer Graphics) được đề xuất bởi
nhà khoa học William Fetter (người Mỹ) vào năm 1960. Khi đó, Ơng đang
nghiên cứu xây dựng mơ hình buồng lái máy bay cho hãng Boeing của Mỹ.
William Fetter đã dựa trên các hình ảnh ba chiều của mơ hình người phi
cơng trong buồng lái máy bay để xây dựng mơ hình tối ưu cho buồng lái
máy bay Boeing. Đây là một phương pháp nghiên cứu rất mới vào thời
điếm đó, nó có nhiều tính năng vượt trội hon tất cả các phương pháp xây
dựng mơ hình buồng lái máy bay trước đó. Phương pháp này cho phép các
nhà thiết kế quan sát mơ hình thiết kế của mình theo các góc nhìn khác
nhau một cách dễ dàng, trực quan.
Và như vậy, từ khi được chính thức khai sinh tên gọi, đồ họa máy tính
trở thành một đề tài kỳ thú, các ứng dụng của nó thật đa dạng, phong phú
và cho đến ngày nay đã tràn ngập trong cuộc sống thực tại và hầu như ở
khắp mọi nơi, mọi lĩnh vực. Chúng ta có thể kể ra đây một số ứng dụng của
đồ họa máy tính như sau.

CHƯƠNG l _ TĨ SG QVAS' VÈ DO HỌA BA CHIÊU


Nghiên cint một sổ phưimg pháp biêu diễn hề mặt trong không gian ha chiêu

8

1.1.2. C ác ứ ng d ụ n g của đồ họa m áy tính
1.1.2.1. Hỗ trợ thiết kế CAD (Computer-Aided-Design), hồ trợ sản xuất sản

phẩm CAM [Computer-Aided-Manufacturing) :
HỖ trợ thiết kế được xem như là một ứng đụng chính của đồ họa tương
tác với đối tượng lả khơng gian, trong đó đối tượng được xây dựng trực tiếp là
mơ hình thiết kế. Đồ họa máy tính được ứng dụng trong việc thiết kế các chi
tiết thành phần cho các cơng trình kiến trúc, xây dựng; các hệ thống cơ khí,
điện; thiết kế các thiết bị điện tử; thân ô tô, thân máy bay và tàu thủy; các
"chip" giao diện rộng; hệ thống cáp quang, mạng điện thoại và máy tính v.v...
Những phần liên quan đến thiết kể và vẽ được thực hiện trực tiếp trên
màn hình nhờ những cơng cụ trợ giúp đồ họa. Đầu tiên các đối tượng được
hiển thị dưới dạng phác thảo của phần khung. Một khi các chiều của đối
tượng đã được xác định trong máy tính, người thiết kế có thể xem bất kỳ mặt
nào, phía nào của đối tượng.
Đổi với các chuyên ngành có liên quan đến sự thiết kế (như kỹ sư, kiến
trúc sư v.v...), hầu hết các nhà thiết kế đều đối diện với một khó khăn: "thật
khỏ mà phân biệt được giải pháp nào là tối ưu khi các điều kiện đầu vào gần
giong nhau và sử dụng các giải pháp tương tự như nhau".
Vì thể, để có thể xem xét, đánh giá một thiết kế khi thay đổi thơng sổ
nhằm tìm kiếm giải pháp tối ưu, thì khả năng có thể trình bày cụ thề, trực
quan một cách nhanh chóng kết quả sau thay đổi thông sổ của thiết kể hiện
nay là kỹ thuật đồ họa máy tính.
Sử dụng kỳ thuật này, người thiết kế sẽ dễ dàng nhận thẩy các thay đổi
cùa đối tượng khi tiến hành hiệu chỉnh các chi tiết hoặc khi thay đổi góc nhìn.
Khi đã thiết kế xong phần khung của đổi tượng, các mơ hình chiếu sáng, tơ
CHƯƠNG I _ TỎNG QV.4.X VÈ ĐÒ HỌA BA CHIỀU


Nghiên cứu một số phưmig pháp biêu diễn bề mặt trong khơng gian ba chiểu

9

màu và tạo bóng bề mặt được kết hợp để tạo ra hình ảnh kết quả cuối cùng rất
gần với thế giới thực.
Và như vậy, đồ hoạ máy tính đã trở thành một phần khơng thể thiếu
được ở tiến trình cứ lặp đi lặp lại nhiều lần diễn ra trong suốt các công đoạn
thiết kế.
Trong hồ trợ sản xuất (CAM), đồ họa máy tính có thể mơ hình hóa tiến
trình chế tạo, sản xuất cùa một sản phẩm, giúp cho nhà sản xuất có thể theo
dõi q trình sản xuất, có thể tự động hóa từng cơng đoạn chế tạo cho đến tự
động hóa tồn phần v.v...
1.1.2.2. Giao diện người - máy (user-interface)
Hầu hết các ứng dụng chạy trên máy tính cá nhân (PC Persional
Computer), trạm làm việc hay mạng máy tính đều có giao diện với người
dùng dựa vào việc sử dụng hệ thống cửa sổ (Windows) để quản lý các hoạt
động diễn ra hầu như đồng thời với các đối tượng hiến thị trên màn hình. Các
ứng dụng chạy trên máy tính đều có giao diện giúp ta có thể dễ dàng điều
khiến các hoạt động của chương trình bằng cách hoặc ấn chuột, đầu bút, ngón
tay v.v... để lựa chọn các mục trên biểu tượng, trên danh sách trình đơn
(,menu), các đối tượng trên màn hình v.v... hoặc nhập thơng tin điều khiển
bằng văn bản.
Giao diện đồ họa thực sự là một cuộc cách mạng mang lại sự thuận tiện
và thoải mái cho người dùng ứng đụng. Trong giao diện đồ họa, người sử
dụng có thể sử dụng cơng cụ chỉ (trỏx như chuột, bút, đầu ngón tay, v.v...
chẳng hạn, để ra lệnh cho máy tính, đây là một cách giao tiếp trực quan, cực
kỳ tiện lợi. Các ứng dụng dựa trên hệ điều hành MS.WinDows là một minh
họa của giao diện đồ họa. Các chức năng của các ứng dụng này được thiết kế
cho người dùng làm việc thông qua các biểu tượng mơ tả chức năng đó.
CHƯƠNG I _ T<>\(, QI'A V ĩ È n ó IIọ \ B i CỈUẺL


