Language
Country/Area
No result found
Tiếng ồn Perlin: Tại sao nó làm cho đồ họa máy tính trông thực tế đến vậy?
Nhiễu Perlin đã được sử dụng rộng rãi trong việc tạo hình ảnh máy tính kể từ khi được Ken Perlin giới thiệu vào năm 1983. Cho dù đó là tạo địa hình theo thủ tục, thêm biến thể giả ngẫu nhiên vào các biến hay hỗ trợ tạo kết cấu hình ảnh, kỹ thuật nhiễu này đã cho thấy giá trị độc đáo của nó. Vậy, nhiễu Perlin thực chất là gì và tại sao nó lại làm cho hình ảnh do máy tính tạo ra trở nên chân thực đến vậy?
Tiếng ồn Perlin cho phép các thành phần hình ảnh do máy tính tạo ra, chẳng hạn như bề mặt vật thể, lửa, khói hoặc sương mù, mô phỏng tự nhiên hơn sự xuất hiện ngẫu nhiên của các kết cấu có trong tự nhiên.
Lịch sử của tiếng ồn Perlin
Tiếng ồn Perlin xuất phát từ sự không hài lòng của Ken Perlin với vẻ ngoài cơ học của hình ảnh do máy tính tạo ra vào đầu những năm 1980. Ông đã mô tả chính thức kỹ thuật này trong bài báo SIGGRAPH năm 1985 có tên "Image Synthesizer". Sự phát triển của kỹ thuật này đi kèm với tác phẩm của ông về bộ phim hoạt hình khoa học viễn tưởng Tron (1982) của Disney.
Người ta đưa tin rằng Perrin đã giành được Giải thưởng Viện hàn lâm về Thành tựu kỹ thuật năm 1997 cho việc tạo ra thuật toán này để ghi nhận những đóng góp của ông cho các hiệu ứng đặc biệt trong phim và truyền hình. Đằng sau thành tựu này là nguồn cảm hứng mà tiếng ồn Perlin mang lại cho các nghệ sĩ đồ họa máy tính, những người sử dụng kỹ thuật này để tái tạo tốt hơn sự phức tạp của các hiện tượng tự nhiên.
Perlin không nộp đơn xin cấp bằng sáng chế nào cho thuật toán của mình, nhưng vào năm 2001, ông đã được cấp bằng sáng chế cho tiếng ồn Simplex ở 3D trở lên, một kỹ thuật cũng nhằm mục đích cải thiện quá trình tổng hợp tiếng ồn.
Ứng dụng của Perlin Noise
Là một nguyên mẫu kết cấu thủ tục, nhiễu Perlin cung cấp cho các nghệ sĩ hiệu ứng hình ảnh các công cụ để tăng cường tính chân thực của đồ họa máy tính. Mặc dù kỹ thuật này tạo ra hình ảnh bán ngẫu nhiên, nhưng mọi chi tiết trực quan vẫn giữ nguyên kích thước, giúp dễ kiểm soát.
Trong đồ họa máy tính, nhiễu Perlin thường được sử dụng để tổng hợp kết cấu, đặc biệt là khi bộ nhớ cực kỳ hạn chế, chẳng hạn như trong các bài thuyết trình. Các công nghệ kế thừa như Fractal Noise và Simplex Noise đã trở thành thành phần tiêu chuẩn trong các đơn vị xử lý đồ họa.
Tiếng ồn Perlin được sử dụng rộng rãi trong các trò chơi điện tử để tạo ra địa hình được tạo theo thủ tục trông tự nhiên.
Chi tiết thuật toán
Việc triển khai nhiễu Perlin thường có ba bước: xác định lưới các vectơ gradient ngẫu nhiên, tính tích vô hướng giữa các vectơ gradient và độ lệch của chúng, và nội suy giữa các giá trị này. Thông qua chuỗi tính toán này, nhiễu Perlin có thể tạo ra các hiệu ứng tự nhiên ở nhiều chiều.
Định nghĩa lưới
Đầu tiên, hãy xác định một lưới n chiều trong đó mỗi giao điểm của lưới có một vectơ gradient độ dài đơn vị n chiều ngẫu nhiên cố định. Đối với trường hợp một chiều, các gradient này là các số vô hướng ngẫu nhiên giữa −1 và 1.
Tính tích vô hướng
Khi cần tính giá trị của một điểm ứng viên, trước tiên hãy tìm ô lưới duy nhất mà điểm đó thuộc về, sau đó xác định 2n điểm góc của ô và vectơ gradient của ô đó. Đối với mỗi điểm góc, một vectơ bù trừ sẽ được tính toán, vectơ này sẽ trỏ từ điểm góc đến điểm ứng viên. Tiếp theo, đối với mỗi điểm góc, hãy tính tích vô hướng giữa vectơ gradient và vectơ bù.
Trong lưới hai chiều, cần tính toán bốn vectơ bù trừ và bốn tích vô hướng, trong khi trong lưới ba chiều, cần tính toán tám vectơ.
Tính toán nội suy
Bước cuối cùng là nội suy tích vô hướng 2n. Hàm nội suy được sử dụng trong bước này yêu cầu đạo hàm bậc nhất (và thậm chí cả đạo hàm bậc hai) phải bằng 0 tại 2n nút lưới. Điều này có nghĩa là đặc điểm đặc trưng của nhiễu Perlin phát sinh từ tính chất đi qua số không tại mọi nút.
Khả năng trong tương lai
Độ phức tạp của nhiễu Perlin tăng lên theo chiều tăng, nhưng với sự nghiên cứu sâu hơn, các thuật toán mới như nhiễu Simplex và nhiễu OpenSimplex liên tục xuất hiện. Các công nghệ này được thiết kế để cải thiện hiệu suất và tăng cường tính tự nhiên của đồ họa. Nhiều khám phá và cải tiến vẫn đang được tiến hành cho công nghệ tạo đồ họa trong tương lai.
Vì vậy, khi chúng ta ngày càng đối mặt với những hình ảnh do máy tính tạo ra một cách chân thực hơn trong tương lai, nhiễu Perlin sẽ tiếp tục ảnh hưởng đến lĩnh vực này như thế nào?
