<span class='text_page_counter'>(1)</span><div class='page_container' data-page=1>

TÔp chẵ Tin hồc v iÃu khin håc, T.28, S.1 (2012), 6475

K˜T HĐP GIAO DI›N T×ÌNG TC V PHìèNG PHP THIT K CHIU
SNG ầ HA DĩA TRN MˆU SÛ DÖNG H€M MÖC TI–U V€ BI˜N

ÊI WAVELET

H€ HƒI NAM

Khoa Cæng ngh» thæng tin I, Håc vi»n Cæng ngh» Bữu chẵnh Viạn thổng

<b>Túm tt.</b> Thiát ká tham số chiáu sĂng trong ỗ hồa mĂy tẵnh và bÊn chĐt khổng phÊi l mởt quĂ

trẳnh ngău nhiản m l mởt quĂ trẳnh ỏi họi kinh nghiằm v k nông nhĐt nh ối vợi ngữới dũng.
Trong mởt số ựng dửng, Ưu ra cừa quĂ trẳnh thiát ká chiáu sĂng l mởt Ênh hai chiÃu l kát quÊ cừa
viằc tối ữu cĂc tham số chiáu sĂng cho mởt cÊnh ỗ hồa 3 chiÃu. Ngữới dũng vợi hiu biát giợi hÔn vÃ
viằc thiát ká cĂc tham số chiáu sĂng s gp khõ khôn trong viằc xỷ lỵ iÃu chnh cĂc tham số chiáu
sĂng mởt cĂch phũ hủp cho cÊnh ỗ hồa. Bi bĂo s trẳnh by mởt cĂch tiáp cên ối vợi vĐn à thiát
ká chiáu sĂng cho cĂc ựng dửng õ Ưu ra mong muốn cừa quĂ trẳnh thiát ká l mởt Ênh 2 chiÃu.
CĂch tiáp cên ny l sỹ kát hủp cừa phữỡng phĂp tối ữu hõa cĂc tham số chiáu sĂng dỹa trản mău
(lighting-by-example) sỷ dửng mởt hm mửc tiảu dỹa trản bián ời wavelet v viằc sỷ dửng giao diằn
tữỡng tĂc tối ữu cĂc tham số chiáu sĂng cho mët èi t÷đng ho°c mët nhâm c¡c èi t÷đng trong
cÊnh ỗ hồa mởt cĂch ởc lêp sau õ cĂc kát quÊ s ữủc kát hủp lÔi vợi nhau sỷ dửng thổng tin vÃ
ở sƠu cừa cÊnh ỗ hồa giÊi quyát vĐn à che khuĐt cừa cĂc ối tữủng.

<b>Abstract.</b>Lighting design in computer graphics is essentially not a random process but one driven by

both a technical and aesthetic appreciation of lighting in computer graphics. In some applications, the
result of the lighting design process is a 2D image derived by rendering a 3D scene. Users with limited
understandings of manipulation of lighting parameters may have difficulties in properly modifying the
lighting parameters in order to achive desired lighting effects. In this paper, we present an approach

to lighting design in applications where the expected result of the lighting design process for a 2D
image. In this approach, the lighting-by-example method using wavelet-based objective function is
used in combination with an interactive interface in order to optimize lighting parameters for an
object or a group of objects individually, and then the visual results of these separate processes are
combined (utilizing 3D depth information) in the seamless generation of a final 2D image.

1. GIỴI THI›U

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

K˜T HĐP GIAO DI›N T×ÌNG TC V€ PH×ÌNG PHP THI˜T K˜ CHI˜U SNG ầ HA... 65

hồa  liản tửc ữủc cÊi tián nhơm trang bà cho ng÷íi dịng c¡c ph÷ìng ph¡p t÷ìng t¡c ngy
mởt ỡn giÊn hỡn [1].