10

Nghiên ciru một so phưimg pháp biêu diễn bề mội trong khơng gian ba chiều

Ví dụ, chức năng lun tập tin được hiểu thông qua biểu tượng “đĩa mềm”,
chức năng in ấn được hiểu qua biếu tượng “máy in”, mở một file qua biêu
tượng “mở kẹp hồ sơ”, mở một trang mới qua biếu tượng “một trang giấy
trăng”, phóng to-thu nhỏ thơng qua biểu tượng “kính lúp” v.v... (Hĩnh l. ì).
B iểu tượng
chuốt .

D

0L

Hình 1.1 : Các biểu tượng đồ họa máy tính thay cho các câu lệnh
Đe chọn các chức năng ứng dụng, người dùng sử dụng chuột di chuyến
đến, trỏ và ấn vào các biểu tượng tương ứng. Điểm thuận lợi chính khi dùng
biếu tượng là kích thước khơng gian mà nó chiếm ít hơn nhiều so với việc
dùng văn bản để mơ tả chức năng đó. Ngồi ra, việc nắm bẳt các chức năng
qua các biểu tượng sẽ dễ dàng hơn khi người dùng gặp trở ngại về ngơn ngữ.
Các ứng dụng có giao diện đồ họa còn cho phép người dùng khả năng
làm việc dễ dàng với nhiều cửa sổ với nhiều dạng tài liệu khác nhau hầu như
cùng một lúc. Chẳng hạn ta có thể vừa nghe một bản nhạc hình, vừa soạn thảo
văn bản và liên kết nhúng số iiệu từ một bảng tính vào file văn bản v.v...
(Hình 1.2 minh họa màn hình Windows giao diện đồ họa ).

Hình 1.2 : a) Nghe một,bài nhạc hình;
b) Mở một file văn bàn và c) Lấy số liệu tư một file bảng tính
CIIƯƠNG Ị

TĨSGQVAS VẾ DỎ HỌA BA CIỈIẺL’


Nghiên a'ru một sổ phương pháp biêu diễn bề mặt trong không gian ba chiêu

1.1.2.3. Biểu diễn thông tin
Đây là các ứng dụng sử dụng đồ họa máy tính tạo ra các đồ thị, biểu đồ
đế minh hoạ mối quan hệ giữa nhiều đối tượng với nhau trong kinh doanh,
trong khoa học kỹ thuật v.v... Các biểu đồ này thường được dùng để tóm lược
các thơng tin dữ liệu về tài chính, thống kê, kinh tế, khoa học, tốn học v.v...
giúp cho việc nghiên cứu, quản lý một cách có hiệu quả. Tất cả đều được trình
bày đẹp, ngắn gọn, dễ sử dụng.
Ở lĩnh vực thương mại, đồ họa máy tính dùng để tạo ra những hình ảnh
gây ẩn tượng và thu hút sự chú ý trong các máy tính cá nhân, điện thoại và
video ở những nơi công cộng như bảo tàng, các nút giao thông, siêu thị, khách
sạn v.v... và ngay cả ở nhà riêng, người sử dụng máy tính cịn có thể được
hướng dẫn, giới thiệu các hình ảnh, thơng tin về sản phẩm giúp cho sự lựa
chọn của người tiêu dùng được thuận lợi và ngoài ra, ở những nơi hội đủ điều
kiện, người ta còn có thể mua, bán, giao dịch qua mạng máy tính v.v...

