CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG VÀ BÀI TOÁN HIỂN THỊ MÔ HÌNH 3D 1. Tổng quan về Thực tại ảo. Thực tại ảo. Thực tại ảo (Virtual reality_VR) là một hệ thống mô phỏng trong đó đồ họa máy tính được sử dụng để tạo ra một thế giới "như thật".
Hơn nữa, thế giới "nhân tạo" này không tĩnh tại, mà lại phản ứng, thay đổi theo ý muốn (tín hiệu vào) của người sử dụng (nhờ hành động, lời nói,. Điều này xác định một đặc tính chính của VR, đó là tương tác thời gian thực. Thời gian thực ở đây có nghĩa là máy tính có khả năng nhận biết được tín hiệu vào của người sử dụng và thay đổi ngay lập tức thế giới ảo. Người sử dụng nhìn thấy sự vật thay đổi trên màn hình ngay theo ý muốn và bị thu hút bởi sự mô phỏng này.
Tương tác và khả năng thu hút của VR góp phần lớn vào cảm giác đắm chìm, cảm giác trở thành một phần của hành động trên màn hình mà người sử dụng đang trải nghiệm. Nhưng VR còn đẩy cảm giác này "thật" hơn nữa nhờ tác động lên tất cả các kênh cảm giác của con người.1: Một hệ thống VR tại Viện Fraunhofer (CHLB Đức) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.2 Ứng dụng của Thực tại ảo. Tại các nước phát triển, chúng ta có thể nhận thấy VR được ứng dụng trong mọi lĩnh vực: Khoa học kỹ thuật, kiến trúc, quân sự, giải trí, du lịch,. và đáp ứng mọi nhu cầu: Nghiên cứu- Giáo dục- Thương mại-dịch vụ.
Y học, du lịch là lĩnh vực ứng dụng truyền thống của VR. Bên cạnh đó VR cũng được ứng dụng trong giáo dục, nghệ thuật, giải trí, du lịch ảo (Virtual Tour), bất động sản. Trong lĩnh vực quân sự, VR cũng được ứng dụng rất nhiều ở các nước phát triển. Bên cạnh các ứng dụng truyền thống ở trên, cũng có một số ứng dụng mới nổi lên trong thời gian gần đây của VR như: VR ứng dụng trong sản xuất, VR ứng dụng trong ngành rôbốt, VR ứng dụng trong hiển thị thông tin (thăm dò dầu mỏ, hiển thị thông tin khối, ứng dụng cho ngành du lịch, ứng dụng cho thị trường bất động sản.) VR có tiềm năng ứng dụng vô cùng lớn.
Có thể nói tóm lại một điều: Mọi lĩnh vực "có thật" trong cuộc sống đều có thể ứng dụng "thực tế ảo" để nghiên cứu và phát triển hoàn thiện hơn. Các sản phẩm của Thực tại ảo Thực tế ảo (Virtual reality) đưa người xem đến một môi trường được giả lập hoàn toàn bằng 3D, nhằm đem lại những trải nghiệm thực tế nhất cho người xem như họ đang ở trong chính không gian đó. Ngoài thị giác, môi trường Thực tế ảo được tích hợp thêm giác quan khác như thính giác (âm thanh), cảm nhận về không gian, di chuyển, cầm nắm vật thể. Một số các sản phẩm của thực tại ảo là: Trải nghiệm nhà mẫu ảo – Dễ dàng thu hút khách hàng ở xa, xóa bỏ rào cản địa lý.
– Giúp khách hàng có cái nhìn tổng quan và chi tiết về dự án. – Khách hàng có thể di chuyển, đi lại trong không gian nhà mẫu – Hình ảnh đẹp, khám phá dưới nhiều góc nhìn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.2: Khám phá không gian dựán Bất Động Sản tại bất kỳ đâu. Trải nghiệm du lịch khám phá – Trải nghiệm ấn tượng đem đến sức hút lớn cho khách hàng.
