Khoa CNTT - ĐHBK Hà nội
Email: [email protected]
Tel: 0913030731
1
1
Lesson 1:
Kỹ thuật đồ họavàHiệnthực ảo
Computer Graphics And Virtual Reality
z Kỹ Thuật đồ họacơ sở
z Kỹ Thuật đồ họatiêntiến
z Hiệnthực ảo-VRML
Le Tan Hung
[email protected]
2
A Brief History of Computer
Graphics
1885 - CRT (Cathode Ray Tube)
1887 - Edison patents motion
picture camera
1888 - Edison
and Dickson
record motion picture photos
on a wax cylinder
3
A Brief History of Computer
Graphics
1926 – J.L. Baird
invents the
television.
30 line vertical,
black and red scan

– Sutherland tạo ra rất nhiều
thuật toán cho CG
5
A Brief History of Computer
Graphics
1963
z IBM creates the 360 models
– One of the First General Purpose
Mainframes
z SRI develops the mouse.
6
A Brief History of Computer
Graphics
z 1966 Ralph Baer creates
the 1
st
comsumer CG
product:
– Odyssey Pinball
z 1967
– GE introduces first full colour
real time flight simulator for
NASA
Khoa CNTT - ĐHBK Hà nội
Email: [email protected]
Tel: 0913030731
2
7
Lịch sử phát triển
1970-1980

z Intel develop the 8080 processor.
1975
z Mandelbrot plots fractals
z Bill Gates starts Microsoft
1976
z Steve Jobs and Steve Wozniak start Apple.
1977
z Academy of Motion Pictures Art and Sciences
introduces Visual Effects category for Oscars.
10
A Brief History of Computer
Graphics
z 1977 Star Wars wins oscar for special
effects.
z 1978 Superman wins oscar for special
effects
z 1979 Alien wins oscar for visual effects.
z 1980 The Empire Strikes Back wins oscar
for visual effects.
11
80-90
z CG: 1980-1990
– Special purpose hardware
z Silicon Graphics geometry engine
– VLSI implementation of graphics pipeline
–
Industry-based standards
z PHIGS
z RenderMan
– Networked graphics: X Window System

15
A Brief History of Computer
Graphics
1985
z The Last Starfighter is the first live
action feature film with realistic
computer animation of highly detailed
models.
1989
z The Abyss is the first movie to include
convincing 3D character animation.
16
Lịch sử phát triển
90-00
z CGraphics: 1990-2000
z OpenGL API
z Tạo ra bộ phim hoạt hình hoàn
chỉnh đầu tiên (Toy Story)
z Khả năng mới của phần
c
ứng
– Texture mapping
– Blending
– Accumulation, stencil buffer
z CGraphics: 2000-03
z Photorealism
z Graphics cards for PCs
dominate market
– Nvidia, ATI, 3DLabs
z Game boxes and game players

A Brief History of Computer
Graphics
1998
z Armageddon
z Mouse Hunt
z Bugs Life
1999
z The Matrix
z Star Wars: The Phantom
Menace
z Disney’s Tarzan
20
A Brief History of Computer
Graphics
2000
z Sony Playstation II
z Walking with Dinosaurs
z Disney’s Shrek
2002 Microsoft’s XBOX
21
Kỹ thuật đồ họavitính.
z Definition (ISO)
– Method and Technologies for converting data to and from a
graphics devices via a computer
z Computer Graphics (Kỹ thuật đồ hoạ máy tính) là mộtlĩnh
vựccủa Công nghệ thông tin mà ở đó nghiên cứu, xây
dựng và tậphợp các công cụ (mô hình lý thuyếtvàphần
mềm) khác nhau để:
z kiếntạo, lưutrữ, xử lýCácmôhình(model) vàhìnhảnh
(image) của đốitượng

image formats, compression, transfer
graphics algorithms
colour
positions
24
Graphical
Model
Rendering
Output
Device
Rendering
Parameters
Kỹ thuật đồ hoạ vector
z Mô hình hình học (geometrical
model) cho mô hình hoặc hình ảnh
của đốitượng
z Xác định các thuộc tính củamô
hình hình học này,
z Quá trình tô trát (rendering) để hiển
thị từng điểmcủamôhình, hình
ảnh thựccủa đốitượng
z Vector = geometrical model +
rendering
Khoa CNTT - HBK H ni
Email: [email protected]
Tel: 0913030731
5
25
Vớ d v hỡnh nh ho Vector
26