1.1.2.4. G iải trí nghệ th u ật
Đối với các họa sĩ, nhà tạo mẫu, những chương trình đồ họa máy tính là
một cơng cụ trợ giúp hết sức đắc lực, ví dụ như PaintShop, Adobe
PhoptoShop, 3D Studio, CorelDraw v.v... đã giúp họ thiết kế các hình ảnh
sống động như ở trong thế giới thực. Người họa sĩ được máy tính tạo cho cảm
giác y như đang làm việc ngồi đời thực vì các cơng cụ như khung vẽ, giá vẽ,
bảng pha màu, các hiệu ứng ba chiều v.v... đều được cung cấp trên màn hình
máy tính, điều này có thể làm họ cảm thấy thật tiện lợi và dễ chịu hơn.
Đồ họa máy tính cịn giúp tạo ra các chương trình trị chơi giải trí
(games)\ hỗ trợ cho các kỹ xảo điện ảnh, cho các nhà làm phim. Đã có nhiều

bộ phim rất nổi tiếng nhờ vào kỹ xảo điện ảnh như Công viên Khủng Long kỷ

Cl IƯONCi l _ 70.VG Qi IV f t Dở HỌA B I c m E l


Nghiên cínt một sốphirrmg pháp hiếu diễn bề mặt trong không gian ha chiểu

12

Jura (Jura Park), Vụ đắm tàu Titanic (Titanic), Thế giới nước ( Water World),
Xác ướp Ai Cập, bộ phim hoạt hình Vua Sư tử (Lion K ing) v.v...

1.1.2.5. Giáo dục và đào tạo
Có thể dùng đồ họa đề nghiên cửu các thực thể trừu tượng, mô phỏng
cấu trúc của các vật thể, tiến trình của các phản ứng hóa học, phản ứng vật lý,
hệ thong sinh lý, mơ phỏng hoạt động của các gói tin trên mạng máy tính
v.v... được dùng rất nhiều trong việc hồ trợ giảng dạy.
Trong đào tạo, từ các ứng dụng mô phỏng, đồ họa máy tính có khả năng
sinh các bức ảnh theo thời gian thực {thực tại ảo - Virtual Reality), các bức
ảnh được máy tính sinh ra một cách liên tục này là phần chính của các hệ mơ
phỏng thực tại ảo, chẳng hạn như cho một hệ huấn luyện tập lái máy bay, đây
là một phương pháp đào tạo phi cơng có chi phí thực tế ít tốn kém nhất nhưng
lại rất trực quan, an tồn và có hiệu quả cao. Người ta đã dùng kỹ thuật này
trong việc huấn luyện phi cơng, kiểm tra trình độ người lái, điều khiến giao
thơng v.v...

1.1.2.6. Tự động hỏa văn phịng và in ấn điện tử
Trong tự động hóa văn phịng và in ấn điện tử có thể tạo ra các văn bản
điện tử và các văn bản sao chép cứng như tài liệu, bảng biểu, đồ họa, các hình
vẽ, hình ảnh. Với hệ thống hypermedia còn cho phép tải những văn bản

multimedia từ trên mạng.

1.1.2.7. Bản đồ học
Đồ họa máy tính còn được sử dụng để xây dựng sơ đồ về các vị trí địa
lý, các hiện tượng tự nhiên một cách chính xác từ những số liệu đo được.
Chẳng hạn như bản đồ địa lý, bản đồ thời tiết, bản đồ mật độ dân số, bản đồ
khai thác cho việc khoan và khai mỏ, biếu đồ hải dương học v.v... Một trong
nu'ONG l _ TOXCỌl i \ VÈ 1)0 n ọ \ BA CHIÊU


Nghiên cứu một sổ phương pháp biếu diễn hề mặt trong không gian ba chiều

13

những ứng dụng đang được quan tâm hiện nay là hệ thống thông tin địa lý
GIS (Geographical Information Svstem) với mục đích phục vụ con người là
nhằm theo dõi, quản lý các biển động trên toàn cầu để có thế cảnh báo, hạn
chế, tìm giải pháp khắc phục và từng bước ngăn chặn các tác động xấu của
các biến động đó đến hệ sinh thái.

1.2. C ác th à n h p h ần cơ bản của m ột hệ đồ họa m áy tính
1.2.1.Giới thiệu•
Nhiệm vụ chính của đồ họa máy tính là làm thế nào đế có thể mơ tả và
thao tác các đối tượng của thế giới thực bằng máy tính. Để thực hiện điều này,
ngồi những chương trình ứng dụng, đồ họa máy tính cịn tùy thuộc rất nhiều
vào khả năng cơng nghệ của thiết bị.
Trước đây, máy tính thường địi hỏi những phần cứng rất đắc tiền cho
việc hiển thị ảnh, cho việc vẽ hình và tương tác với người sử dụng. Khi đồ
hoạ máy tính có nhiều ứng dụng quan trọng và trở thành nhu cầu bức thiết của
máy tính thì phần cứng cũng trở thành một phần trong các thiết bị tính tốn

chuẩn và như vậy, phần cứng cũng được phát triển tương thích để có thể xử lý
tính tốn, hiển thị một khối lượng thơng tin lớn cho các trình ứng dụng trong
đồ hoạ mảy tính. Một hệ thống đồ họa cơ bản bao gồm các thiết bị:
«

Bộ vi xử lý; Bộ nhớ RAM.

.

Thiết bị nhập: bàn phím, bút vẽ, chuột v.v...

.

Thiết bị hiển thị : màn hình raster CRT (Cathode Ray Tube display),
máy vẽ v.v...

.

Bảng tra màu LƯT {Look Up Table) theo chuẩn màu.

V.V..

