Tìm hiểu một số kỹ thuật tạo mô hình 3 chiều và xây dựng ứng dụng

VR tạo ra một môi trường giả lập với những hình ảnh do con người chủ động thiết kế, được hiển thị trên màn hình máy tính hoặc thông qua kính thực tại ảo, nhằm đem lại những trải nghiệm t

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGUYỄN THỊ HÀ

TÌM HIỂU MỘT SỐ KỸ THUẬT TẠO MÔ HÌNH 3 CHIỀU VÀ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI 2 VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGUYỄN THỊ HÀ

TÌM HIỂU MỘT SỐ KỸ THUẬT TẠO MÔ HÌNH 3 CHIỀU VÀ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG

KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Người hướng dẫn

Nguyễn Thị Quyên

HÀ NỘI, 2019

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được khóa luận này, trước hết em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới Th.s Nguyễn Thị Quyên đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, định hướng, đóng góp những ý kiến quý báu cho em trong suốt quá trình thực hiện

Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong viện công nghệ Thông tin, trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã quan tâm giảng dạy và giúp đỡ em trong suốt bốn năm học vừa qua cũng như trong thời gian em làm bài khóa luận này Là sinh viên viện Công nghệ Thông tin, em rất tự hào về viện mình, về thầy cô giáo của mình Em xin kính chúc các thầy, các cô luôn mạnh khỏe, hạnh phúc và thành công Chúc viện Công nghệ thông tin sẽ ngày một khang trang, vững mạnh, góp phần to lớn trong sự nghiệp đào tạo chuyên nghiệp của trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2

Lần đầu nghiên cứu khoa học, chắc chắn đề tài của em không tránh khỏi những thiếu sót, hạn chế Vì vậy, em rất mong sự đóng góp ý kiến của các thầy

cô giáo và các bạn để đề tài của em được hoàn thiện

Hà Nội, ngày 16 tháng 5 năm2019

Sinh viên

Nguyễn Thị Hà

LỜI CAM ĐOAN

Trong quá trình hoàn thành luận văn, tôi đã tìm hiểu, nghiên cứu, tổng hợp nhiều nguồn tài liệu khác nhau, dưới sự chỉ đạo, giúp đỡ của giáo viên hướng dẫn, kết quả của đề tài là sản phẩm lao động của cá nhân tôi Các nguồn tài liệu

sử dụng được trích dẫn rõ ràng

Nội dung luận văn này chưa từng được công bố hay xuất bản dưới bất kỳ hình thức nào và cũng không được sao chép từ bất kỳ một công trình nghiên cứu nào

Tất cả phần ứng dụng đều do tôi tự thiết kế và xây dựng dưới sự hướng dẫn của giáo viên hướng dẫn, trong đó có sử dụng một số thư viện chuẩn và các thuật toán được các tác giả xuất bản công khai và miễn phí trên Internet

Tôi xin cam đoan những điều trên là hoàn toàn đúng

Hà Nội, ngày 16 tháng 5 năm2019

Sinh viên

Nguyễn Thị Hà

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

STT Ký hiệu/

Chữ viết tắt

Viết đầy đủ Ý nghĩa

3 UE4 Unreal Engine Phần mềm trung gian

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 1.1 Liên kết các đặc tính 8

