Đặt vấn đề Vài năm gần đây, do sự phổ biến của Internet và các dịch vụ dựa trên nền tảng Internet có những bước phát triển mạnh mẽ, trong đó lĩnh vực kinh doanh online hay là thương mại điện tử là một trong những lĩnh vực mới mẻ và được rất nhiều doanh nghiệp quan tâm và đầu tư phát triển. Tới thời điểm hiện nay, hàng ngày có hàng chục thậm chí hàng trăm website thương mại điện tử mới ra đời càng làm cho thị trường nguồn cung trực tuyến ngày càng phát triển nóng và song song với nó, nhu cầu mua sắm trên mạng cũng tăng mạnh và trở thành thói quen phổ biến của người tiêu dùng và các tổ chức cơ quan, doanh nghiệp.1 Bán hàng trực tuyến với hình ảnh 2D từ Internet Một trong những vấn đề tồn tại khi tham gia giao dịch mua sắm trên mạng là vấn đề cung cấp thông tin về sản phẩm lên website, đặc biệt là hình ảnh sản phẩm trưng bày trên trang web bán hàng. Hiện nay đa số các website bán hàng thường chỉ cung cấp hình ảnh hai chiều như hình 1.1 với các chi tiết không được rõ nét, chụp ở một vài góc độ, do vậy người mua hàng rất khó có thể chọn được sản phẩm phù hợp nếu chỉ nhìn qua một số hình ảnh cung cấp trên website bán hàng. Ngoài ra, nhược điểm lớn của môi trường trực tuyến là mọi người không thể chạm vào và cảm thấy sản phẩm của bạn.
Tuy nhiên, xem cận cảnh với những hình ảnh chất lượng tốt ở nhiều góc độ vẫn có thể cung cấp cho người mua hàng những cảm nhận gần giống như họ đang được sờ nắn một sản phẩm thực tế, và điều đó là rất cần thiết cho những người mua hàng trực tuyến. Một trong những giải pháp tốt nhất là cung cấp giao diện ảnh ba chiều xoay 3600 của sản phẩm, cho phép người dùng có thể xem từng chi tiết của sản phẩm ở bất kể góc độ nào. Với giao diện ba chiều xoay 3600 cho phép hiển thị các hình ảnh tương tác với khách hàng, họ chỉ cần sử dụng con chuột của mình để xoay tròn 3600, dừng hình, phóng to, thu nhỏ, xoay chậm, xoay nhanh, chọn xem xét từng chi tiết quan trọng, mọi góc cạnh của sản phẩm. Điều này giúp khách hàng có thông tin tốt -2- hơn để đưa ra quyết định mua sắm đúng đắn.
Vì vậy, việc tạo ảnh ba chiều đối với sản phẩm là nhu cầu cấp thiết đối với các cơ quan doanh nghiệp nhằm tiết kiệm thời gian công sức và tạo lợi thế cạnh tranh, tăng doanh thu bán hàng. Tuy nhiên, các phương pháp tạo ảnh ba chiều hiện nay còn thủ công tốn rất nhiều thời gian công sức và tiền bạc nếu chụp với số lượng lớn mà độ chính xác lại không cao. Vì vậy, với đề tài “ Nghiên cứu, thiết kế và chế tạo robot mang camera ứng dụng xây dựng hình ảnh 3D” để tạo các sản phẩm ảnh ba chiều xoay 3600 một cách hoàn toàn tự động nhằm tiết kiệm thời gian công sức tiền bạc, tăng độ chính xác sẽ mang lại lợi ích to lớn cho con người.2 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu, các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nƣớc đã công bố.1 Tổng quan chung về lĩnh vực nghiên cứu Nếu coi nhiếp ảnh là công cụ để tái hiện lại hiện thực thì ảnh 3D có thể coi là một bước tiến so với ảnh 2D cũng như ảnh màu so với ảnh đen trắng. Ảnh màu mô tả thế giới chân thực hơn, đem lại nhiều thông tin hơn so với ảnh đen trắng nhờ màu sắc.