Kỹ thuật đồ
hoạ
Kiến tạo đồ
hoạ
Xử lý đồ
hoạ
29
Phõn loitheoh to
K thut ho hai chiu: l k thut ho mỏy tớnh s dng h
tohai chiu(h tophng), s dng rt nhiutrongk
thutx lý bn , th.
K thut ho ba chiu: l k thut ho mỏy tớnh s dng h
toba chiu, ũi hirt nhiutớnhtoỏnvphctphnnhiu
so vik thut ho hai chiu.
Kỹ thuật đồ hoạ
Kỹ thuật đồ hoạ 2 chiều
Kỹ thuật đồ hoạ ba chiều
30
Phõn loitheochcnng
z K thutx lý nh (COMPUTER IMAGING)
z K thutnhndng (Computer Vision techniques
attempt to provide meaning to computer) images.
z K thuttng hp nh (Computer Graphics)
z Geometry modelling
Khoa CNTT - ĐHBK Hà nội
Email: [email protected]
Tel: 0913030731
6
31
Các ứng dụng tiêu biểucủakỹ thuật đồ

hardware
Input and
output devices
Core,
GKS, GKS-3D
CGI (device interface)
CGM (metafile)
PHIGS (3D and realtime)
X-window
PHIGS+ (PEX)
IGES
OpenGL
DirectX
Metafiles
Operating system
Mô hình hệ thống đồ họa
40
Hệ thống đồ hoạ
(Graphics System)
z Interface between application software and graphics hardware system
z Consists of input subroutines and output subroutines accepting input data or
commands from a user and converting internal representations into external
pictures on screen, respectively
z Phầnmềm đồ hoạ hệ thống:
– Là tậphợpcáclệnh đồ hoạ củahệ thống (graphics output commands),
– Thựchiệncôngviệchiểnthị cái gì (what object) và chúng sẽđượchiểnthị như thế
nào (how).
– Phầnmềm đồ hoạ hệ thống là phầnmềmxâydựng trên cơ sở mộtthể loạiphần
cứng nhất định và phụ thuộc vào phầncứng.
z Phầncứng đồ hoạ:

image on
screen
(to show)
the image
Raster & Display Engine
concerned with :
- viewing & projection
- drawing & clipping
primitives
- local illumination &
shading
- texture mapping
Thành phần trong chức năng của
kỹ thuật đồ hoạ
42
3D Graphics Over World Wide Web
3D Graphics Over World Wide Web
SRGP
library
Pascal / C
program
X Window
System
Graphics hardware
Image
image formats, compression, transfer
graphics algorithms
colour
Drawing
packages

các phương pháp chuẩn cho các mô hình thời gian thực và lập trình hướng
đối tượng.
– PHIGS Functional Description, ANSI X3.144 - 1985.
– PHIGS+ Functional Description, 1988, 1992.
44
Non-official industry standards
Các chuẩncủahệđồhoạ
z OPENGL thư viện đồ họa của hãng Silicon
Graphics, được xây dựng theo đúng chuẩn của một
hệ đồ họa.
– SGI’s OpenGL 1993
z DIRECTX thư viện đồ hoạ của hãng Microsoft
– Direct X/Direct3D 1997
45
OpenGL
z Software interface to graphics
hardware
z Client-server model
z 250 distinct commands
z Object specification + image
generation
z Simple primitives: points, lines,
polygons
(pixels, images, bitmaps)
z 3D rendering
z Commands interpreted using
client-server model
– Client (Application) issues
commands
– Server (OpenGL) interprets

