ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ MÃ VĂN THU MÔ HÌNH 3D VÀ TỐI ƢU HÓA MÔ HÌNH TRONG THỰC TẠI ẢO LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN HàNội - 2016 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ MÃ VĂN THU MÔ HÌNH 3D VÀ TỐI ƢU HÓA MÔ HÌNH TRONG THỰC TẠI ẢO Ngành: Hệ thống thông tin Chuyênngành: Hệ thống thông tin Mã số: 60480104 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC : PGS. ĐỖ NĂNG TOÀN HàNội - 2016 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CAM ĐOAN Tôi Mã Văn Thu xin cam đoan những nội dung trình bày luận văn này là kết quả tìm hiểu, nghiên cứu của bản thân dƣới sự hƣớng dẫn của PGS. Đỗ Năng Toàn và các nhà nghiên cứu đi trƣớc. Nội dung tham khảo, kế thừa, phát triển từ các công trình đã đƣợc công bố đƣợc trích dẫn, ghi rõ nguồn gốc.
Kết quả mô phỏng, thí nghiệm đƣợc lấy từ chƣơng trình của bản thân. Nếu có gì sai phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Ngƣời cam đoan Mã Văn Thu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận văn mặc dù gặp rất nhiều khó khăn nhƣng tôi luôn nhận đƣợc sự quan tâm, giúp đỡ từ thầy cô, đồng nghiệp bạn bè và ngƣời thân. Đây là nguồn động lực giúp tôi hoàn thành luận văn này.
Tôi xin gửi lời chân thành cảm ơn tới PGS. Đỗ Năng Toàn đã tận tình giúp đỡ, hƣớng dẫn và chỉ bảo trong quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn tới quý thầy, cô trƣờng Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt những kiến thức qúy báu giúp tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập trong suốt thời gian theo học tại trƣờng. Quý thầy cô đã giúp tôi có đƣợc những kiến thức quan trọng trong lĩnh vực Công nghệ thông tin, là nền tảng vững chắc cho những nghiên cứu của bản thân trong thời gian tới.
Tôi xin gửi lời chân thành cảm ơn tới anh, chị phòng Thực tại ảo - Viện Công nghệ Thông tin - Viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong lĩnh vực mô phỏng, thực tại ảo. Tôi xin cảm ơn anh em, đồng nghiệp đã giúp đỡ, ủng hộ tinh thần trong thời gian tôi tham gia học tập. Cuối cùng, tôi xin cảm ơn tất cả những ngƣời đã luôn luôn quan tâm, sẻ chia và động viên tôi. Hà Nội, ngày 10 tháng 10 năm 2016 Mã Văn Thu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU.
THỰC TẠI ẢO VÀ BÀI TOÁN TỐI ƢU MÔ HÌNH. Khái quát về thực tại ảo và mô hình 3D trong thực tại ảo. Thực tại ảo. Cấu tạo mô hình 3D.
Các phƣơng pháp tạo mô hình phổ biến hiện nay. Phƣơng pháp tạo mô hình bằng thiết kế dựa trên phần mềm 3D. Tạo mô hình bằng máy quét 3D. Bài toán tối ƣu hóa mô hình 3D.
Một số phƣơng pháp tạo mô hình 3D. Đầu vào , đầu ra bài toán tối ƣu hóa mô hình. Nguyên lý tối ƣu mô hình 3D. MỘT SỐ KỸ THUẬT TỐI ƢU HÓA MÔ HÌNH.
Kỹ thuật tối ƣu mô hình dựa trên lƣới tam giác. Giới thiệu về tối ƣu và các phƣơng pháp tối ƣu phổ biến. Phƣơng pháp Incremental Decimation. Thuật toán đề xuất.
Kỹ thuật tối ƣu mô hình dựa trên lƣới tứ giác. Chuyển mô hình bề mặt lƣới tam giác của về mô hình bề mặt lƣới tứ giác. Làm mềm lƣới tứ giác. Tối ƣu hóa lƣới tứ giác.