Tương tự, ảnh 3D tái hiện lại hiện thực tốt hơn ảnh 2D truyền thống do hiển thị được đầy đủ ba chiều không gian của sự vật, giúp chúng ta định rõ được khoảng cách về chiều sâu giữa các đối tượng. Hơn thế nữa, khi quay tấm ảnh 3D ở các góc quan sát hơi khác nhau, ta còn cảm thấy vị trí tương đối giữa các đối tượng trong ảnh thay đổi, hệt như khi người quan sát đi vòng quanh sự vật thật. Vì vậy, có thể nói ảnh 3D là một công cụ xứng đáng hơn để các nhà nghệ thuật tái hiện lại thế giới. 3D (3-dimensional) ở đây được hiểu là không gian ba chiều.
Các vật thể trong không gian ba chiều được đặc trưng bởi ba thông số là chiều rộng, chiều cao và chiều sâu. Con người chúng ta sống trong không gian vật chất, bằng thị giác của mình, chúng ta nhận thức được các vật thể xung quanh chúng ta là các hình khối, tức là hình ảnh ba chiều - 3D. Nguyên tắc để tạo được hình ảnh 3D là phải xây dựng lại được một hệ thống đánh lừa được đôi mắt, làm cho đôi mắt khi nhìn vào hình ảnh cảm nhận được ba chiều như trong không gian 3D thực tế mà ta đang sống. Do đó việc tạo hình 3D -3- bao gồm hai yếu tố quan trọng nhất đó là hệ thống hình ảnh được tái dựng (ảnh, phim) và thị giác hai mắt.
Khi quan sát xung quanh bằng mắt, có hai yếu tố làm ta cảm nhận được chiều sâu hay khoảng cách, đó là sự điều tiết của thủy tinh thể và góc chập của hai mắt. Ấn tượng chìm hay nổi của không gian và các đối tượng có được nhờ sự tổng hợp của não bộ từ các hình ảnh ghi nhận đồng thời từ mắt trái và mắt phải. Nhờ tiếp thu được thông tin từ hai góc nhìn khác nhau, thị giác hai mắt giúp chúng ta định được khoảng cách xa gần và do đó, nhận thức được tính vô tận và liên tục của ba chiều không gian.2 Mô phỏng sự chập hình của hai mắt Hình 1.2 cho thấy để nhìn rõ đối tượng thì hai mắt cùng phải hướng về đối tượng, đó là sự hợp thị và ta có điểm hợp thị và góc hợp thị α. Mỗi mắt cũng phải điều tiết hay lấy nét vào vật.
Nhờ nhận thức của não bộ đối với góc chập α, ta có thể ước lượng được khoảng cách h tới đối tượng. Nguyên lý căn bản của hầu hết các thể loại hình ảnh nổi là sự mô phỏng thị giác hai mắt đối với đối tượng sự vật. Nói cách khác, hiệu ứng 3D ở các loại ảnh nổi đều giống nhau ở bản chất nhằm gửi đến mắt trái và mắt phải người quan sát một cách tách biệt hai hình ảnh tương ứng với góc lệch bên trái và bên phải của đối tượng. Nhờ sự chập ảnh vô thức của não bộ sẽ gây nên ấn tượng chìm hay nổi của đối tượng sự vật.
Đó là sự khác biệt lớn nhất đối với hình ảnh 2D truyền thống - khi người quan sát dù đứng ở bất kỳ góc nào thì mắt trái và phải cũng chỉ nhìn thấy một khuôn hình giống hệt nhau. -4- Ngoài ra, tùy thuộc vào độ phân giải mà hình ảnh sẽ có độ nét khác nhau. Độ phân giải ảnh là số điểm ảnh (pixel) có trên một đơn vị chiều dài của hình ảnh đó. Hình ảnh có độ phân giải càng cao thì càng sắc nét và màu sắc càng chính xác.
Nhưng khi đó, dung lượng file cũng sẽ tăng theo, đòi hỏi nhiều bộ nhớ hơn. Hiện nay trên thị trường có ba phương pháp tạo ảnh 3D như sau: Thu trực tiếp hình ảnh 3D bằng các máy ảnh 3D hay máy quay 3D chuyên dụng. Các thiết bị này thường gồm hai ống kính để ghi lại hai hình ảnh trái và phải. Kỹ thuật này đem lại hình ảnh với độ chân thực cao.