Hình 1.2: Ứng dụng VR rất cần thiết trong lĩnh vực giáo dục 11

Hình 1.3: Ứng dụng HumanSim giúp mô phỏng một ca điều trị thực tế 12

Hình 2.1: Autocad 2015 … 14

Hình 2.2: Autodesk 3Ds Max 15

Hình 2.3 Autodesk Maya 17

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 2

LỜI CAM ĐOAN 3

MỤC LỤC HÌNH ẢNH 5

MỤC LỤC 6

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 4

KHÁI QUÁT VỀ MÔ PHỎNG VÀ THỰC TẠI ẢO 4

1.1 Khái quát về mô phỏng 4

1.1.1 Mô phỏng là gì? 4

1.1.2 Mục đích của mô phỏng 4

1.1.3 Ưu, nhược điểm của mô phỏng 5

1.2 Khái quát về thực tại ảo 7

1.2.1 Thực tại ảo là gì? 7

1.2.2 Đặc điểm của một hệ thống thực tại ảo 7

1.2.3 Một số loại hệ thống thực tại ảo 9

1.2.4 Các thành phần của một hệ thống thực tại ảo 10

1.2.5 Một số ứng dụng chính của thực tại ảo 12

Chương 2 14

MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG MÔ PHỎNG CẤU TRÚC 3D 14

2.1 Công cụ xây dựng mô hình hóa 3D 14

2.1.1 AutoCad 14

2.1.2 Autodesk 3Ds Max 15

2.1.3 Autodesk Maya 16

2.2 Các kỹ thuật dựng hình chính 17

2.2.1 Kỹ thuật dựng hình Polygon (lưới) 17

2.2.2 Kỹ thuật dựng hình với Cross Section 30

2.2.3 Chia nhỏ bề mặt 32

2.2.4 Hai hướng tạo mô hình 34

2.3 Kỹ thuật tạo kết xuất 35

2.3.1 Nhập file FBX 35

2.3.2 Vật liệu trong UE4 37

2.3.3 Ánh sáng trong UE4 38

CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 40 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 46

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Công nghệ thực tại ảo là một thuật ngữ mới xuất hiện khoảng thập kỷ 90, nhưng thực sự phát triển mạnh trong vòng những năm trở lại đây Công nghệ thực tại ảo được rất nhiều các doanh nghiệp và nhà phát triển ứng dụng quan tâm, từng bước đưa vào cuộc sống VR tạo ra một môi trường giả lập với những hình ảnh do con người chủ động thiết kế, được hiển thị trên màn hình máy tính hoặc thông qua kính thực tại ảo, nhằm đem lại những trải nghiệm thực tế nhất cho người xem Thế giới ảo của VR không cố định, mà tương tác theo ý muốn của người sử dụng Nói cách khác, VR đặt con người bên trong không gian giả lập nhưng mang lại những trải nghiệm như đời thực Khi chúng ta muốn hiểu toàn bộ công nghệ thì phải nắm được phương pháp thể hiện hay mô phỏng đối tượng trong môi trường thực tại ảo

Hiện nay, VR đã và đang trở thành một công nghệ mũi nhọn nhờ khả năng ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực như giáo dục, giải trí, dịch vụ tới y tế, quân sự, kiến trúc… thay đổi cách con người tiếp cận và tương tác không gian Một trong những lĩnh vực sẽ hưởng lợi và sử dụng nhiều nhất công nghệ này đó chính là bất động sản.Trong các giao dịch bất động sản hiện nay, vấn

đề lớn nhất của người mua là phải tiếp cận căn hộ, nhà ở để xem xét, đánh giá thực tế Điều này đòi hỏi nhiều thời gian và công sức (di chuyển, bố trí công việc…) đối với các bên Mặt khác, cách tiếp cận qua hình ảnh và video thông thường như hiện nay thiếu chân thực và có nhiều sai lệch, không đảm bảo đủ chính xác để người mua ra quyết định VR giải quyết được những vấn đề này Khi ứng dụng VR, các nhà phát triển sẽ tạo ra không gian 3D ảo hoàn chỉnh đối với một bất động sản Những dữ liệu xây dựng được lấy từ thông số kỹ thuật, thiết kế của chủ đầu tư và người bán, đảm bảo mức độ chính xác cao, sát với thực tế Mặt khác với lợi thế tách đôi không gian thực/ảo, mang người dùng đến một khung cảnh mới, chủ đầu tư bất động sản thông qua VR có thể

cung cấp cho người mua nhà những hình ảnh và trải nghiệm tương lai trong trường hợp dự án chưa hoàn tất nhưng khách hàng muốn xem

Xuất phát từ thực tế đó em đã lựa chọn đề tài “Tìm hiểu một số kỹ thuật

tạo mô hình 3 chiều và xây dựng ứng dụng” nhằm phục vụ trong ngành

thiết kế nội thất

2 Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu

• Mục đích nghiên cứu: Nghiên cứu một số kỹ thuật tạo mô hình 3D và

tạo kết xuất Đặc biệt là kỹ thuật tạo hình theo Polygon và theo hướng rời rạc Để từ đó xây dựng ứng dụng phòng ngủ và những đồ vật bên trong phòng như giường, gương, đèn, bàn, ghế, rèm,…