CIIƯƠNCÌ ! _ TỊ SG Q U A .V VỀ ĐÒ HỌA BA C U H .l


Nghiên ciỉĩỉ một số phương pháp hiếu cỉiễn bề mặt trong không gian bu chiều

14

1.2.2. Bộ vi xử lý và bộ nhớ RAM

Đối với việc cải thiện tốc độ cho bộ vi xử lý, tăng dung lượng, cải
thiện tốc độ truy xuất bộ nhớ RAM, tăng khả năng hiển thị trên màn
hình bằng cách tăng dung lượng bộ nhớ RAM màn hình v.v... nhằm
mục đích nâng cao khả năng xử lý thơng tin đồ họa máy tính đã được
các nhà khoa học công nghệ ché tạo, các nhà sản xuất-kinh doanh trong
iĩnh vực này rất quan tâm và đã làm cho giá thành nhừng linh kiện này
ngày càng rẻ, dễ dàng mua sắm hơn và như vậy các ứng dụng về đồ họa
máy tính sẽ ngày càng được phổ cập hơn.

1.2.3. Thiết bị nhập
Các thiết bị nhập là đối tượng mà người dùng thao tác để chuyển thông
tin (dữ liệu, lệnh v.v...) đến cho chương trình xử lý và hồi đáp. Các thiết bị
thơng dụng là bàn phím và chuột. Ngồi ra cịn có bút vẽ (cơng cụ chuvên
nghiệp), ngón tay v.v... cũng có thể thao tác trực tiểp chuyển thơng tin đến
các chương trình ứng dụng đồ họa máy tính.
- Bàn phím (key board)-. Xuất hiện trong hầu hết ở các máy tính, là
thiết bị dùng để nhập các dữ liệu dạng văn bản và dừ liệu số. Đây là
loại thiết bị quen thuộc đối với người dùng, nhược điểm là có tốc độ
tương tác chậm.
- Con chuột {mouse) : Cùng với sự xuất hiện của các ứng dụng đồ họa
tương tác cao, chuột là thiết bị nhập rất quen thuộc với người dùng. Người ta
dùng chuột để trỏ tới các chọn lựa của mình {point and select)', với cách này,
thiết bị chuột đâ làm cho sự giao tiếp giữa người đùng (user) và máy tính
(com puter) ngày càng dễ dàng và thân thiện hơn.

c h ư ơ n g

i _

tó\ g q v a

, \ \'è d o h ọ a b a CHIÈII


Nghiên ciru một số phương pháp biếu diễn bề mặt trong không gian ba chiều

15

1.2.4. Các thiết bị hiển thị
Các thiết bị đùng tạo ảnh từ tín hiệu ra của máy tính được chia làm hai
loại: các thiết bị hiển thị (display devices) để hiển thị ảnh cho người sử dụng
và các thiết bị vẽ {plotting devices).

1.2.4.1. Thiết bị hiển thị
- H iể n th ị raster:

Ảnh hiển thị theo công nghệ hiển thị raster là các đường raster nằm
ngang, mỗi một đường là một hàng gồm nhiều điểm ảnh [pixel) riêng biệt.
Hệ hiển thị raster lưu trữ dưới dạng ma trận các điểm ảnh biểu diễn tồn
bộ màn hình.
Các thiết bị hiển thị ngày nay là đơn vị hiển thị trực quan ( Visual
D isplay Unit; VDƯ) của hệ hiển thị raster, mặc dù trước kia, hiển thị vector
cũng quan trọng trong CAD. Tồn bộ diện tích màn hình được quét lần lượt
bởi bộ điều khiển video, theo từng đường quét một từ trên xuống dưới. Tại
mỗi một điểm ảnh cường độ của các tia điện tử chính là cường độ của điểm
ảnh tại vị trí đó.
Bộ hiển thị nhận thông tin về các điểm ảnh từ vùng nhớ hiển thị, phương
pháp thông thường đề lưu trữ ma trận giá trị cường độ của các điểm ảnh là lưu
trong vùng nhớ đệm {frame buffer). Trong trường hợp đom giản với ảnh đơn
sắc, mỗi một điểm ảnh được biểu diễn bởi một bit trong vùng nhớ đệm, bit

0

biểu diễn màu đen và bit 1 là màu trắng (hoặc ngược lại). Với ảnh đa mức
xám, cần có nhiều bit hơn cho một điểm ảnh. Chẳng hạn dùng 4 bit cho một
điểm ảnh (4 bits p er p ixel) sẽ cho phép biểu diễn
dùng

8

24

= 16 màu hoặc mức xám,

bit cho một điểm ảnh sẽ cho phép biểu diễn 2 8 = 256 màu hoặc mức

xám. Ớ mức 16 màu là đủ để phân biệt các thành phần khác nhau trên màn

niƯÓNG l_ MSGOI \s Ì L 1)0 HỌA BA CỈỈIÈL


16

Nghiên cửu một số phương pháp biếu diễn bề mặt trong khơng gian ba chiều

hình. Khi cần tạo ra ảnh có sẳc thái nhẹ hơn địi hỏi 256 màu, thường chọn từ
bán màu {palette) mở rộng. Theo lý thuyết màu do Thomas đưa ra từ năm
1802, trong chuấn màu RGB, mỗi một màu cơ bản là đỏ (Red), lục (Green),
lam hoặc xanh lơ (Blue) có thể biểu diễn 256 mức, như vậy khi tổ hợp 3 màu,
có thể cho khoảng 16 triệu màu khác nhau.