Trong cĂc cổng cử ỗ hồa nời tiáng nhữ 3D Studio Max, cổng viằc thiát ká chiáu sĂng bưt
Ưu vợi viằc ngữới dũng xĂc nh cĂc loÔi nguỗn sĂng v cĂc c tẵnh chiáu sĂng s ữủc sỷ
dửng cho cÊnh ỗ hồa. Dỹa trản quĂ trẳnh xem x²t mưc ½ch sû dưng v  °c t½nh cõa cĂc n,
ngữới dũng biát ữủc sỹ tữỡng ỗng cừa cĂc loÔi nguỗn sĂng trong thỹc tá v cĂc loÔi nguỗn
sĂng trong cổng cử ỗ hồa. Theo õ, cĂc nguỗn sĂng s ữủc nh v tÔi cĂc v trẵ mong muốn.
Bữợc tiáp theo s l viằc thay ời cĂc thuởc tẵnh cừa cĂc nguỗn sĂng. Trong cĂc cổng cử ỗ
hồa, hƯu hát cĂc thuởc tẵnh cừa nguỗn sĂng nhữ l cữớng ë, m¦u s­c, h» sè suy gi£m v  c¡c
tham sè ờ bõng ữủc thao tĂc thổng qua bn phẵm. Vợi mởt vi cĂc thuởc tẵnh cừa nguỗn
sĂng nhữ l v trẵ v hữợng cừa n, cõ th sỷ dửng chuởt ko nhÊ cĂc ối tữủng. Trong
thỹc tá, cĂc thao tĂc nh v cĂc nguỗn sĂng dũng chuởt thổng thữớng hi»u qu£ v  trüc quan
hìn l  thỉng qua vi»c nhªp cĂc giĂ tr thổng qua bn phẵm vẳ ngữới dũng thữớng biát ữủc
mởt cĂch tữỡng ối v trẵ t nguỗn sĂng v hữợng cừa nguỗn sĂng [1]. Trong thỹc tá, cĂc
sÊn phâm thữỡng mÔi nhữ 3D Studio Max, Maya v Light Wave hộ trủ rĐt tốt cĂc hoÔt ởng
tữỡng tĂc sỷ dửng chuởt trản cĂc ối tữủng.

Mửc ẵch nghiản cựu trong t÷ìng t¡c ng÷íi m¡y l  trang bà cho ng÷íi dũng cĂc phữỡng
tiằn Ôt ữủc mửc tiảu mong muốn vợi ẵt cổng sực v thới gian nhĐt. Bi bĂo trẳnh by mởt

cĂch tiáp cên kát hủp sỷ dửng phữỡng phĂp thiát ká chiáu sĂng dỹa trản mău vợi hm mửc
tiảu dỹa trản bián ời wavelet v sỷ dửng giao diằn tữỡng tĂc. Phữỡng phĂp à xuĐt nhơm
giÊm thiu cĂc tữỡng tĂc cừa ngữới dũng trong thiát ká chiáu sĂng cho mët sè ùng döng cö
thº. Möc 2 cõa b i bĂo s trẳnh by và cĂc hữợng nghiản cựu liản quan. Mưc 3 l  ph÷ìng ph¡p
tèi ÷u c¡c tham sè chiáu sĂng dỹa trản mău sỷ dửng hm mửc tiảu dỹa trản bián ời wavlet.
Mửc 4 l thiát ká giao di»n t÷ìng t¡c trong b i to¡n tèi ÷u c¡c tham số chiáu sĂng cho cĂc
Ưu ra cuối l cĂc Ênh 2 chiÃu. V cuối cũng l kát luên v hữợng phĂt trin.