• Nhiệm vụ nghiên cứu:

- Tìm hiểu được khái quát về VR, công nghệ mô phỏng và ứng dụng

- Tìm hiểu về một số kỹ thuật tạo mô hình 3 chiều trên công cụ dựng hình 3dsmax

- Tìm hiểu về các kỹ thuật rendering trên UE4

- Sử dụng các kỹ thuật tạo mô hình em tạo mô hình phòng ngủ với đầy đủ các nội thất bên trong

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

• Đối tượng: Công cụ dựng hình bằng 3dsmax, EU4, Thực tại ảo

• Phạm vi nghiên cứu: Các kỹ thuật dựng hình trên 3dsmax, kỹ thuật kết xuất đối tượng

4 Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết: Phân tích là nghiên cứu các tài liệu, lý luận khác nhau bằng cách phân tích chúng thành từng

bộ phận để tìm hiểu sâu sắc về đối tượng Tổng hợp là liên kết từng mặt, từng bộ phận thông tin đã được phân tích tạo ra một hệ thông lý thuyết mới đầy đủ và sâu sắc về đối tượng

• Phương pháp mô hình hóa: Là phương pháp nghiên cứu các đối tượng bằng xây dựng gần giống với đối tượng, tái hiện lại đối tượng theo các

cơ cấu, chức năng của đối tượng

5 Cấu trúc khóa luận

Chương 1: Tổng quan về mô phỏng và thực tế ảo

Trong chương này chúng ta sẽ tìm hiểu một cách khái quát về thực tại ảo,

mô phỏng, phân loại các hệ thống, các thành phần và ứng dụng của hệ thống thực tại ảo, và mô phỏng

Chương 2: Một số vấn đề trong mô phỏng cấu trúc 3D

Chương này nghiên cứu một số kỹ thuật xây dựng mô hình 3D trên cơ sở phần mềm tạo mô hình 3 chiều thông dụng hiện nay 3DS Max, đó là kỹ thuật

tạo mô hình (modelling), kỹ thuật kết xuất (rendering) Trong đó, luận văn

tập trung tìm hiểu các kĩ thuật tạo đối tượng và kết xuất

Chương 3: Chương trình thử nghiệm

Từ cơ sở trình bày lý thuyết ở chương 2 em ứng dụng vào để xây dựng

mô phỏng phòng ngủ bao gồm có bài toán và chương trình thử nghiệm

Do thời gian và khả năng có hạn, hơn nữa đây là lần đầu tiên nghiên cứu

về lĩnh vực thực tại ảo nên luận văn cũng như chương trình thử nghiệm không thể tránh khỏi thiếu sót Rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của các thầy cô giáo và bạn bè để tôi có thể phát triển thêm hướng nghiên cứu mới

Chương 1 KHÁI QUÁT VỀ MÔ PHỎNG VÀ THỰC TẠI ẢO

1.1 Khái quát về mô phỏng

1.1.1 Mô phỏng là gì?

Mô phỏng là việc nghiên cứu trạng thái của mô hình để qua đó hiểu được

hệ thống thực, mô phỏng là tiến hành thử nghiệm trên mô hình Đó là quá trình tiến hành nghiên cứu trên vật thật nhân tạo, tái tạo hiện tượng mà người nghiên cứu cần để quan sát và làm thực nghiệm Từ đó rút ra kết luận tương

tự vật thật

Ta có thể thực hiện việc mô phỏng từ những phương tiện đơn giản như giấy, bút đến các nguyên vật liệu tái tạo lại nguyên mẫu (mô hình bằng gỗ, gạch, sắt…) hay hiện đại hơn là dùng máy tính điện tử (MPMT) Mô phỏng máy tính là hiển thị một chuỗi các hình ảnh hoặc khung hình trên màn hình phỏng theo một chuyển động nào đó Thực ra, mô phỏng là một dạng ảo ảnh thị giác, tạo nên sự năng động, truyền sinh khí và chuyển động cho những đối tượng khô khan

