Hình 3. 6. So sánh Mộc bản áp dụng bộ lọc EDL trong Cloud Compare.
Hình 3. 7. Mô tả tổng quan về quy trình Eye-Dome-Lighting.
2 2 1
max(0,log ( ) log ( ))
n i i
depth neighbor Respone
n
=
−
=
∑
(3.1)
Công thức 3. 1. Giá trị phản hồi về chênh lệch độ sâu.
- Respone : giá trị phản hồi thu được.
- Depth: độ sâu vùng cần đổ bóng.
- Neighbori : độ sâu vùng lân cận.
- N : Số vùng lân cận.
Phương trình này tổng hợp các chênh lệch độ sâu với các giá trị dương, chuẩn hóa và tạo ra một giá trị phản hồi độc lập với số lượng mẫu, Logarit cơ số hai tạo ra giá trị đổ bóng độc lập với các tỉ lệ hiển thị của đối tượng 3D, một vật thể nhỏ gần mắt người xem sẽ được tô bóng giống như vật thể có kích thước gấp đôi như ở xa mắt người xem.
Tác giả nhận thấy số lượng mẫu lân cận được tăng lên thì sẽ đạt được chất lượng đổ bóng tốt hơn, và đã thử với bốn mẫu và thấy tối ưu nhất. Một vùng sẽ được lấy mẫu bằng cách đánh giá các giá trị độ sâu của các vùng lân cận bên trái, bên phải, phía trên và phía dưới và thông số radius được cung cấp và cho phép người sử dụng điều chỉnh để mở rộng vùng lấy mẫu xa hơn, ví dụ thêm 2 pixel đến 3 pixel so với thông số mặc định để làm tăng độ dày của các cạnh viền.
Công thức 3.2 biến đổi giá trị phản hồi thành hệ số tô bóng và nhân giá trị mầu với hệ số tô bóng sẽ cho kết quả cuối cùng, và hệ số được xác định theo thực nghiệm hiển thị Mộc bản 3D. Tác giả nhận thấy giá trị hệ số là 800 đem lại kết quả hiển thị tốt nhất cho Mộc bản 3D và biến edlStrength cho phép người sử dụng tùy chỉnh cường độ của bóng, giá trị bằng 0 là không có bóng, và tăng giá trị edlStrength cường độ bóng sẽ mạnh hơn và hình ảnh sẽ tối hơn.
Shade = exp(−Response *800* edlStrength) (3.2) Công thức 3. 2. Giá trị tô bóng.
- Respone : giá trị phản hồi thu được tại công thức 3.1.
Hình 3.8 cho thấy kết quả thu được khi áp dụng nâng cao chất lượng tạo bóng EDL trong potree với các giá trị cường độ khác nhau từ 0 đến 3 với hệ số bóng mặc định và hình 3.9 cho thấy sự khác nhau khi nhân với hệ số 800 được xác định tối ưu trong thực nghiệm.
(a) Strength =3 (b) Strength =2 (c) Strength =1 Hình 3. 8. Quá trình đổ bóng với giá trị Strength khác nhau với tham số mặc định.
(d) Strength =3 (e) Strength =2 (f) Strength =1 Hình 3. 9. Quá trình đổ bóng với giá trị Strength khác nhau với hệ số 800.
Với giá trị hệ số 800 được bổ sung trong công thức 3.2 khi nhân với giá trị phản hồi về chênh lệch độ sâu và cường độ đổ bóng sẽ cho ra kết quả hiển thị sắc nét phù hợp với biểu diễn Mộc bản 3D, các nét đục chạm được thể hiển rõ nét và có chiều sâu được thể hiện trong hình 3.11.
Hình 3.10. Mộc bản 3D biểu diễn chưa được nâng cao chất lượng tạo bóng
Hình 3. 11. Mộc bản 3D biểu diễn đã được nâng cao chất lượng tạo bóng.
Phủ mầu cho Mộc bản 2.4.
