Kỹ thuật mô phỏng đối tượng dạng sợi và ứng dụng mô phỏng tóc trong thực tại ảo

Trong biểu đồ 2.1 trên, so sánh về thời gian tính toán giữa NURBS gốc (2.9) và NURBS cải tiến (2.12) ứng với bốn mức khác nhau:

Mức 1, với cùng số điểm điều khiển là 6 và 50 sợi tóc thì NURBS cải tiến (1:01:20) thực thi nhanh hơn NURBS gốc (1:20:00); Mức 2, với cùng số điểm điều khiển là 8 và 90 sợi tóc thì NURBS cải tiến (3:17:20) thực thi nhanh hơn NURBS gốc (5:31:19); Mức 3, với cùng số điểm điều khiển là 10 và 100 sợi tóc thì NURBS cải tiến (13:01:12) thực thi nhanh hơn NURBS gốc (16:11:22); Mức 4, với cùng số điểm điều khiển là 12 và 150 sợi tóc thì NURBS cải tiến (21:14:15) thực thi nhanh hơn NURBS gốc (26:31:21).

Như vậy, với độ phức tạp được so sánh như trên và biểu đồ 2.1, cho thấy NURBS cải tiến ở (2.12) (đường màu xanh) có lợi thế hơn hẳn về mặt thời gian so với NURBS gốc ở (2.9) (đường màu đỏ). Do việc đưa ra công thức cải tiến NURBS thực chất là giảm miền ảnh hưởng của các điểm điều khiển lên một điểm đang xét, việc thay đổi chỉ mang tính cục bộ chứ không ảnh hưởng lên toàn bộ mái tóc. Bên cạnh đó, việc cải tiến NURBS không chỉ đáp ứng yêu cầu về tăng tốc độ mô phỏng mà còn đáp ứng yêu cầu mô phỏng những đối tượng có đường và bề mặt với độ cong cục bộ khác nhau, chẳng hạn, yêu cầu về các đặc điểm về lỗ thủng, gờ cho cơ bám trên xương.

3.3.3. Kết quả thử nghiệm kỹ thuật mô phỏng sử dụng Mass-Springs

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 81 trang tài liệu này.

Dưới đây là một số kết quả thử nghiệm cài đặt kỹ thuật mô phỏng dựa vào Mass-Springs vào mô phỏng đối tượng dạng sợi, chương trình thực hiện trên trên máy tính PC với CPU Core(TM) i5 @ 2.60 GHz, 2 GB RAM bằng phần mềm Visual C++, thư viện OPENGL ứng với số lượng sợi tóc khác nhau.

Hình 3.13. Tóc Messy trên plain trong một khung viền với các điểm điều khiển mass-spring và các bề mặt NURBS xoắn‌

Hình 3.14. Tóc Messy trên plain trong một khung viền với bề mặt NURBS xoắn

Hình 3.15. Tóc dày, messy trên plain với bề mặt NURBS xoắn

Hình 3.16. Tóc dài, messy trên plain với bề mặt NURBS xoắn

Hình 3.17. Sợi ngắn, cong trên sphere với bề mặt NURBS xoắn

3.4. Phân tích kết quả đánh giá

Phần trên đây vừa được trình bày công cụ, kết quả mô phỏng mô hình hóa 3D sợi tóc trên máy tính. Với kỹ thuật như trên, cho phép chúng ta mô phỏng đầy đủ được các đặc trưng, thuộc tính của tóc trong không gian 3D.

Trong chương này ở trên vừa trình bày kết quả thử nghiệm của hai kỹ thuật mô phỏng, đó là: Kỹ thuật mô phỏng dựa vào mô hình NURBS và Kỹ thuật mô phỏng dựa vào Mass-Springs.

Với kỹ thuật mô phỏng dựa vào NURBS: Trên cơ sở sử dụng NURBS nâng cao vào mô phỏng tóc ứng với những sợi và bó tóc khác nhau, những thuộc tính ràng buộc khác nhau được thiết lập và lựa chọn để tạo ra những kiểu tóc khác nhau phù hợp với từng yêu cầu cụ thể. Một số mô hình tóc được tạo ra với các thuộc tính về số sợi, độ lớn, độ dài, không có ngoại lực,… được thiết lập và lựa chọn khác nhau để mô phỏng sợi, bó tóc. Khi mô phỏng tóc mà chưa có ngoại lực tác động thì tóc sẽ thẳng theo hướng vectơ pháp tuyến p. Để tạo ra những kiểu tóc gần tóc thực tế thì cần có ngoại lực tác động (gió, trọng lực,…), việc lựa chọn giá trị cho ngoại

lực thường tuỳ theo độ lớn sợi tóc (to, nhỏ) khác nhau mà ta có thể lựa chọn các thông số khác nhau cho tóc có hình dạng gần tóc thực tế hơn.