2. CC HìẻNG NGHIN CU LIN QUAN

Cõ mởt số cĂch tiáp cên cõ th coi l cõ mối liản hằ gƯn gụi vợi cĂch tiáp cên dỹa trản
mău. Schoeneman et al [2] xem xt vĐn à thiát ká chiáu sĂng nhữ mởt bi toĂn ngữủc õ
ngữới dũng thiát lêp cĂc thuởc tẵnh Ănh sĂng mong muốn xuĐt hiằn cÊnh ỗ hồa 3D v hằ
thống s tỹ ởng tẳm ra giÊi phĂp vợi cĂc tham số chiáu sĂng tÔo ra hiằu ựng Ănh sĂng gƯn
giống nhĐt vợi cĂc thuởc tẵnh Ănh sĂng mong muốn. Viằc v trỹc tiáp lản cĂc bà mt cừa cĂc
ối tữủng ỗ hồa 3D s lm thay ời cĂc hm chiáu xÔ v hm chiáu xÔ ny s ữủc sỷ dửng
nhữ hm mửc tiảu cho quĂ trẳnh tối ữu hõa. Trong cĂch tiáp cên n y, c¡c b· m°t 3D sau khi
v³ ÷đc coi l  cĂc mău cho quĂ trẳnh tối ữu hõa cĂc tham số chiáu sĂng. CĂc tham số chiáu
sĂng ữủc tối ữu trong cĂch tiáp cên ny ữủc l cĂc cữớng ở ¡nh s¡ng cõa c¡c ±n ð c¡c và
tr½ cè ành.

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

66 H HI NAM

lữủng hõa. Trản thỹc tá, Ênh hững cừa cĂc thuởc tẵnh Ănh sĂng do cĂc n tÔo ra ối vợi cĂc
nhên thực tƠm lỵ th giĂc nhữ ở ró rng, ở rởng rÂi, ở thoÊi mĂi, tẵnh riảng tữ ữủc xem
xt trong cĂc nghiản cựu tƠm lỵ ny.

Marks et. al. [6] Â Ã xuĐt mởt cĂch tiáp cên khĂc õ hằ thống tữỡng tĂc vợi ngữới dũng
v cho php ngữới dũng chồn cĂc cĐu hẳnh chiáu sĂng tứ cĂc phƠn cửm thổng qua cĂc Ênh 2D
ngữới dũng cõ th nhẳn thĐy thổng qua mởt giao diằn. Trong cĂch tiáp cên ny, Ănh xÔ giỳa

cĂc vc tỡ Ưu vo biu diạn cĂc tham số chiáu sĂng nhữ v trẵ cừa n, loÔi n v hữợng cừa
n. CĂc vc tỡ Ưu ra biu diạn cĂc thuởc tẵnh Ôi diằn cho chĐt lữủng chiáu sĂng ữủc tÔo
ra. Trong quĂ trẳnh tối ữu hõa, cĂc n ữủc di chuyn giỳa cĂc v trẵ ữủc nh nghắa trữợc.
TÔi mội v trẵ, mởt loÔi n ữủc chồn v mởt Ênh 2D ữủc tÔo ra cũng vợi mởt vc tỡ Ưu
ra. Kát quÊ l mởt têp cĂc vc tỡ Ưu ra ữủc tÔo ra. é bữợc tiáp theo, têp cĂc vc tỡ Ưu
ra ữủc phƠn cửm dỹa trản khoÊng cĂch giỳa cĂc vc tỡ v cĂc cửm ữủc hin th tợi ngữới
dũng dữợi dÔng cĂc Ênh 2D tữỡng ựng vợi cĂc vc tỡ Ưu ra. é cĂch tiáp cên ny, hằ thống
hiằn th tợi ngữới dũng cĂc cĐu hẳnh chiáu sĂng cõ th, tuy nhiản hằ thống khổng cho php
ngữới dũng biu Ôt cĂc hiằu ựng chiáu sĂng mong muốn.

Mởt giao diằn tữỡng tĂc dỹa trản hoÔt ởng phĂc hồa xĂc nh v trẵ nguỗn sĂng tứ cĂc
tham số ờ bõng biát trữợc ữủc phĂt trin bi Poulin v ỗng sỹ [7]. Trong hằ thống Poulin
phĂt trin, ngữới thiát ká ç håa s³ dòng chuët º v³ ph¡c håa và tr½ ê bâng v  h» thèng s³
tü ëng x¡c ành nguỗn sĂng dỹa trản viằc tối ữu hõa mởt hm mửc tiảu ữủc xƠy dỹng dỹa
trản v trẵ khoÊng cĂch giúa và c¡c iºm cõa c¡c n²t ph¡c håa v  v trẵ nguỗn sĂng. Vợi hằ
thống kiu thá ny, ngữới dũng cõ cỡ hởi th hiằn mửc tiảu chiáu sĂng mởt cĂch tỹ nhiản.