Dữ liệu Mộc bản 3D sau khi quét được định dạng lưới tam giác mang cấu trúc hình học, nhưng không mang giá trị mầu sắc, Mộc bản được biểu diễn trên trình duyệt web và trên các phần mềm sẽ hiển thị mầu ghi nhạt như hình 3.12.
Hình 3. 12. Mộc bản 3D biểu diễn không mang giá trị mầu sắc.
Để đem đến cho người xem và tương tác với Mộc bản 3D trên nền web có cảm giác gần giống với chất liệu gỗ so với tấm Mộc bản thực tế bên ngoài, tác giả đã tiến hành phủ mầu sắc cho các tấm Mộc bản. Với mã mầu HTML #555555 như trong hình 3.13 áp dụng phủ mầu cho mộc bàn 3D qua thực nghiệm đã được đánh giá tốt hơn biểu
diễn dữ liệu không có mầu sắc, hình 3.14 mô tả tấm Mộc bản đã được phủ mã mầu HTML #555555.
Hình 3. 13. Bảng mã mầu hiển thị cho Mộc bản 3D.
Hình 3. 14. Mộc bản 3D biểu diễn mang giá trị mầu sắc mã HTML #555555.
Kết luận 2.5.
Trong chương này tác giả đã trình bày tổng quan về các bước cài đặt hệ thống, sử dụng công cụ tạo bóng trong Cloud Compare và phương pháp nâng cao chất lượng tạo bóng trong phương pháp Eye-Dome-Lighting bằng cách cải thiện vùng lân cận lấy mẫu và
cuối cùng là phủ mầu cho Mộc bản 3D giúp người xem cảm nhận và tương tác với Mộc bản 3D có cảm giác chân thật gần với chất liệu gỗ hơn so với dữ liệu thô không mang giá trị mầu sắc.
CHƯƠNG 3.
THỬ NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ Dữ liệu Mộc bản
3.1.
Dữ liệu 10 tấm Mộc bản được sử dụng từ kết quả khảo sát các đặc tính vật lý và các đặc trưng nhất của Mộc bản do phòng thí nghiệm Tương tác Người - Máy, Khoa CNTT, Trường ĐHCN, ĐHQG HN, đơn vị đã kết hợp với Trung tâm Lưu trữ quốc gia IV tiến hành và thực hiện số hóa. Mười tấm Mộc bản mang tính đại diện nhất sau khi được số hóa bao gồm các đặc trưng sau:
Mã Mộc
bản
Khoảng cách nhỏ nhất giữa hai nét khắc
Độ rộng của nét khắc nhỏ
nhất
Độ sâu mặt phẳng
Độ sâu nền vân
Ghi chú
08360
Mặt 1: 0,20;
mặt 2: 0,09
Mặt 1: 0,18;
mặt 2: 0,40
Mặt 1: 1,03;
mặt 2: 4,44
Mặt 1: 0,40;
mặt 2: 0,69
1 mặt là bìa sách, 1 mặt có chữ rõ ràng, tổng có 3 vết nứt
08465
Mặt 1: 0,64;
mặt 2: 0,13
Mặt 1: 0,17;
mặt 2: 0,13
Mặt 1: 1,76;
mặt 2: 2,44
Mặt 1: 0,65;
mặt 2: 0,64
không nứt, có chữ bị phá huỷ, chữ mờ
24387
Mặt 1: 0,25;
mặt 2: 0,75
Mặt 1: 0,20;
mặt 2: 0,40
Mặt 1: 2,47;
mặt 2: 2,31
Mặt 1: 1,63;
mặt 2: 1,07
1 vết nứt mỗi mặt, màu đỏ, có chữ và hình
hoạ tiết rồng 24539 Mặt 1: 0,50;
mặt 2: 0,40
Mặt 1: 0,45;
mặt 2: 0,35
Mặt 1: 2,05;
mặt 2: 2,06
Mặt 1: 1,17;