Kỹ thuật mô phỏng dựa vào Mass-Springs: những sợi khác nhau, những thuộc tính ràng buộc khác nhau được thiết lập và lựa chọn để tạo ra những kiểu khác nhau phù hợp với từng yêu cầu cụ thể. Chẳng hạn như khi muốn mô phỏng sợi có những thuộc tính khác nhau: số sợi, độ lớn, độ dài, không có ngoại lực,… được thiết lập và lựa chọn khác nhau để mô phỏng sợi.

KẾT LUẬN

Mô phỏng đối tượng dạng sợi là một vấn đề quan trọng trong hệ thống mô phỏng các nhân vật ảo, đặc biệt là đối với con người, vì sợi là một đối tượng không thể thiếu trên mỗi con người, như sợi tóc, sợi vải,... Vì vậy, trong mô phỏng đòi hỏi không những phải đảm bảo về chất lượng mô phỏng mà còn phải đáp ứng yêu cầu không gian lưu trữ, tăng tốc độ mô phỏng.

Mô phỏng sợi trong thực tại ảo, thực chất là việc mô hình hoá và điều khiển mô hình sợi trên mô hình bề mặt 3D. Kết quả thu được sẽ là kiểu sợi trên mỗi đối tượng ảo trong không gian thực tại ảo.

Luận văn đã tập trung nghiên cứu một số kỹ thuật mô phỏng sợi, kỹ thuật nâng cao hiệu quả mô phỏng sợi và ứng dụng của nó trong hệ thống mô phỏng con người ảo. Cụ thể, luận văn đã đạt được những kết quả sau:

- Nghiên cứu tổng quan về đồ họa máy tính, thực tại ảo, nghiên cứu khái quát về mô hình hóa 3D, phương pháp mô hình hóa, dựng hình 3D cũng như mô phỏng, vai trò của mô phỏng và công nghệ mô phỏng trong thực tại ảo. Nghiên cứu tổng quan về mô phỏng đối tượng dạng sơi, mảnh, trên cơ sở đó dẫn tới đề xuất nghiên cứu thử nghiệm đối tượng dạng sợi dưới dạng là sợi tóc, mảnh tóc hay mái tóc trên con người ảo. Đồng thời giới thiệu khái quát về vai trò của tóc cũng như mô hình hóa và điều khiển các mô hình tóc trên hệ thống con người ảo.

- Kỹ thuật mô phỏng sợi dưới dạng ảnh dựa vào phân chia mô hình 3D thành các vùng tương ứng và kỹ thuật ánh xạ, nhằm khắc phục hiện tượng biến dạng trong quá trình ánh xạ từ ảnh sợi 2D lên các vùng mô hình 3D tương ứng. Kỹ thuật này phù hợp cho mô phỏng tóc ngắn (tóc nam giới), tóc bám sát bề mặt da đầu và áp dụng trên con người hay nhân vật ảo.

- Kỹ thuật mô phỏng sợi sử dụng mô hình NURBS và đề xuất nâng cao kỹ thuật mô phỏng NURBS nhằm tăng tốc độ mô phỏng, thể hiện tính cục bộ của sợi dựa vào giảm miền ảnh hưởng của các điểm điều khiển lên một điểm đang xét.

- Kỹ thuật mô phỏng Mass-Springs thì những sợi khác nhau, những thuộc tính ràng buộc khác nhau được thiết lập và lựa chọn để tạo ra những kiểu khác nhau phù

hợp với từng yêu cầu cụ thể. Chẳng hạn như khi muốn mô phỏng sợi có những thuộc tính khác nhau: số sợi, độ lớn, độ dài, không có ngoại lực,… được thiết lập và lựa chọn khác nhau để mô phỏng sợi.

- Đã cài đặt thử nghiệm với hai kỹ thuật mô phỏng, đó là: Kỹ thuật mô phỏng dựa vào mô hình NURBS và Kỹ thuật mô phỏng dựa vào Mass-Springs.

Hướng nghiên cứu phát triển tiếp theo của luận văn:

 Nghiên cứu và đề xuất các phương pháp, ứng dụng mô phỏng sợi trên cơ sở nghiên cứu các tính chất vật lý, hoá học của tóc.

 Nghiên cứu và đề xuất việc ứng dụng độ bóng, ánh sáng,... trong mô phỏng sợi.

