Kỹ thuật Ray tracing trong sinh ảnh và ứng dụng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Nguyễn Anh Dũng

KỸ THUẬT RAY TRACING TRONG SINH ẢNH

VÀ ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH

Thái Nguyên - 2010

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Nguyễn Anh Dũng

KỸ THUẬT RAY TRACING TRONG SINH ẢNH

VÀ ỨNG DỤNG

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số:

LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Nguyễn Thị Hồng Minh

Thái Nguyên - 2010

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung luận văn này do tôi tự sưu tầm, tra cứu

và sắp xếp cho phù hợp với nội dung yêu cầu của đề tài. Nội dung luận văn này

chưa từng được công bố hay xuất bản dưới bất kỳ hình thức nào và cũng không

được sao chép từ bất kỳ một công trình nghiên cứu nào.

Phần mã nguồn của chương trình do tôi tự thiết kế và xây dựng, trong đó

có sử dụng một số thư viện chuẩn và các thuật toán được các tác giả xuất bản

công khai và miễn phí trên mạng Internet.

Nếu sai tôi xin tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Thái Nguyên, ngày 09 tháng 10 năm 2010.

Người cam đoan

Nguyễn Anh Dũng

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian nỗ lực thực hiện, luận văn nghiên cứu “Kỹ thuật Ray

tracing trong sinh ảnh và ứng dụng” đã cơ bản hoàn thành. Ngoài sự cố gắng hết

mình của bản thân, em đã nhận được nhiều sự khích lệ từ phía nhà trường, thầy

cô, gia đình và bạn bè.

Trước hết em xin cảm ơn gia đình, người thân đã luôn động viên và tạo

mọi điều kiện tốt nhất để em được học tập và hoàn thành luận văn này.

Em xin cảm ơn quý thầy cô trường Đại học Thái Nguyên đã truyền đạt

những kiến thức quý báu cho em trong quá trình học tập. Đặc biệt, em xin bày tỏ

sự biết ơn chân thành đến cô giáo, TS.Nguyễn Thị Hồng Minh, người đã tận tình

hướng dẫn và giúp đỡ em trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp.

Xin cảm ơn tất cả bạn bè đã và đang động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình

học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

MỤC LỤC

Trang

Phần mở đầu........................................................................................................ 1

Chương 1. Khái quát về đồ họa máy tính ba chiều và kỹ thuật kết xuất đồ

họa......................................................................................................................... 4

1.1. Khái quát về đồ họa máy tính ba chiều...................................................... 4

1.1.1. Đồ họa máy tính .................................................................................. 4

1.1.2. Các kỹ thuật đồ họa............................................................................. 5

1.1.3. Đồ họa máy tính ba chiều (3D - Dimensions) .................................... 5

1.2. Các kỹ thuật kết xuất đồ họa ba chiều ..................................................... 11

1.2.1. Kết xuất đồ họa ba chiều................................................................... 11

1.2.2. Kỹ thuật kết xuất Ray tracing ........................................................... 18

Chương 2. Kỹ thuật Ray tracing ..................................................................... 22

2.1. Tính toán đường đi của ánh sáng ............................................................. 22

2.1.1. Tia sáng và Tam giác ........................................................................ 22

2.1.2. Tia sáng và Tứ giác ........................................................................... 24

2.1.3. Tia sáng và các mặt bậc hai .............................................................. 25

2.1.4. Tia sáng và Mặt ẩn ............................................................................ 27

2.1.5. Tia sáng và Mặt NURBS .................................................................. 27

2.1.6. Tia sáng và Mặt con .......................................................................... 28

2.1.7. Tia sáng và Khối hộp ........................................................................ 29

2.2. Xử lý đổ bóng với Ray tracing................................................................. 30

2.3. Một số vấn đề khác về Ray tracing .......................................................... 32

2.4.1. Ray tracing phân tán.......................................................................... 36

2.4.2. Ray tracing theo đường..................................................................... 37

2.4.3. Đổ bóng với nguồn sáng hẹp ............................................................ 37

2.4.4. Đổ bóng với nguồn sáng rộng........................................................... 38

2.4.5. Phản xạ bề mặt bóng ......................................................................... 39

2.4.6. Phản xạ khuếch tán............................................................................ 40