mặt 2: 1,63
0 vết nứt
25476 Mặt 1: 0,35;
mặt 2: 0,25
Mặt 1: 0,25;
mặt 2: 0,20
Mặt 1: 2,59;
mặt 2: 2,54
Mặt 1: 1,92;
mặt 2: 1,00
Tổng 2 mặt có 3 vết nứt 25900 Mặt 1: 0,50;
mặt 2: 0,70
Mặt 1: 0,25;
mặt 2: 0,75
Mặt 1: 1,63;
mặt 2: 1,81
Mặt 1: 0,60;
mặt 2: 0,76
1 vết nứt mỗi mặt
Mã Mộc
bản
Khoảng cách nhỏ nhất giữa hai nét khắc
Độ rộng của nét khắc nhỏ
nhất
Độ sâu mặt phẳng
Độ sâu nền vân
Ghi chú
26774
Mặt 1: 0,20;
mặt 2: 0,20
Mặt 1: 0,20;
mặt 2: 0,15
Mặt 1: 2,51;
mặt 2: 1,31
Mặt 1: 1,86;
mặt 2: 0,60
2 mặt có 8 vết nứt, chữ bị phá
huỷ, có chữ mờ
28013
Mặt 1: 1,00;
mặt 2: 1,50
Mặt 1: 0,95;
mặt 2: 0,95
Mặt 1: 3,07;
mặt 2: 2,93
Mặt 1: 0,90;
mặt 2: 0,69
1 vết nứt mỗi mặt, có nhiều lỗ mối mọt,
chữ rất to
28867 0,40 0,25 5,16 0,87 Mộc bản có 1
mặt, 1 vết nứt 29141 Mặt 1: 0,55;
mặt 2: 0,60
Mặt 1: 0,45;
mặt 2: 0,40
Mặt 1: 2,33;
mặt 2: 1,62
Mặt 1: 1,01;
mặt 2: 0,82
Bảng 4. 1. Các đặc trưng của Mộc bản được thực hiện số hóa (nguồn: báo cáo của phòng thí nghiệm Tương tác Người –Máy).
Tác giả đã tiến hành cài đặt hệ thống “Trình diễn và tương tác mô hình 3D Mộc bản trên nền Web” và đưa dữ liệu của 10 tấm Mộc bản triều Nguyễn đã được lựa chọn và cho phép lên trang web có địa chỉ http://mocban.disanso.vn với giao diện nội dung được miêu tả trong hình 4.1.
Hệ thống web được viết bằng ngôn ngữ javascript với thư viện OpenGL trên môi trường Windows, cấu hình máy tính cài đặt thử nghiệm hệ thống là Windows 10 pro, CPU core i7 2.7GHZ, Ram 16GB, 512GB SSD.
Giao diện của trang web trình bày đơn giản nội dung về “Quảng bá di sản Mộc bản triều Nguyễn” với 10 tấm Mộc bản được đánh mã và đi kèm phía dưới là những chú thích về tiêu đề, số quyển, mặt khắc của từng tấm Mộc bản.
Hình 4. 1. Giao diện trang chủ biểu diễn mô hình 3D Mộc bản.
Các file 3D Mộc bản gốc với dung lượng từ 1GB đến hơn 5GB với các kích thước và đặc trưng khác nhau, qua chuyển đổi định dạng, tối ưu các tham số lấy mẫu, tạo mầu cho vật liệu và tạo bóng đã thể hiện được chi tiết các nét đục, nét chạm khắc của các nghệ nhân ngày xưa được miêu tả trong hình 4.2 và hình 4.3.
Hình 4. 2. Mô hình Mộc bản 3D được biểu diễn trên trang web.
Hình 4. 3. Chi tiết nét đục, chạm trên mô hình Mộc bản 3D biểu diễn trên trang web.
Đi kèm với mỗi tấm Mộc bản đều được hiển thị kèm thêm bản dập, ảnh chụp và bản dịch để người xem có thể hiểu được nội dung và nguồn gốc của những tấm Mộc bản.
Tương tác với Mộc bản trên nền Web 3.2.