DirectX
48
OpenGL Design Goals
z SGI’s design goals for OpenGL:
– High-performance (hardware-accelerated) graphics API
– Some hardware independence
– Natural, terse API with some built-in extensibility
z OpenGL has become a standard (competing with DirectX) because:
– It doesn’t try to do too much
z Only renders the image, doesn’t manage windows, etc.
z No high-level animation, modeling, sound (!), etc.
– It does enough
z Useful rendering effects + high performance
– Open source and promoted by SGI (& Microsoft, half-heartedly)
Khoa CNTT - ĐHBK Hà nội
Email: [email protected]
Tel: 0913030731
9
49
MànhìnhCRT
Raster Displays (early 70s)
like television, scan all pixels in regular pattern
use frame buffer (video RAM) to eliminate sync
problems RAM
¼ MB (256 KB) cost $2 million in 1971
50
MànhìnhCRT
SONY Trinitron CRT
NEC Hybrid Mask
Hitachi EDP

15 kg)
z High power consumption (typ.
140W)
z Harmful DC and AC electric and
magnetic fields
z Flickering at 50-80 Hz (no memory
effect)
z Geometrical errors at edges
54
LCD-Liquid Crystal Display
z A transmissive technology
z Works by letting varying amounts
of a fixed-intensity white backlight
through an active filter
z Organnic crystals that lign
themselves together
z When external force is applied
they realign themselves
z This is used to change
polarisation and filter light
Khoa CNTT - ĐHBK Hà nội
Email: [email protected]
Tel: 0913030731
10
55
Display Technology: LCDs
z Transmissive & reflective
LCDs:
– LCDs act as light valves, not
light emitters, and thus rely on

fluorescent light tubes
– Small gas-filled capsules
are excited by electric field,
emits UV light
– UV excites phosphor
– Phosphor relaxes, emits
some other color
58
Display Technology
z Plasma Display Panel
Pros
– Large viewing angle
– Good for large-format
displays
– Fairly bright
z Cons
– Expensive
– Large pixels (~1 mm versus
~0.2 mm)
– Phosphors gradually
deplete
– Less bright than CRTs,
using more power
59
Display Technology: DMDs
z Digital Micromirror Devices (projectors)
– Microelectromechanical (MEM) devices, fabricated
with VLSI techniques
60
Display Technology: DMDs

62
Display Technologies:
Organic LED Arrays
z OLED pros:
– Transparent
– Flexible
– Light-emitting, and quite
bright (daylight visible)
– Large viewing angle
– Fast (< 1 microsecond off-
on-off)
– Can be made large or small
63
Display Technologies:
Organic LED Arrays
z OLED cons:
– Not quite there yet (96x64 displays) except niche markets
z Cell phones (especially back display)
z Car stereos
– Not very robust, display lifetime a key issue
– Currently only passive matrix displays
z Passive matrix: Pixels are illuminated in scanline order (like a raster
display), but the lack of phosphorescence causes flicker
z Active matrix: A polysilicate layer provides thin film transistors at each
pixel, allowing direct pixel access and constant illumination
See http://www.howstuffworks.com/lcd4.htm for more info
– Hard to compete with LCDs, a moving target
64
DAC
Direct Color Framebuffer

here?
Khoa CNTT - ĐHBK Hà nội
Email: [email protected]
Tel: 0913030731
12
67
Framebuffers: Indexed-Color
z An indexed-color (8-bit or PseudoColor) framebuffer stores one byte per
pixel (also: GIF image format)
z This byte indexes into a color map:
z How many colors
can a pixel be?
z Still common on
low-end displays
(cell phones, PDAs,
GameBoys)
z Cute trick:
color-map animation
68
Framebuffers: Hi-Color
z Hi-Color was a popular PC SVGA standard
z Packs pixels into 16 bits:
– 5 Red, 6 Green, 5 Blue
– Sometimes just 5,5,5
z Each pixel can be one of 2
16
colors
z Hi-color images can exhibit worse quantization artifacts
than a well-mapped 8-bit image
69