Trong khuôn khổ luận văn này, với sự tìm hiểu và nghiên cứu còn hạn chế nhưng cũng đã cho bản thân học viên hiểu sâu hơn về việc lập một đề án xây dựng mô phỏng mô hình 3D cho một đối tượng trong thực tại ảo để áp dụng vào cuộc sống. Được sự hướng dẫn của giáo viên, đặc biệt là sự góp ý chuyên sâu và nhiệt tình của các thầy, cô trong Hội đồng đối với đề tài luận văn này. Bản thân em nhận thấy đây là kết quả bước đầu rất bổ ích và thiết thực, là tiền đề thúc đẩy trong quá trình học tập và nghiên cứu nhiều hơn nữa về nội dung này để thành công trong cuộc sống cũng như trong công việc hàng ngày.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] P. Noble and W. Tang (2004), Modelling and animating cartoon hair with nurbs surfaces,

[2] in Computer Graphics International (CGI), June 2004, pp. 60–67.

[3] Anna Sokol (2004), Modeling Hair and Fur with NURBS. Computer Science Department.

SUNY Stony Brook.

[4] Z. Xu, X. D. Yang, T. Wang, and J. Yang (2000), The cluster hair model, Graphics Models and Image Processing, vol. 62, no. 2, pp. 85–103, Mar. 2000.

[5] Z. Brooks Jr (1999), What's Real About Virtual Reality, IEEE Computer Graphics And Applications, 19(6), 16, 1999.

[6] Z. Burdea, G. and P. Coffet (2003), Virtual Reality Technology, Second Edition. Wiley-IEEE Press, 2003.

[7] D. Baraff and A. Witkin. Large steps in cloth simulation, SIGGRAPH 98 Conference Proceedings, pages 43- 4, 1998

[8] D.H. House and D.E. Breen, Cloth Modeling and Animation, A.K. Peters, Ltd., 2000

[9] Feng Han and Song-Chun Zhu, A Two-Level Generative Model for Cloth Representation and Shape from Shading, Journal IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, Volume 29 Issue 7, July 2007 Pages 1230- 1243.

[10] C. K. Koh and Z. Huang (2000), Real-time animation of human hair modeled in strips, Computer Animation and Simulation, Springer-Verlag, pages 101–110, 2000.

[11] C. K. Koh and Z. Huang (2001), A simple physics model to animate human hair modeled in 2D strips in real time, Proceedings Of Computer Animation and Simulation, 2001.

[12] D. Gibbs, Carlos, David A.Hart (2008), Modeling hair using interpolation and clumping in an iterative process, CA(US), 2008.

[13] K. Ward, F. Bertails, Kim, arschner, Cani, Ming C.Lin (2007), A Survey on Hair Modeling: Styling, Simulation and Rendering, University of North Carolina at Chapel Hill. 2007.

[14] Yosuke Bando, Bing-Yu Chen, Tomoyuki Nishita(2003), Animating Hair with Loosely Connected Particles(LCP), The University of Tokyo, 2003.

[15] Chia-Ying Lee, Wei-Ru Chen, Eugenia Leu*, Ming Ouhyoung(2001), A Rotor Platform Assisted System for 3D Hairstyles, Dept. of CS and IE, National Taiwan University, Taiwan, 2001.

[16] Yong Kim and Ulrich Neumann(2002), A Thin Shell Volume for Modeling Human Hair, Computer Graphics and Immersive Technology Laboratory, Integrated Media Systems Center, University of Southern California, 2002.

[17] Tae-W. Liang and Z. Huang (2003), An enhanced framework for real-time hair animation, in Paciﬁc Graphics Conference on Computer Graphics and Applications, October 2003

[18] Nguyen Van Huan, Pham Viet Binh, Đo Nang Toan(2009), A hair material simulation approach in Virtual reality and application, Proceedings of The 7th Asian Control Conference – ASCC2009, Hong Kong 27-29/08/2009, China 2009, 541-546.

[19] Nguyen Van Huan, Do Nang Toan(2009), Morphing and Repairing a 3D Scalp Geometry in Building Hair Models and Simulation, Proceedings of 2nd International Congress on Image and Signal Processing-CISP2009, Tianjin 17- 19/10/2009, China 2009, 705-710.

[20] Nguyen Van Huan, Do Nang Toan(2010), Vector Fields in Expressing Hairstyles, Proceedings of The 2nd IEEE International Conference on Advanced Computer Control -ICACC 2010, Shenyang 27-29/03/2010, China 2010, 541-546

[21] N.V. Huan, D.N. Toan (2009), A hair material simulation approach in Virtual reality and application, In Proceedings of The 7th Asian Control Conference, Hong Kong, China, 2009, pp. 541-546.