Các

hệ

hiển thị raster đặc trưng có

độ

là 8 -bits/pixel. Như vậy, vùng nhớ đệm có

phân giải 1024
8 X

1024

X

X

1024, và thường

1024 bits hoặc 1 MB

{Megabytes). Trong nhũng năm gần đây, với sự phát triển của bộ nhớ RAM,
các chip vi mạch có dung lượng nhớ, tốc độ truy xuất ngày càng cao, giá
thành ngày càng rẻ, đã tạo điều kiện cho các thiết bị raster có chất lượng cao
ngày càng phổ biến trong các ứng dụng của CAD. Các màn hình máy tính
ngày nay chủ yếu thuộc dạng này với các tồ hợp màu ngày càng phong phú
hom. Với High color là 16 bits cho 1 tổ hợp màu ( 2 16= 65.536 màu) và True
Color là 32 bits cho 1 tổ hợp màu ( 2 32 = 4.294.967.296 màu) thay v ì ỉà

8

bits

cho 1 tơ hợp màu ( 2H = 256 màu) như trước đây.
- H iê n th ị vector (vector display):

Đặc điểm của loại này là chỉ có thể vẽ được các đoạn thẳng, bàng cách
cung cấp hai tọa độ đầu (Xị, yi), cuối (x2, yì) cho thiết bị, chúng ta sẽ nhận
được đoạn thẳng tương ứng.

Í7 a7 * T ^ ‘J -ĩ a %
”:; Ị
ỊTHUNGí 'iMTHiMfi ’ .'í x ttí Vậliị

Hiện nay có hai loại thiết bị hiển thị vetor:

I

5ị y i

q

Ị

ị:

Thiết bị Direct View Storage Tube (DVST) hoặc ống lưu và hiển thị
vector refresh (làm tươi vector). Các đoạn thẳng khi hiến thị khơng cỏ hiệu

ứng bậc thang như khi nhìn trên các thiết bị hiển thị raster, tuy nhiên, DSVT
là thiết bị tương phản thấp và nói chung khơng có khả năng loại bỏ các lựa
chọn. Ảnh được duy trì trên màn hình lâu. Ngược lại, màn hình làm tươi


Nghiên cicu một sổ phương pháp biêu diễn hè mặt trong không gian ba chiểu

17

vector (vector refresh CRT), thiết bị hiển thị vector có các vector của ảnh
được vẽ lại liên tục {vector_refresh) trên màn hình, cho ta độ tương phản tốt,
có khả năng thao tác động tốt nhưng giá thành cao.

1.2.4.2. Thiết bị vẽ, in
Thuật ngữ hard copy (sao chép cứng) được sử dụng trong đồ họa máy
tính để mô tả việc sao chép một ảnh sang các thiết bị thường xuyên hoặc bán
thường xuyên chẳng hạn như giấy, giấy ảnh hoặc phim. Có nhiều cách để sao
chép cứng trong đồ hoạ máy tính. Phương pháp quan trọng nhất thường hay
sử dụng trong các thiết bị in được chia thành hai lo ạ i: vector và raster.
a) M á y vẽ vector ( Vector plotters): tương tự như khi hiến thị vectơ, dùng để

tạo ra ảnh từ việc vẽ bằng bút các đoạn thẳng trên giấy hoặc phim, hoặc bằng
cách di chuyến các chùm tia sáng quét trên phim nhũ tương (gọi là photoplotter). Máy vẽ bút cho phép dùng nhiều dạng bút để tạo nên các đường có
độ dày hoặc màu khác nhau, loại máy vẽ này thường cho ảnh đầu ra chất
lượng cao, nhưng khá chậm và không cho phép tạo nên một cách dễ dàng các
vùng tô màu hoặc ảnh đa cấp xám. Photo-plotter được dùng cho nhũng ứng
dụng đặc biệt như tạo ra các mặt nạ cho sản xuẩt bảng mạch in điện tử.
b) M á y vẽ raster : Một số thiết bị vẽ như raster-scan plotter được sản xuất để

tạo ra các sao chép cứng trên các ma trận điếm. Sự khác biệt chính trong

phương pháp này là “in” những điểm trên các thiết bị trung gian. Nó bao gồm
các ma trận điểm sử dụng sự va đập của kim trên băng mực in đế tạo ra độ
phân giải hàng trăm điểm trên một hàng; những thiết bị tĩnh điện dựa trên cơ
sở in raster có khả năng tạo ra từ 8-:-16 điểm trên lmm (~ 200 - 400 điêm trên
m ột inch) và in được khố Ao {10ỉ 6 mm X 840 mm) hay thậm chí lớn hơn.

CIIƯƠNG l__ tơ m , Q l i \ VF. ĐO HỌA RA CHIF. Lì


Nghiên ciht một số phưcmg pháp biếu cỉiẽn bề mặt trung không gian ba chiều

18

Nhừng thiêt bị dạng này như plotter tĩnh điện nhiều bước đâ được sử dụng để
in màu trên đầu ra cỏ bề rộng tới 1016mm (40 inches).