Bên cạnh đó, các đối tượng 3D khác nhau yêu cầu các công cụ, tính năng khác nhau, và góc nhìn hướng nhìn khác nhau cho phù hợp. Không có chế độ điều hướng góc nhìn nào phù hợp với mọi tình huống, có ba chế độ điều hướng góc nhìn phổ biến là OrbitControls, FirstPerson-Controls và EarthControls.
OrbitControls là tập hợp các điều khiển cho phép người xem quay vật thể 3D theo các trục khác nhau , giống như quan sát các vật thể ở ngoài đời thực. Chế độ này trực quan và dễ sử dụng và cũng là chế độ tác giả chọn sử dụng để người dùng tương tác với Mộc bản 3D như trong hình 4.4.
Hình 4. 4. Mô hình Mộc bản 3D được xoay một góc nghiêng theo trục x và y.
Bên cạnh đó hệ thống cũng cho phép người sử dụng tùy chỉnh số point cloud hiển thị, độ tương phản và cường độ bóng cho phù hợp với các góc độ xem như trong hình 4.5.
Hình 4. 5 Mô tả các chức năng của hệ thống biểu diễn Mộc bản 3D trên trang Web.
Đánh giá và kết quả 3.3.
Theo yêu cầu về chất lượng và quan điểm của các nhà bảo tồn văn hóa, đồng thời với mong muốn đạt được hiệu quả cao nhất trong biểu diễn dữ liệu 3D Mộc bản trên nền Web, tác giả đã tiến hành đánh giá chất lượng hiển thị của dữ liêu Mộc bản 3D dựa trên phương pháp của nhóm nghiên cứu tại phòng thí nghiệm Tương tác Người –Máy, Khoa CNTT, Trường ĐHCN, ĐHQG HN, tác giả Ngô Thị Duyên và cộng sự đã đề xuất 4 tiêu chí đánh giá sự tương quan như sau:
1- Đánh giá sự tương quan giống nhau của các ký tự được khắc trên khi biểu diễn trên nền Web so với hiển thị trên các ứng dụng phổ biến.
2- Đánh giá sự tương đồng của nội dung đồ họa trên tấm Mộc bản được biểu diễn trên nền Web và tấm Mộc bản được hiển thị trên các ứng dụng phổ biến.
3- Đánh giá sự giống nhau giữa các thông tin không chủ ý (những dấu vết trên tấm Mộc bản không mang thông tin như vết chạm đục ở phần chân chữ) của tấm Mộc bản được biểu diễn trên nền Web và tấm Mộc bản được hiển thị trên các ứng dụng phổ biến.
4- Đánh giá sự giống nhau trong các đặc điểm biến dạng như các vết nứt, vết mối mọt của tấm Mộc bản được biểu diễn trên nền Web và tấm Mộc bản được hiển thị trên các ứng dụng phổ biến.
Cùng với 4 tiêu chí đánh giá sự tương quan như trên, do mô hình Mộc bản 3D được biểu diễn trên nền Web trong môi trường internet với băng thông giới hạn và cấu hình máy tính của người xem đa dạng, tác giả đề xuất thêm một tiêu chí đánh giá:
5- Đánh giá tốc độ hiển thị hoàn toàn dữ liệu của Mộc bản 3D trên nền Web và tốc độ hiển thị Mộc bản 3D trên các ứng dụng phổ biến.
Số người tham gia đánh giá được chia làm hai nhóm, nhóm chuyên gia và nhóm không chuyên. Nhóm chuyên gia là mười cán bộ chuyên viên công tác trong lĩnh vực bảo tồn văn hóa đến từ trung tâm Lưu trữ quốc gia IV. Nhóm không chuyên là mười người là sinh viên, chuyên viên từ các trường đại học và những người làm trong các lĩnh vực khác nhau.
