Chương 1: TỔNG QUAN. Chương này sẽ giới thiệu tổng quan về thiết kế, mục tiêu và kết quả mong đợi của hệ thống. Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT. Trong chương này, các cơ sở lý thuyết được áp dụng trong hệ thống sẽ được trình bày một cách tổng quan.
Chương 3: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG HỆ THỐNG. Chương này sẽ phân tích các yêu cầu, đặc tính kỹ thuật, thiết kế phần cứng và phần mềm, cách kết nối hệ thống và nguyên lý hoạt động để tạo ra một mô hình có tính ứng dụng cao. 4 Chương 4: KẾT QUẢ. Sau khi hoàn thành quá trình nghiên cứu, thiết kế và thi công, chương này sẽ trình bày các kết quả khi vận hành mô hình và đưa ra những nhận xét về hệ thống đã xây dựng.
Chương 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN. Chương này sẽ tổng kết quá trình nghiên cứu và thực hiện đề tài, đưa ra các kết luận và đề xuất hướng phát triển của đề tài trong tương lai. 5 Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Tổng quan về hệ thống quản lý nông nghiệp kết hợp công nghệ MR Các hệ thống giám sát môi trường của cây trồng một cách tự động đang được triển khai và sử dụng ở rất nhiều nơi trên thế giới. Với mục đích tăng khả năng kiểm soát quá trình sinh trưởng của thực vật, thu thập được các số liệu chính xác của từng tác nhân môi trường tự nhiên.
Từ đó, người giám sát sẽ có cái nhìn trực quan về sự ảnh hưởng của môi trường lên cây trồng, rút ra được các đặc tính của cây và tìm ra cách đối phó với các trường hợp xấu do môi trường tự nhiên tác động. Các dữ liệu số từ cảm biến sẽ được lưu lại trong hệ thống cơ sở dữ liệu, cho phép các dự án sử dụng trí tuệ nhân tạo có thể tận dụng để huấn luyện các mô hình phức tạp cho phép ứng dụng trong tự động hóa nông nghiệp, phát hiện sâu bệnh, đề xuất giải pháp ứng phó. Việc kết hợp hệ thống này với công nghệ MR được đề xuất với định hướng nâng tầm trải nghiệm của người dùng lên thêm một bậc, cho phép họ vừa quan sát cây trồng một cách trực tiếp và vừa có thể quan sát các số liệu của môi trường tác động lên cây trồng.2 Công nghệ Mixed Reality MR (Mixed Reality) là một công nghệ cung cấp cho người dùng sử dụng các thiết bị hiển thị XR có thể vẫn nhìn thấy được thế giới xung quanh nhưng đồng thời cũng hiển thị thêm các hình ảnh, video và thông tin 3D ảo, không những thế người dùng còn có thể tương tác với những mô hình ảo đó thông qua cử chỉ tay hoặc giọng nói. Với công nghệ VR, nó đưa bạn vào một thế giới ảo hoàn toàn, nơi người dùng có thể di chuyển, tương tác với các vật thể ở thế giới ảo, nhưng không nhìn thấy và tương tác thế giới thực xung quanh.
Còn AR bổ sung các thông tin ảo vào thế giới thực. Với MR là sự kết hợp của cả AR và VR. Nó cho phép người dùng nhìn thấy các mô hình ảo xuất hiện trên thế giới thực như trong một phần mềm AR cũng như là có thể tương tác với các mô hình ảo đó như trong VR. Ngày nay công nghệ thực tế tăng cường có nhiều tiềm năng to lớn trong nhiều lĩnh vực: • Giáo dục: MR có thể tạo ra một môi trường học tập sinh động và trực quan hơn, từ đó giúp học sinh dễ dàng tiếp thu kiến thức.