1.2.4.3. Màn hình (monitor-display)
Màn hình là một thiết bị hồn chỉnh dùng để hiển thị hình ảnh theo yêu
cầu bao gồm tất cả những mạch phụ trợ cần thiết bên trong, cấu tạo chính
gồm có bộ phận kiểm sốt (Monitor) và màn hiển thị hình (Display).
Ĩ các màn hình thơng dụng CRT (Cathode Ray Tube display) sử dựng
bộ phận hiến thị dùng đèn ống phóng tia âm cực CRT(cị /7 gọi là ống tia ám
cực) là bộ phận chính của màn hình, CRT có cấu tạo chính là một ống thuỷ
tinh kín chứa khí trơ ớ áp suất thấp. Một đầu ống có gẳn súng điện tử
(.Electron gun) là cực âm {Cathode). Khi súng điện tử được đốt nóng, ở điện
áp cao (khống ỉ5000-:-20000V), nó sẽ phát ra chùm điện tử.
C hùm điện tử sẽ chạy
,
Á _1. ,
1' • X

I ♦
suôt ch iêu dài ôn g, chịu sự

Âm
/V
I11 tcirc
Ụv

Hệ điều chinh
tiêu điểm

màn hiển
thị hình

điêu khiển của các mạch
điện bên ngồi và bị hút về

T
Súng điện từ

cự c d ư ơn g (Anode) ở đầu
k ia của ố n g, cu ối cù n g đập

phù phot pho (bộ
ba điểm màu RGB)

Hình 1.3. cấu tạo màn hình CRT

m ạnh lên màn hình huỳnh quang phủ photpho tạo ra m ột chấm sáng màn hiến
thị hình. Đ ố i vớ i các màn hình màu thì các chấm phát sáng này đư ợ c cấu tạo

bởi m ột bộ ba điểm màu R G B ( Hình 1.3).
N g a y sát màn hiển thị hình, v ề phía súng điện tử là m ột mặt nạ che

(shadow). Đ ó là m ột tấm kim loại được khoan thủng nhiều lỗ đế giú p cá c tia
đ iện tử bắn và o đú n g vị trí. N h ư vậy, ba chùm tia điện tử chỉ bắn v ào m ột
điêm trên màn hiện hình. C ó ba súng điện tử ứng với ba màu c ơ bản là Đ ỏ ,

CHUƠNC; l _ m \ ( ỉ Ọl 1V VÈ DÒHỌA BA CHỊfa:


Nghiên ciru một sổ phương pháp biêu diễn bẻ mặt trong không gian ba chiều

19

Lục và Xanh Lam (Red. Green, Blue). Thường có hai kiểu bố trí súng điện tử:
tam giác và hàng ngang.
Đối diện với súng, ở cuối đường đi của chùm tia điện tử là màn hiển thị
hình. Đó là một màn thủy tinh hình chữ nhật, mặt trong có qt một lớp bột
Photpho cịn gọi là bột huỳnh quang, ở màn hình đom sắc, lớp photpho có một
loại nên khi chùm tia điện tử đập vào chỉ phát sáng một màu. Đối với màn
hình màu, mặt trong màn hiển thị hình gồm nhiều bộ ba điểm màu, ba chấm
photpho khác Ịoại nên sẽ phát sáng theo ba màu khác nhau: Đỏ, Lục và Xanh
lam. Khi thay đổi cường độ sáng của ba màu cơ bản này sẽ làm màu tổ hợp
của bộ ba điểm màu này thay đổi theo.
Ta cũng cần chú ý rằng, màn hình hiển thị là một tấm thuỷ tinh có quét
lớp huỳnh quang (Photpho) bên trong nên có phản xạ các nguồn sáng bên
ngoài giống như gương soi, sẽ gây moi mắt nếu ta nhìn lâu.
Phần tử nho nhất của một hình được hiển thị là pixel hay còn gọi là điếm
ảnh. Ở độ nét tốt nhất, điểm ảnh trên màn hình màu là một bộ ba điếm màu
photpho, mồi điểm màu trong bộ ba này sẽ phát ra một màu khác nhau khi có

tia điện tử đập vào. Ở độ nét
thấp, một điểm ảnh có thể
gồm vài ba điểm ảnh. Độ hội
tụ (convergence) được dùng
đánh giá độ nét màn hình, độ
hội tụ kém có thể nhận biết
được khi các hình ảnh trên
màn hình có đường viền
nhiều màu sẳc bao quanh.

CHƯƠNG l__ TĨ\G Ql t \ VẾ ĐÓ HỌA BA CltiÊV


20

Nghiên ciru mật số phươìỉg pháp biêu diễn bề mặt trong không gian ba chiểu

Mặt nạ che đã giúp các chùm tia điện tử hội tụ đúng chồ. Ngoài ra cịn
có hệ điều chỉnh tiêu điểm (system focusing) để điều chỉnh độ hội tụ.Trong
q trình máy tính hoạt động, chùm điện tử không đứng yên một chỗ mà được
lấy từ trái sang phải {quét ngang) hoặc từ trên xuống dưới (quét dọc) với tốc
độ quét cực nhanh làm cho chúng ta nhìn thấy dường như tồn màn hình đang
sáng lên cùng một lức, các điểm ảnh hiện lên màu khác nhau tạo ra hình ảnh
trên màn hình (Hĩnh 1.4).
Phố biến đối với các thiết bị màn hình là lái tia bằng từ trường. Thành
phần cơ bản của bộ lải tia từ trường là các nam châm điện nằm đối diện nhau
ở cổ CRT gọi là cuộn lái tia (Deflection Yoke). Khi cho các xung dòng điện
răng cưa chạy vào các cuộn dây này, trong ống sẽ hình thành các từ trường
tác dụng lên chùm điện tử, làm cho chúng bị lệch hướng chuyển động. Tùy
loại màn hình CRT mà việc quét ngang theo các tần số dòng khác nhau, tức là