– Giúp khách hàng dễ dàng đưa ra lựa chọn phù hợp và nhanh chóng. – Hình ảnh đẹp, choáng ngợp.3: Trải nghiệm du lịch tới mọi nơi trên thế giới. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 7 Trải nghiệm nội thất Tương tác với mọi đồ vật trong không gian ảo với trải nghiệm như thật. – Trải nghiệm hấp dẫn giúp thu hút khách hàng.
– Giúp khách hàng có cảm nhận chân thực và dễ đưa ra quyết định mua hàng. – Dễ dàng xem từng chi tiết, cầm nắm các vật dụng. – Hình ảnh đẹp và chân thực. Trải nghiệm không gian cửa hàng trưng bày mẫu xe Cửa hàng trưng bày mẫu xe sẽ được chụp và số hóa thành không gian ảo và tích hợp lên kính Thực tế ảo.
Giúp khách hàng có thể di chuyển, tương tác với không gian này dù ở bất cứ đâu. – Thể hiện góc nhìn toàn cảnh, không bị hạn chế góc nhìn – Đi lại trải nghiệm từng góc cạnh của không gian cửa hàng – Cung cấp thông tin chi tiết về từng mẫu xe.4: Cửa hàng trưng bày ôtô Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 8 Trải nghiệm lái xe thực tế ảo Ứng dụng công nghệ VR cho phép khách hàng có thể đi lại và tương tác để khám phá đầy đủ chi tiết và thiết kế tuyệt đẹp của một chiếc xe. Cũng trong không gian đó, người dùng có thể mở và đóng từng cửa, khởi động và thay đổi cấp, màu của xe như chính mình đang lái trên một chiếc siêu xe thật sự. – Gây ấn tượng với khách hàng trong sự kiện ra mắt mẫu xe mới.
– Gia tăng trải nghiệm của người dùng đối với sản phẩm – Thúc đẩy người dùng tương tác với thương hiệu của doanh nghiệp và có khả năng tiếp tục với quá trình bán hàng.5: Khám phá không gian xe 1. Môi trường và ngôn ngữ lập trình 1. Công cụ, phần mềm sử dụng 3DS max. 3DS Max là một ứng dụng mạnh, tích hợp các mô hình 3 chiều, hoạt cảnh, và tạo cảnh 3D (rendering).
Môi trường dễ học của nó cho phép các nghệ sĩ nhanh chóng tạo dựng một cách nhanh chóng các sản phẩm. 3DS Max thường được sử dụng để tạo phim và các đoạn video nghệ thuật, phát triển game, thiết Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 9 kế sản phẩm đa phương tiện multimedia… 3DS Max là đang dẫn đầu các phần mềm trong lĩnh vực thiết kế trực quan, phát triển game, thiết kế các hiệu ứng ảo và đào tạo. Khóa học hướng dẫn các bạn từ làm chủ giao diện, thao tác điều khiển sau đó tiến tới làm việc với qui trình chuẩn của một sản phẩm 3D tĩnh là: Modelling (dựng hình) – Mapping&Shading (Gán vật liệu) – Lighting (thiết lập ánh sáng) – Rendering (kết xuất ảnh).6:Giao diện phần mềm 3DS max Thư viện xử lý đồ họa OpenGL. OpenGL( Open Graphics Library ) là một tiêu chuẩn kỹ thuật đồ họa có mục đích định ra một giao diện lập trình ứng dụng (tiếng Anh: API) đồ họa 3 chiều.
OpenGL cho phép phát triển các ứng dụng đồ họa sử dụng nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau nhưC/C++, Java, Delphi,v.v…, tuy nhiên OpenGL cũng có thể được dùng trong các ứng dụng đồ họa 2 chiều. Giao diện lập trình này chứa khoảng 250 hàm để vẽ các cảnh phức tạp từ những hàm đơn giản. Nó được dùng rộng rãi trong các trò chơi điện tử. Ngoài ra nó còn dùng trong các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 10 ứng dụng CAD, thực tế ảo, mô phỏng khoa học, mô phỏng thông tin, phát triển trò chơi.