• Đào tạo: MR còn có thể sử dụng để đào tạo công nhân, nhân viên, kỹ sư, thậm chí 6 là hỗ trợ các buổi thực hành của sinh viên trong trường từ đó đưa ra một hướng tiếp cận mới về học tập và trao dồi kỹ năng. • Phục vụ nâng cao năng suất công việc: Ứng dụng MR có thể giúp các công ty đào tạo và hướng dẫn nhân viên các công việc bảo trì máy móc một cách đơn giản và an toàn hơn. Các máy móc cần được kiểm tra thường xuyên và trong một số trường hợp còn phải điều chỉnh sao cho phù hợp với nhu cầu công việc tại thời điểm đó. Những điều chỉnh này hầu hết do những người có chuyên môn cao thực hiện, nhưng việc bố trí nhân lực có chuyên môn cao mọi lúc mọi nơi để xem xét tình trạng của mọi máy sẽ đòi hỏi chi phí rất cao.
Bằng cách sử dụng công nghệ MR, các công nhân mặt dù có rất ít kiến thức cũng có thể thao tác theo những gì hướng dẫn hiện trực tiếp trên vật thể. Tuy nhiên công nghệ này hiện nay vẫn còn một số hạn chế nhất định: • Giá thành cao: Các thiết bị MR hiện nay khá đắt đỏ, khiến cho việc sử dụng chúng trở nên hạn chế. • Yêu cầu về phần cứng: MR đòi hỏi phần cứng mạnh mẽ để có thể hoạt động hiệu quả. • Rủi ro về sức khỏe: Việc không quen sử dụng các thiết bị MR có thể gây ra một số tình trạng xấu đến sức khoẻ, chẳng hạn như chóng mặt, buồn nôn và nhức đầu.
Các thiết bị hỗ trợ sử dụng MR trong thực tế: • Cave: Là một căn phòng nhỏ mà trong đó người dùng được bao quanh bởi các hình chiếu xung quanh, trên và dưới họ. • Màn hình hiển thị trên các loại kính chắn gió: HUD là một màn hình hiển thị hình ảnh trực tiếp trước mặt người xem mà không làm thay đổi môi trường quan sát của người sử dụng. • Các loại kính XR: Là loại thiết bị được đeo trên đầu, thiết bị sử dụng một hoặc hai thấu kính quang học để chiếu hình ảnh trực tiếp trước mắt người dùng. • Điện thoại di động.3 Công nghệ Digital Twin Digital Twin là một bản sao được số hoá của vật thể thực tế hoặc có thể đó là bản sao của một quy trình hoặc hệ thống.
Các bản sao này người dùng có thể tương tác bình thường như các thiết bị thực tế. Các tính năng cụ thể của Digital Twin bao gồm: 7 • Mô Hình Số Hóa: Ứng dụng cần tạo ra một bản sao kỹ thuật số của thiết bị thực tế hoặc hệ thống đang giám sát. Bản sao này phải phản ánh cấu trúc, hành vi và bối cảnh của đối tượng thực. • Dữ Liệu Thời Gian Thực: Ứng dụng phải liên tục cập nhật dữ liệu từ các cảm biến bên ngoài, phản ánh chính xác tình trạng hiện tại của đối tượng thực.
• Phân Tích và Mô Phỏng: Ứng dụng cần phải phân tích và mô phỏng các kịch bản khác nhau dựa trên dữ liệu thu thập được. Điều này giúp dự đoán và tối ưu hóa hiệu suất của đối tượng thực. • Tương Tác Hai Chiều: Ứng dụng cần có khả năng tương tác hai chiều với đối tượng thực tế, tức là không chỉ thu thập dữ liệu mà còn có thể gửi lệnh hoặc điều khiển đối tượng đó.4 Engine Unity Unity là một trong những game engine phát triển trò chơi phổ biến nhất hiện nay, đặc biệt là có hỗ trợ phát triển game, ứng dụng dành cho kính thực tế ảo cũng như thực tế tăng cường và hỗn hợp. Đây là engine (công cụ) được thiết kế với một môi trường phát triển toàn diện, Unity cung cấp đầy đủ các assets (tài nguyên), shader (đổ bóng) cũng như các phương pháp render (kết xuất) tối ưu, giúp phát triển ứng dụng XR cũng như phát triển game nói chung có thể tạo ra những sản phẩm chất lượng cao.