số dòng quét được trong mỗi giây sẽ khác nhau. Các dòng quét lần lượt được
rải từ trên xuống dưới màn hình để tạo nên một mành, do tác dụng của các từ
trường quét dọc. số mành tạo nên trong mỗi giây đồng hồ gọi là tần số mành
( Vertical frequency) hay tần số quét đứng, có đơn vị là Héc {Hertz) được ký
hiệu là Hz- Tần số quét mành là một yếu tố quan trọng để đánh giá chất lượng
màn hình. Nếu tần số mành dưới 70 Hz có thể gây ra hiện tượng rung giật
hình (flicker) đặc biệt là trong môi trường chiếu sáng của đèn huỳnh quang,
làm nhức mẳt và đau đầu cho người dùng.
các điểm ảnh theo chiều ngang

Độ phân giải là một

->

chỉ tiêu rất quan trọng vì
các điểm ảnh
nó cho biêt độ săc nét mà theo chiều dọc

►dịng qt

một màn hiển thị hình cỏ
thể biểu hiện được các chi

Hình 1.5. Dịng qt trong thiêt bị Raster

CHƯƠNG l__ TƠ.\r,QCA\ VẼ DỊ HỌA BA CHIỀU


Nghiên cứu một số phiamg pháp hiếu diễn bể mặt trong khơng gian ha chiều

21

tiết cua hình ảnh. Thơng thường độ phân giải được biểu hiện bằng số lượng
các điếm ảnh, ví dụ : “ độ phán giãi 800x600 ” có nghĩa là màn hình có the
hiển thị được 800 điểm ảnh trên chiều ngang và 600 điểm ảnh theo chiều dọc.
Đổi với màn hình CRT hoạt động ở độ phân giải cao nhất thì điểm ảnh là
một cụm ba điểm photpho màu cơ bản. Súng điện tử sẽ bắn tia điện tử vào
đúng một điểm photpho thích hợp của nó, làm phát sáng cụm ba này với độ
sáng nào đấy, tạo nên một điếm ảnh có màu chính xác. Một đại lượng đo khác
rất quan trọng đối với sẳc nét cùa màn hình là bước chấm (dot pitch). Bước
chấm là khống cách giữa các điểm ảnh tính theo milimét. Thơng thường các
bước chấm của các màn hình CRT là 0,19mm; 0,28mm; 1,3 lmm. Bước chấm
càng nhó thì các điểm ảnh càng sít nhau và độ nét của hình càng cao. Như vậy
ba yếu tố quan trọng quyết định độ sẳc nét của hình ảnh là: kích thước màn
hình, độ phân giải và bước chấm.

I.2.4.4. Bảng tra màu LUT (Look Up Table)
Bộ điều khiển video của hệ hiển thị raster thường kèm theo bảng tra màu
(LUT). Báng tra màu có nhiều cổng vào tương ứng với nhiều điểm ảnh. Mỗi
giá trị của điểm ảnh không dùng để điểu khiển trực tiếp các tia điện tử mà chỉ
số sang bảng tra màu. Giá trị đầu của bảng dùng để điều khiển cường độ hoặc
màu của màn hình. Chẳng hạn, ở điểm ảnh có giá trị 33 sẽ có nội dung tương
ứng trong LUT với cổng số 33 và dùng để điều khiển các tia điện tử của màn
hình. Hoạt động của bảng tìm kiếm này làm cho mỗi điểm ảnh hiển thị trong

Vùng nhớ đệm

Bàng tra màu

Hình 1.6. Tổ chức của bàng tra màu LUT (Look

( 111

O N <

I I_

T O \ a Ql 1

VI f: n o

I/O i R I ( IH F .l

Màn hi*n t h ị

Up Table)

hi nh


Nghiên cíni một số phương pháp biêu diễn bề mặt trong khơng gian ba chiều

22

Trong hình 1.6 LUT ở giữa vùng nhớ đệm (r*********) hình. Vùng
nhớ đệm có

8

bit cho một điểm ảnh

do LUT có 2 8 = 256

đầu vào.
Hình 1. 6 biểu diễn tổ chức của bàng tra màu. Điểm ảnh có giá trị 33 {giá
trị nhị phân ỉà ỉ 00ỉ ỉ 010000ỉ) được biểu diễn trên màn hình với tia hiện màu
Đỏ bằng 9/15 giá trị lớn nhất, màu Lục bằng 10/15 giá trị lớn nhất, màu Xanh
da trời 1/15 giá trị lớn nhất. Bảng tra màu này có 12 bit.
Bảng tra màu chỉ có ý nghĩa đối với chế độ đồ họa 256 màu vỉ thanh ghi
tối đa của bảng tra màu là 256. Ảnh lớn hơn 256 thì màu thì giá trị màu của
điểm ảnh được ánh xạ trực tiếp không thông qua bảng tra.
v ề màu sắc và độ tương phản, khi nhìn một vật, ta thấy nó sáng hơn vật
khác là do nó phản xạ ánh sáng mạnh hơn vật khác hay cường độ ánh sáng
phản xạ trên bề mặt của nó là lớn hơn.
Ớ mức mã hóa một màu là