Không gian trong OpenGL được miêu tả qua hình học xạ ảnh. Một điểm trong không gian này có tất cả bốn tọa độ. Cách thể hiện các điểm trong không gian bằng 4 tọa độ cho phép xử lý các điểm vô tận một cách tổng quát. Bài toán mô phỏng thực tại ảo VR là một hệ mô phỏng có tương tác hai chiều và xử lý thời gian thực, đặc biệt với kỹ thuật Stereo 3D cho phép người quan sát được chìm đắm trong không gian ảo.
Để xây dựng hệ VR thì việc xây dựng mô hình 3D là khâu quan trọng đầu tiên. Cho đến nay, nhìn chung có 2 xu hướng để thực hiện mô phỏng hình 3D: Cách thứ nhất: thể hiện các mô hình 3D nhờ các ngôn ngữ lập trình truyền thống như C#, Cách này không đòi hỏi sự chạy đua về công nghệ cũng như cấu hình mạnh của phần cứng, hơn nữa nó có thể thực hiện các mô phỏng phức tạp đòi hỏi sự chính xác cao.Tuy nhiên nó không được nhiều người sử dụng vì đó không phải là công việc đơn giản, nó đòi hỏi trình độ lập trình cao, các thuật toán phức tạp, mất nhiều thời gian và nhất là rất khó trong việc tạo ra những cảnh rộng lớn. Mặc dù ít được ưa thích nhưng đôi khi nó lại là lựa chọn duy nhất cho những ai muốn mô phỏng chính xác các hiện tượng thiên nhiên đúng với bản chất của nó. Tuy nhiên nó chỉ phù hợp với những mô phỏng có quy mô nhỏ, phù hợp với việc học tập.
Cách thứ hai: sử dụng các công cụ mô phỏng đã được xây dựng sẵn. Cách này không đòi hỏi trình độ lập trình cao, không tốn nhiều thời gian thực hiện, nó phù hợp với các mô phỏng có tính chất mô hình không yêu cầu độ chính xác cao. Một nhược điểm là nó yêu cầu cấu hình hệ thống mạnh để cài đặt và chạy chương trình, nhất là khi kết xuất. Tuy nhiên, hiện nay cách này đang rất phổ biến, rất được ưa chuộng, nhất là trong các công việc làm Game 3D, Web3D, Phim 3D.
Một số bộ công cụ mô phỏng thông dụng là: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.vn 11 3DsMax, Maya, Autocad, Painter3D, VirtualML, Softimage, Renderman, Houdili, Lightware, Flash. Trạng thái đối tượng mô phỏng có 2 dạng chính: mô phỏng tĩnh và mô phỏng động. Mô phỏng tĩnh: Là dạng mô phỏng chỉ thể hiện được mô hình tĩnh, trong kết quả mô phỏng không có sự chuyển động, không có sự biến đổi. Đây là dạng mô phỏng thường chỉ áp dụng cho các vật tĩnh.
Đây là dạng mô phỏng đơn giản nhất. Mô phỏng động: mô phỏng động được tách thành 2 loại, đó là mô phỏng động theo thời gian thực và mô phỏng động không theo thời gian thực: - Mô phỏng động theo thời gian thực: là dạng mô phỏng đối tượng có sự chuyển động hoặc có tính chất thay đổi theo thời gian, không gian, và khi có tương tác thì hệ phải đáp ứng sự kiện đó trong một khoảng thời gian nhất định (quá thời gian đó thì kết quả không còn có ý nghĩa). Đây là dạng mô phỏng phức tạp nhất, khó khăn nhất. Nhưng đó lại là một đặc tính của Virtual Reality.
- Mô phỏng động không theo thời gian thực: Đây là dạng mô phỏng không quan tâm tới thời gian đáp ứng của yêu cầu. Nó phù hợp cho xây dựng các hệ mô phỏng không có sự tương tác nhiều, không cần đáp ứng thời gian.