Unity nổi bật trong lĩnh vực phát triển các ứng dụng XR nhờ vào việc nó hỗ trợ hầu hết các công cụ SDK phổ biến như: Nreal, Oculus plug-in, MRTK. Mang lại sự linh hoạt và tiện lợi cho các nhà phát triển khi muốn đưa sản phẩm của mình lên nhiều nền tảng khác nhau. Bằng cách sử dụng ngôn ngữ bậc cao C#, Unity trở thành một engine thân thiện với các lập trình viên so với các engine khác. Hơn nữa Unity còn hỗ trợ cả đa nền tảng, giúp việc chuyển đổi giữa các nền tảng như Windows, macOS, IOS, Android, UWP.
Trở nên dễ dàng hơn. Unity cung cấp cho lập trình viên các thuật toán mạnh mẽ dành cho việc tối ưu hóa về đồ họa cũng như các công nghệ render pipeline thích hợp tùy thuộc vào nhu cầu và mục tiêu của game hay ứng dụng. Một điểm mạnh khác của Unity là môi trường gỡ lỗi mạnh mẽ, cho phép lập trình viên gỡ lỗi mã nguồn cũng như gỡ lỗi quá trình kết xuất hình ảnh một cách hiệu quả. Công cụ gỡ lỗi này giúp phát hiện và khắc phục các lỗi nhanh chóng, đảm bảo sản phẩm cuối cùng đạt chất lượng cao nhất.1 Tổng quan về SRPs Một trong những điểm mạnh lớn nhất của Unity đó là đa nền tảng.
Một ứng dụng lý tưởng nhất là nó có khả năng được triển khai trên nhiều nền tảng nhất có thể, từ các 8 dòng máy tính để bàn cao cấp đến các thiết bị nhỏ gọn hơn như điện thoại di động. Vậy nên, Build-in Render Pipeline được phát triển là một giải pháp chìa khóa để thực hiện ý tưởng đa nền tảng được Unity hỗ trợ. Nó hỗ trợ các tính năng kết hợp đồ họa thuận tiện để sử dụng với các pipeline Forward và pipeline Deferred [1]. Tuy nhiên, Built-in Render Pipeline cũng có những hạn chế xung quanh.
Phần lớn các mã nguồn trong này được viết bằng C++ và không có cơ chế sửa đổi hay tùy biến theo mục tiêu của nhà phát triển [1]. Scriptable Render Pipelines được phát triển để hỗ trợ một quy trình làm việc đa nền tảng. Nó có thể giúp nhà phát triển có thể thay đổi linh hoạt cho số lượng lớn nhất các thiết bị phần cứng, từ hiệu năng cao đến dòng sản phẩm hiệu năng thấp. Có thể cấu hình các quy trình Render bằng C# và C++.
Có thể sử dụng C# rất có ý nghĩa vì các lệnh thực thi mới sẽ không cần phải biên dịch lại sau mỗi lần thay đổi. Linh hoạt trong việc hỗ trợ phát triển các kiến trúc hổ trợ tạo nên ứng dụng. Trong SRPs, người dùng có thể tạo mới một SRPs từ đầu hoặc sửa đổi các SRPs có sẵn như HDRP hoặc URP nhằm phù hợp với mục tiêu sử dụng.1: Mô hình đồ họa có thể lập trình mới [1]. 9 Những điểm mạnh khi sử dụng URP: • Dễ dàng tiếp cận, vì trong URP các shader có thể dễ dàng thực hiện hơn bằng chức năng shader graph có trong URP.
• Có thể mở rộng và sử dụng tùy biến: URP cho phép người dùng tùy chỉnh khả năng hiện có của Pipeline thành các khả năng mới phù hợp với nhu cầu. Giúp nó trở thành một lựa chọn tuyệt vời cho các nhà phát triển trình độ cao.