8

bits, mức độ sáng của một thành phần màu

trong máy tính có giá trị trong khoảng từ 0 đến 255 (28 = 256). Mỗi màu
trong máy tính là tổ hợp của 3 thành phần Red, Green, Blue, Mỗi thành phần
có giá trị trong khoảng từ 0 đến 255.
Ví dụ : Màu Red tuyệt đổi thì có tổ hợp (255,0,0), màu Green tuyệt đối
là (0,255,0), màu Blue tuyệt đối là (0,0,255) và màu trắng là (255,255,255).
Như vậy độ sáng thực tế được mô phỏng trong máy tính như sau: mỗi một
m àu c ó tổ hợp (I r,I gJ b) trong đơn vị tương đối được mơ phỏng bằng một tổ

hợp (R,G,B):
Trong đó, R = round (255 *IR)

G = round (255*Iq)
B = round (255*lB)
CHI 1'ONG l _ TỎ.XG QVAS VÉ DÒ HỌA BA CIỈIẺL


Nghiên cứu một sổ phương pháp biếu diễn bể mặt Irong không gian ba chiêu

23

Với mỗi điểm hiển thị, ta tính được cường độ ánh sáng tương đối của 3
thành phần màu là Red {đỏ\ Green {Lục) và Blue (Xanh Lam hoặc xanh Da
T r ờ i) : 1r, ICr, IB.

Cịn nguồn sáng thì có cường độ ứng với các thành phần màu đơn sắc là
(IPR,IPG,IP|0 trong đó cường độ ánh sáng cực đại được quy chuẩn về đơn vị
tương đối là 1 .
Màu Red chuẩn thì tổ hợp nguồn có cường độ tương đối là:
(IPR,IPG,IPB) = (1,0,0)
Màu Blue chuẩn

: (IPr,IPg,IPb) = ( 0 >0 , 1)

Màu Green chuẩn

: (IPR,IPC,IP b) = (0,1, 0 )

và vớ i màu Trắng thì : (IP r,IP g,IP b) = ( 1,1 ,1 )

1.2.5. Sự kết nối giữa hệ thống máy tính với các thiết bị hiển thị
Để có thể cùng làm việc tập thể, theo nhóm, các máy tính (mảy trạm)

được liên kết nối mạng với nhau
thành một hệ thống mạng máy
tính cục bộ (LAN Local Area

Network) qua việc điều hành và
cung

cấp

SERV ER

dịch

vụ

( máy phục

từ

máy

vụ_thơng

d ụ n g cịn g ọ i là mảy chù).
Hình 1.7 : Tổ chức của một máy trạm

Trong nhiều năm, CAD sử dụng các thiết bị đầu cuối kết nối với máy
tính trung tâm, trong đó tài ngun cùa máy tính trung tâm thường được chia
sê giữa các thiết bị đầu cuối. Trong nhiều trường hợp, tốc độ giao tiếp các
thiết bị đầu cuối và máy tính trung tâm bị giới hạn bởi đặc tính của hệ thống,

CHl:'ƠN(i l_ TO\(,Ql i \ VkũOHỌA BA CIllẺi:


Nghiên cứu một sỏ phưovg phúp biêu diễn hề mật trong khơng gian ba chiêu

24

làm hạn chế khả năng tính tốn của các máy tính cục bộ, ảnh hưởng tới điều
khiển tương tác đồ hoạ với người sử dụng. Ngày nay, phần lớn máy tính được
sử dụng phân tán, trong đó mồi một người sử dụng đầu cuối có một máy tính
riêng. Nó thường là máy tính cá nhân (PC Personaỉ Computer), và các trạm
làm việc (w orkstation) có cơng nghệ hiển thị cao, trong đó bao gồm bộ xử lý
trung tâm (CPU) là chính và kho lun trữ trợ giúp kết hợp với đơn vị hiến thị
(DPƯ) để giải quyết với các tính tốn phức tạp trong đồ hoạ. Tổ chức của một
máy trạm được mơ tả trong hình 1.7.

-------

Hình 1.8.

M á y cl»ù

N ố i kết m ạng cụ c bộ (L A N )

Các máy trạm tăng lên, các máy tính cá nhân được kết nối với nhau cho
phép chuyển đổi dừ liệu, chương trình và chia sẻ các thiết bị ngoại vi qua
mạng, như trong hình 1 .8 .
Một trạm làm việc đơn không phải lúc nào cũng phù hợp với tất các
công việc của CAD. Người sử dụng có thể muốn làm việc trên máy tính lớn

cho các việc phân tích tính tốn các bài toán lớn và biếu diễn kết quả tại máy
trạm. Như vậy, mạng có thể có các máy tính lớn cung cấp tài ngun lưu trữ
và khả năng tính tốn cho các máy qua trạm khác. Đế đáp ứng cho công việc
CHƯƠNG | _ rove, Ql A \ Ĩ'Ê ĐÓ HỌA BA CHIÊU