Shacked et. al. [10] Ã xuĐt hm mửc tiảu cho tỹ ởng hõa chiáu sĂng dỹa trản cĂc c
im tƠm sinh lỵ và cÊm thử Ănh sĂng cõa ng÷íi v  ph÷ìng ph¡p n y ÷đc mð rëng bði Ha
et al trong [11, 12].

3. H€M MÖC TI–U V€ THI˜T K˜ CHI˜U SNG Ç HÅA

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

K˜T HĐP GIAO DI›N T×ÌNG TC V€ PH×ÌNG PHP THI˜T K˜ CHI˜U SNG ầ HA... 67

hm mà cho bián ời wavelet sỷ dửng trong xƠy dỹng hm mửc tiảu nhữ sau

Bw = [h(x, y) +φv(x, y)], (1)

Ð â φh(x, y) v  φv(x, y) l cĂc hm mà tữỡng ựng theo chiÃu ngang v theo chiÃu dồc cho

bián ời wavelet Ăp dửng vợi hm Ênh ữủc nh nghắa trong cĂc cổng thực (2) v (3).

φh(x, y) =






1 n¸u 0≤x <1/2 v  0≤y <1
−1 n¸u 1/2≤x <1 v  0≤y <1

0 tr÷íng hđp kh¡c

(2)

φv(x, y) =






1 n¸u 0≤y <1/2 v  0≤x <1
−1 n¸u 1/2≤y <1 v  0≤x <1

0 tr÷íng hđp kh¡c

(3)

φa,b_h (x, y) =φh(2bhx−ah,2bvy−av) (4)
φa,b_v (x, y) =φv(2bhx−ah,2bvy−av) (5)
bh v bv t÷ìng ùng l  c¡c h» sè bi¸n êi t¿ l» theo chi·u ngang v  dåc cho c¡c h m cì sð.ah

v  av t÷ìng ùng l  c¡c h» sè dàch chuyºn theo chi·u ngang v  dåc cho c¡c h m cì sð. Thüc

hi»n c¡c ph²p bi¸n êi t l» v  dàch chuyºn (2) v  (3) câ ÷đc c¡c h m cỡ s ữủc biu diạn
trong cĂc cổng thực (4) v (5). Ph²p biºn êi t¿ l» thay êi t¦n sè cừa hm mà Ôt ữủc
cĂc hm cỡ s c¡c t¦n sè kh¡c nhau. Ph²p dàch chuyºn thay êi v trẵ cừa hm mà. Kát hủp
cừa php bián ời t lằ v php dch chuyn s tÔo ra cĂc hm cỡ s vợi cĂc tƯn số khĂc nhau
cĂc v trẵ khĂc nhau. Chúng ta cõ th viát lÔi (1) nh÷ sau

B_wa,b=φa,b_h (x, y) +φa,b_v (x, y)

Chóng ta câ th nh nghắa E_ia,b l hằ số phờ nông lữủng chuân hõa cừa bián ời wavelet
cừa hm Ênh I(x, y)tữỡng ùng vỵi h m cì sð thù i cõaBwa,b, ð â

E_ia,b=E_iha,b+E_iva,b,

E_iha,b vE_iva,b l cĂc hằ số phờ nông lữủng chuân hõa cừa bián ời wavelet cừa hm ÊnhI(x, y)

tữỡng ựng vợi c¡c th nh ph¦n ngang v  dåc cõa h m cì sðBa,bw ð â
E_iha,b= 2×2

(bh+bv)

W ×H

W−1

X

x=0

H−1

X

y=0

I(x, y)φa,b_h ( x

W,
y
H),

E_iva,b= 2×2

(bh+bv)

W ×H

W−1

X

x=0

H−1

X

y=0

I(x, y)φa,b_v ( x

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

68 H€ HƒI NAM

Ð â, W, H t÷ìng ùng l  chi·u rëng v  chi·u cao cõa £nh.