3.3.1. Phương pháp đánh giá
Về phương pháp đánh giá, đánh giá thường được phân loại đánh giá chủ quan và đánh giá khách quan. Đánh giá khách quan là chỉ có một câu trả lời đúng còn đánh giá chủ quan là có thể có nhiều câu trả lời đúng. Chúng tôi sử dụng cả hai phương pháp đánh giá chủ quan và khác quan trên 5 tiêu chí.
Đánh giá chủ quan
Các tiêu chí 1,2,3,4 được gọi là phương pháp đánh giá chủ quan vì cần có ý kiến đánh giá từ con người, người tham gia đánh giá được quan sát Mộc bản thể hiện trên ứng dụng và Mộc bản thể hiện trên nền Web rồi đưa ra kết luận cho các tiêu chí đánh giá trên.
Điểm đánh giá cuối cùng cho một tiêu chí sẽ là điểm trung bình của các ý kiến đánh giá theo phương pháp MOS (Mean opinion score) – điểm trung bình ý kiến [Streij et al 2016].
Mos=∑𝑁𝑛=1𝑁𝑅𝑛 (4.1)
Công thức 4. 1. Mô tả điểm trung bình cho một tiêu chí của một Mộc bản.
Trong đó Rn là điểm cho một tiêu chí đánh giá của một Mộc bản, N là số Mộc bản được đánh giá, có mười chuyên gia và mười người không chuyên có thị lực bình thường được mời để thực hiện đánh giá chủ quan của dữ liệu 3D Mộc bản được biểu diễn trên nền Web so với dữ liệu 3D Mộc bản được biểu diễn trên các ứng dụng.
Mỗi tiêu chí và các mức đánh giá được xếp hạng theo thang điểm sau: 5 là “ Xuất sắc” , 4 là “Tốt”, 3 là “khá”, 2 là “kém”, 1 là “rất kém”. Điểm chất lượng MOS thu được cuối cùng dựa trên phương trình trên được sử dụng để đánh giá chất lượng
của Mộc bản số hóa. Vì kích thước lớn và độ phân giải cao, để hiển thị tốt và đầy đủ cần một máy tính có tốc độ xử lý mạnh, card đồ họa, bộ nhớ RAM và dung lượng lưu trữ lớn. Chúng tôi sử dụng phần mềm GOM inspect 2020 hoặc Blender 2020 để kiểm tra đánh giá. Cho phép người dùng xem các Mộc bản số hóa theo nhiều góc nghiêng khác nhau trên các phần mềm và trên trình duyệt Web cùng một thời điểm.
Quá trình đánh giá chủ quan cho mỗi tiêu chí được thực hiện như sau:
Tiêu chí 1: Quan sát và so sánh trực tiếp giữa các ký tự được khắc giữa bản số hóa được biểu diễn trên nền Web và bản số hóa được hiển thị trên phần mềm. Điểm số được đánh giá từ 1-5 phụ thuộc vào so sánh các từ có thể đọc được trên trình duyệt Web và hiển thị trên phần mềm. Nếu số lượng các từ có thể đọc được trên trình duyệt Web có thể đọc được bằng bản số hóa hiện thị trên phần mềm thì đạt điểm cao nhất.
Hình 4.6 mô tả các ký tự của Mộc bản được biểu diễn trên nền Web so với Mộc bản biểu diễn trên phần mềm (Độ giống nhau của chữ viết).
Tiêu chí 2: Quan sát sự giống nhau giữa nội dung đồ họa bản số hóa trên trình duyệt Web và bản số hóa hiển thị trên phần mềm, quan sát trực tiếp và cho điểm 1-5 tùy thuộc vào người đánh giá về sự giống nhau (Sự giống nhau về mặt đồ họa, các hoa văn tổng quan.).
Tiêu chí 3: Quan sát sự giống nhau về các thông tin không chú thích, các vết khắc không có chủ ý, họa bản số hóa trên trình duyệt Web và bản số hóa hiển thị trên phần mềm, xem xét đánh giá và cho điểm từ 1-5 dựa trên sự giống nhau (Sự giống nhau của thông tin không chú thích).