THỰC NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG TỐI ƢU MÔ HÌNH 3D. Yêu cầu thực nghiệm, ứng dụng. Yêu cầu với thực nghiệm. Kiểm tra các mô hình đầu vào.
Phân tích, lựa chọn công cụ. Một số kết quả thực nghiệm tối ƣu mô hình. Hƣớng đẫn sử dụng chƣơng trình thực nghiệm. Một số kết quả tối ƣu mô hình trên chƣơng trình thực nghiệm.
60 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 61 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC TỪ VIẾT TẮT 3D Three Dimentional Ba chiều VR Virtual Reality Thực tại ảo Virtual Environment Môi trƣờng ảo Surgical Simulation Giả giải phẩu Error Lỗi LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. Ứng dụng Thực tại ảo trong thiết kế nội thất. Ứng dụng Thực tại ảo trong thiết kế ô tô.
Ứng dụng Thực tại ảo trong game giải trí. Ứng dụng Thực tại ảo trong phim Avatar. Mô phỏng lái tàu ảo của công ty mô phỏng việt nam. Mô phỏng cơ thể ảo của phòng thực tại ảo viện .7: Mô hình 3D tim ngƣời.
Mô hình 3D hình cầu cắt vắt. Một mặt của hình hộp đƣợc tạo bởi 2 mặt tam giác. Mô hình 3D thu đƣợc từ tập đỉnh. Một số hình khối 3D cơ bản.
Công cụ Select and Move trong thiết kế. Chế độ Editable Poly. Hai tấm plance chiếu đứng và cạnh (cách 1). Hai tấm plance chiếu đứng và cạnh (cách 2).
Máy quét Artec Eva và mô hình thu đƣợc khi sử dụng máy quét này. Tổng thống Mỹ Obama và hình ảnh 3D của ông thu đƣợc từ máy quét. Máy quét TTO - Sense 3D. Các mô hình đƣợc tạo ra từ máy quét có số lƣợng lƣới cực lớn.
Thu thập và làm mịn dữ liệu. Mô hình và xử lý từ máy quét 3D .1 Kỹ thuật loại bỏ điểm .2 Loại bỏ và phục hồi bề mặt .3 Ví dụ về xóa điểm.4 Tối ƣu lƣới theo William J. Khoảng cách từ điểm tới mặt phẳng. Bề mặt cong.
Tối ƣu lƣới theo The Gaussian Curvature. Các kết quả đơn giản hóa của một mô hình Igea. Góc tại đỉnh O và góc giữa 2 mặt phẳng kề nhau. Đỉnh O với nhiều cạnh kết nối.
Mô hình trƣớc và sau tối ƣu. Sơ đồ khối việc xóa điểm. Mô hình lƣới cho animation. Hàng đầu tiên của các yếu tố đƣợc đặt sử dụng thuật toán mở .: Các trạng thái của cạnh mặt trƣớc.
Các bƣớc của quá trình xử lý tạo ra một tứ giác từ mặt trƣớc NA – NB. 35 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Lựa chọn cạnh bên. Tạo ra cạnh bên.
Bề mặt lƣới 3D của mô hình. Bề mặt lƣới 3D của mô hình. Xử lý một trƣờng hợp làm mịn. Lƣới nhiều lớp.
Lƣới nhiều lớp đã đƣợc làm mịn. Mô hình lƣới chuẩn để tạo chuyển động cho cánh tay. Mỗi đỉnh thƣờng xuyên gây ra một hệ trục tọa độ. Sự khác nhau của bề mặt đối tƣợng với số lƣới bằng nhau.28 Thể hiện sự chuyển cạnh.
Ba hoạt động của việc gộp và tách kết nối của các điểm. Tập mô tả hữu hạn hợp lệ các khả năng để kết hợp ba họa động. Ví dụ về việc kết hợp 3 hoạt động trên và làm mềm kết quả. Đƣờng nét đứt kiểm soát hƣớng đi bằng cách điều .33 Đƣờng đi một chu trình.