Đây chính là phương pháp sử dụng trong bộ phim 3D kinh điển AVATAR như hình 1.3 Hình ảnh phim 3D AVATAR [10] Dựng hình ảnh 3D bằng các phần mềm chuyên dụng. Hiện nay có rất nhiều phim hoạt hình 3D nổi tiếng với chất lượng tuyệt vời, nó được xây dựng bằng các phần mềm thiết kế đồ họa 3D chuyên dụng. Một số phần mềm dựng ảnh thông dụng như 3DMax, CAD3D, Maya, VRML,. Tạo ảnh 3D từ các bức ảnh 2D thông thường bằng các phần mềm nội suy chuyên dụng.
Đây chính là cách phổ biến tạo ra các bức ảnh hoặc các bộ phim bây giờ. Kỹ thuật này thường dùng để tạo ra tranh hoặc ảnh 3D với chất lượng cao với giá thành vừa phải. Nó được áp dụng ở đa số các tranh ảnh 3D hiện tại trên thị trường. Có nhiều cách để tạo ra ảnh 3D bằng phương pháp này nhưng đều được thực hiện qua ba bước: -5- Đầu tiên, xây dựng dữ liệu ảnh 2D đầu vào là một chuỗi gồm nhiều ảnh được chụp đồng thời ở các góc chụp liên tiếp nhau theo một quy trình chụp đặc biệt nhằm lấy được đầy đủ ba chiều không gian của sự vật.
Sau đó, tạo ảnh 3D bằng các phần mềm máy tính chuyên dụng. Cuối cùng, in ấn hiển thị tranh, ảnh trình diễn tương tác 3D. Vấn đề được đặt ra ở đây đó chính là tài liệu nghiên cứu ở thời điểm hiện tại chỉ tập trung vào việc xử lý ảnh 2D có sẵn mà chưa có đề tài nào nói về việc tạo ra chuỗi ảnh đó như thế nào.Vì vậy, cần thiết phải có đề tài nghiên cứu và tìm hiểu vấn đề về việc tạo ra dữ liệu ảnh 2D đầu vào cho ảnh 3D.4 Hình ảnh 3D của sản phẩm [11] Hình ảnh 3D ở hình 1.4 này được xây dựng nhờ vào một loạt các ảnh 2D của đối tượng được chụp từ những góc độ khác nhau, nhằm lấy được đầy đủ ba chiều không gian của sự vật. Sau đó, dùng phần mềm máy tính chuyên dụng để ghép các tấm hình này lại để tạo ảnh 3D.
Với những hình ảnh này cho phép người sử dụng có thể xoay đối tượng đến 3600, phóng to hay thu nhỏ để xem mọi góc cạnh, chi tiết của đối tượng một cách rõ ràng. Những hình ảnh này được ứng dụng để làm hình ảnh quảng cáo sản phẩm cho Công ty, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí, tạo lợi thế cạnh tranh và nâng cao kết quả kinh doanh cho Công ty. Thông thường theo tính toán để xoay được sản phẩm và quay tròn được nó thì cần tối thiểu từ 12 đến 72 tấm ảnh như hình 1.5, điều này tùy thuộc vào độ phân -6- giải ảnh để cho tấm hình độ rõ nét tốt nhất cho người xem, tuy nhiên nếu số lượng ảnh càng nhiều thì dung lượng sẽ càng lớn.5 Hình ảnh sản phẩm được chụp ở các góc độ khác nhau [11] Ngày này cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ ngày càng cao, các Robot ngày càng được ứng dụng vào thực tiễn nhằm thay thế con người làm những công việc đòi hỏi tính chính xác và ổn định lặp đi lặp lại, giúp nâng cao năng suất lao động, giảm giá thành sản phẩm, nâng cao chất lượng cũng như khả năng cạnh tranh của sản phẩm tạo ra.