Tiêu chí 4: Quan sát sự giống nhau của các đặc điểm biến dạng như vết nứt, vết mối mọt , các khu vực bị sứt mẻ, hỏng trên bản số hóa trên trình duyệt Web và bản số hóa hiển thị trên phần mềm, so sánh trực tiếp và cho điểm từ 1-5 dựa trên đánh giá chủ quan của người quan sát, hình 4.5 mô tả đặc điểm biến dạng của Mộc bản biểu diễn trên nền Web và Mộc bản biểu diễn trên phần mềm.
Mỗi tiêu chí được đánh giá là “đạt” nếu giá trị MOS của nó lớn hơn hoặc bằng 3.
Mộc bản biểu diễn trên nền Web Mộc bản biểu diễn trên phần mềm Hình 4. 6. So sánh dấu vết biến dạng của Mộc bản biểu diễn trên nền Web so với Mộc
bản biểu diễn trên phần mềm.
Mộc bản biểu diễn trên nền Web
Mộc bản biểu diễn trên phần mềm
Hình 4. 7. So sánh ký tự của Mộc bản được biểu diễn trên nền Web so với Mộc bản biểu diễn trên phần mềm.
Đánh giá khách quan
Tiêu chí 5 được đánh giá khách quan vì những điều này có thể định lượng và đo lường. Tại đây các phép đo thời gian hiển thị hoàn toàn dữ liệu Mộc bản 3D trên nền Web sẽ được so sánh với các phép đo thời gian hiển thị hoàn toàn dữ liệu Mộc bản 3D trên phần mềm như [Gom-Inspect 2020], [Blender 2020], [Cloud Compare].
Quá trình đánh giá khách quan được thực hiện như sau:
Để đánh giá tốc độ hiển thị hoàn toàn dữ liệu của Mộc bản trên nền Web tác giả sử dụng một cấu hình máy tính chung, cùng hệ điều hành và các phần mềm cho các đánh giá với chi tiết và phương thức đánh giá cụ thể như sau:
Cấu hình máy tính Hệ điều hành và phần mềm - Core 7500U 2.7 GHZ (4 Core)
- Ram 16GB xung nhịp 2133 MHZ
- Ổ cứng SSD SAMSUNG 512 GB tốc độ đọc ghi dữ liệu 550 MB/s
- Card đồ họa Nvidia Geforce 940mx
- Máy tính cài hệ điều hành win 10 pro 64 bit phiên bản 19042.1110.
- Cài đặt cấu hình internet information service (IIS).
- Trình duyệt sử dụng để chạy web trên local:
Chrome phiên bản 92.0.4515.107 (phiên bản chính thức 64bit).
- Phần mềm Gom inspect 2020, Blender 2020, Cloud Compare V2.12
Bảng 4. 2. Mô tả cấu hình máy tính, hệ điều hành và các phần mềm liên quan trong quá trình đánh giá tốc độ hiển thị hoàn toàn dữ liệu của Mộc bản 3D.
Phương thức đánh giá:
- Trong quá trình mở nội dung 3D Mộc bản máy tính không chạy chương trình nào khác ngoài phần mềm đang tiến hành đánh giá.
- Kết quả đánh giá là giá trị trung bình cộng của 05 lần đo lường thời gian hiển thị hoàn toàn dữ liệu 3D của Mộc bản.
- Quá trình tải hoàn thiện trên nền Web là sau khi tải hết được toàn bộ dữ liệu point cloud của Mộc bản và hiển thị đầy đủ chi tiết các ký tự, các đặc điểm không mang thông tin và các đặc điểm biến dạng của Mộc bản.
- Quá trình tải hoàn thiện trên các ứng dụng là sau khi phần mềm thông báo loading 100% và đồng thời hiển thị Mộc bản 3D trên ứng dụng.
- Mỗi lần đo lường thời gian hiển thị hoàn toàn của một bản Mộc bản sẽ tiến hành khởi động lại máy để khôi phục lại dung lượng ram.