Sử dụng Quad- loop toàn cục. Các mô hình trƣớc và sau khi đƣợc tối ƣu. Mô hình con thỏ trong các bài thử nghiệm tối ƣu lƣới.2: Các mô hình khác sử dụng trong chƣơng trình. Ảnh chụp chƣơng trình thực nghiệm.
Chạy file chƣơng trình. Cửa sổ lựa chọn màn hình chạy chƣơng trình. Tổng quan về chƣơng trình.7 Hình ảnh mô hình trƣớc và sau tối ƣu với tham số tối ƣu là 75%. Hình ảnh mô hình trƣớc và sau tối ƣu với tham số tối ƣu là 50%.
Hình ảnh mô hình trƣớc và sau tối ƣu với tham số tối ƣu là 25%. Hình ảnh mô hình trƣớc và sau tối ƣu với tham số tối ƣu là 10%. Lƣới ghế tựa trƣớc khi tối ƣu với số lƣới là 49314 mặt. Lƣới ghế tựa sau khi tối ƣu với số lƣới là 18.494 mặt tam giác.
59 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 1 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, thực tại ảo (thực tế ảo) đã ngày càng chứng tỏ vai trò quan trọng trong đời sống cũng nhƣ trong khoa học, kỹ thuật. Thực tại ảo hiện diện ở hầu nhƣ mọi lĩnh vực giải trí, văn hóa, kinh tế, chính trị, quốc phòng, khoa học, đời sống v. Trong thực tại ảo việc xây dựng các đối tƣợng 3D (3 chiều) là vô cùng quan trọng, vì các đối tƣợng 3D giúp cho thế giới trong thực tại ảo giống với thực tế hơn đáp ứng đƣợc các nhu cầu khắt khe của con ngƣời. Các mô hình đối tƣợng 3D trong thực tại ảo đƣợc tạo ra chủ yếu bằng ba phƣơng pháp đó là tạo ra từ các lệnh trong ngôn ngữ lập trình, từ các nhà thiết kế sử dụng phần mềm 3D và từ các máy quét 3D.
Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ những chiếc máy quét 3D đang dần trở thành công cụ đắc lực cho việc tạo ra các mô hình 3D từ thế giới thực. Các sản phẩm đƣợc tạo từ máy quét 3D có tỷ lệ chính xác so với mẫu ban đầu khá cao, đồng thời cũng giảm khá nhiều thời gian và chi phí để tạo ra đối tƣợng 3D. Tuy nhiên, đồng nghĩa với độ chính xác cao, các mô hình này cũng có số lƣợng lƣới khá lớn, khó có thể dùng cho nhiều ứng dụng khác nhau của thực tại ảo. Bài toán tối ƣu hóa bề mặt lƣới trên mô hình 3D có nhiều ý nghĩa khi mà số lƣợng mô hình cần đƣa vào thực tại ảo ngày một nhiều, ví dụ nhƣ chúng ta mô phỏng lại một thành phố, hay tái tạo lại một khu bảo tàng.
Bên cạnh đó, sản phẩm về thực tại ảo xuất hiện nhiều trên các điện thoại thông minh hay máy tính bảng, các thiết bị này hiện tại thì cấu hình phần cứng đang còn khá khiêm tốn. Với khả năng ứng dụng cao, chi phí thấp thì cần phải có những nghiên cứu chuyên sâu về tối ƣu lƣới mô hình để các mô hình 3D sau đƣợc tạo từ máy quét có thể ứng dụng đƣợc rộng dãi hơn. Chính vì tầm quan trong của bài toán tối ƣu hóa mô hình với số lƣợng lƣới lớn, đặc biệt là các mô hình tạo ra từ máy quét 3D, tôi thực hiện đề tài “Mô hình 3D và tối ưu hóa mô hình trong thực tại ảo” nhằm đáp ứng các yếu tố về kích thƣớc dữ liệu mô hình đối tƣợng đồng thời tạo lƣới mới cho bề mặt mô hình để thỏa mãn cho các chuyển động của mô hình.