Ci cịng, ta câ mët tªp E c¡c h» sè phờ nông lữủng chuân hõa cho bián ời wavelet cừa
hm £nhI(x, y)

E ={E_ia,b}, i= 0,1, . . . , N −1,

Ð â, N l  sè c¡c h m cì sð.

H¼nh 1. Giao diằn cừa ựng dửng thiát ká chiáu sĂng

Nhữ vêy, kát quÊ bián ời wavelet cừa mởt hm Ênh ữủc c trững bi mởt têp cĂc hằ
số phờ nông lữủng chuân hõa. Hm mửc tiảu cho bi toĂn chiáu sĂng dỹa trản mău ữủc xƠy
dỹng dỹa trản khoÊng cĂch Euclidean giỳa têp hằ số phờ nông lữủng chuân hõa cừa Ênh mău
vợi têp hằ số phờ nông lữủng chuân hõa cừa Ênh cõ ữủc tứ trẳnh chiáu cÊnh ỗ hồa. GiÊ sỷ
ta cõ mởt têp hằ số phờ nông lữủng chuân hõa cừa Ênh mău lT =ti, i= 0,1, .., N1. Hm

mửc tiảu ữủc nh nghắa nhữ sau

F(k, k, Iks, Ikd, Rk) =
1

N
v
u
u
t

N−1

X

i=0

(E_ia,b−ti)2,

F(θk, φk, Iks, Ikd, Rk) l  h m möc tiảu,
k l gõc ngâng cừa n thự k,
k l gõc ph÷ìng và cõa ±n thù k,

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

K˜T HĐP GIAO DI›N T×ÌNG TC V€ PH×ÌNG PHP THI˜T K˜ CHI˜U SNG ầ HA... 69

Hẳnh 2. Lữu ỗ cĂc bữợc sỷ dưng giao di»n t÷ìng t¡c º tèi ÷u c¡c tham số chiáu sĂng cho
cĂc ối tữủng cừa cÊnh ỗ hồa

N l  sè c¡c h m cì sð.

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

70 H€ HƒI NAM

sau bi¸n êi wavelet cõa mët h m £nh. C¡c nút tÔi mội mực cừa cƠy tự phƠn mởt mực no
õ lữu cĂc hằ số phờ nông lữủng chuân hõa tÔi mởt tƯn số khổng gian xĂc nh c¡c khu vüc
£nh kh¡c nhau. Sè c¡c h m cì sð cõ th ữủc xĂc nh bơng tƯn số khổng gian cao nhĐt sỷ

dửng trong bián ời wavelet.

Khi ci t, mội nút cừa cƠy tự phƠn ữủc nh nghắa sỷ dửng c§u tróc sau:
struct WLNode{

Real fenergyFreq;
Window wind;
WLNode *child[10];
};

Ð â fenergyFreq l  hằ số phờ nông lữủng chuân hõa cừa bián ời wavelet cừa hm Ênh tữỡng
ựng vợi mởt hm cỡ s, v  wind l  khu vüc biºu di¹n cõa h m cì s. Thuêt toĂn xƠy dỹng cƠy
tự phƠn ữủc ci t theo ph÷ìng ph¡p » qui nh÷ mỉ t£ trong ch÷ìng trẳnh giÊ m (hẳnh
3). Cho mởt Ênh Ưu vo, thuêt toĂn s xƠy dỹng mởt cƠy tự phƠn Ưy ừ lữu thổng tin vÃ
hằ số phờ nông lữủng chuân hõa.

Hẳnh 3. Chữỡng trẳnh giÊ m xƠy dỹng cƠy tự phƠn

4. THI˜T K˜ T×ÌNG TC

</div>

<!--links-->