1.1.2 Mục đích của mô phỏng

1.1.2.1 Có được cái nhìn sâu sắc về các hoạt động của một hệ thống

• Hệ thống là rất phức tạp và rất khó để hiểu được hoạt động và tương tác trong hệ thống mà không có một mô hình mô phỏng

kiểm tra các thành phần riêng biệt của một hệ thống trong sự cô lập

• Một ví dụ điển hình là cố gắng tìm hiểu về quá trình sản xuất bị thắt cổ chai xảy ra (Một điểm thắt cổ chai, tức một điểm tắc nghẽn trong hệ thống xảy ra khi một khối lượng công việc được đổ vào quá nhanh và vượt quá khả năng xử lý của bước tiếp theo để có thể cho ra kết quả như mong đợi Hậu quả mang lại khiến hệ thống trì trệ và gây thêm tổn thất, thâm hụt)

1.1.2.2 Thay đổi nguyên tắc điều hành hoặc tài nguyên để cải thiện hiệu năng

hệ thống

• Khi chúng ta có một hệ thống hiện có hoạt động chưa tốt, chúng ta không hiểu về nó nhưng muốn cải thiện

• Có hai cách cơ bản là thay đổi nguyên tắc điều hành hoặc tài nguyên

1.1.2.3 Kiểm tra các khái niệm mới hoặc hệ thống trước khi thi hành

hệ thống mới

đầu tư tham gia vào lắp đặt bất kỳ quá trình sản xuất

• Ngoài ra, việc sử dụng một mô hình mô phỏng có thể giúp tùy chỉnh thiết bị được chọn lựa trước khi đưa vào hoạt động

1.1.2.4 Có được thông tin mà không ảnh hưởng đến hệ thống thực tế

1.1.3 Ưu, nhược điểm của mô phỏng

1.1.3.1 Ưu điểm của mô phỏng

• Có thể đánh giá các đặc tính của hệ thống làm việc trong các điều kiện

dự kiến trước, hoặc ngay cả khi hệ thống còn đang trong giai đoạn thiết kế khảo sát, hệ thống chưa tồn tại

1.1.3.2 Nhược điểm của mô phỏng

tính, phần mềm chuyên dụng

• Sự thành lập mô hình đòi hỏi sự huấn luyện đặc biệt vì đâycũng là vấn

đề về nghệ thuật và khoa học

có tính thống kê xác suất, do đó đòi hỏi dùng các công cụ thống kê để xử lý kết quả mô phỏng

• Có thể tiêu tốn nhiều thời gian và chi phí

• Mô phỏng tuy không phải là công cụ tối ưu hiệu quả, nhưng lại hiệu quả trong việc so sánh các mô hình thay đổi để lựa chọn

Hệ thống thực

Mô hình

Mô hình giải tích

- Lời giải tổng quát và tường minh

- Mô hình giải tích khi phải chấp

nhận các giả thiết để đơn giản hóa

- Lời giải mang tính đánh giá sẽ cho đánh giá chính xác nếu bước tính tăng lên đủ lớn

- Phạm vi ứng dụng hệ tuyến tính, phi tuyến, ngẫu nhiên

1.2 Khái quát về thực tại ảo

1.2.1 Thực tại ảo là gì?

Thực tại ảo hay còn gọi là thực tế ảo (tiếng Anh là virtual reality, viết tắt

là VR) là thuật ngữ miêu tả một môi trường mô phỏng bằng máy tính Đa phần các môi trường thực tại ảo chủ yếu là hình ảnh hiển thị trên màn hình máy tính hay thông qua kính nhìn 3 chiều, tuy nhiên một vài mô phỏng cũng

có thêm các loại giác quan khác nhau như âm thanh hay xúc giác

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 lại

mà phản ứng, thay đổi theo ý muốn (tín hiệu vào) của người sử dụng (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 là máy tính có thể 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 của họ 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 khi tác động lên tất cả các kênh cảm giác của con người

1.2.2 Đặc điểm của một hệ thống thực tại ảo

Một hệ thống VR có 3 đặc tính chính đó là: Tương tác (Interactive) – Đắm chìm (Immersion) – Tưởng tượng (Imagination)

Hình 1.1 Liên kết các đặc tính

người dùng và thay đổi ngay lập tức thế giới ảo Người dùng nhìn thấy sự vật thay đổi trên màn hình ngay theo ý muốn của họ và bị thu hút bởi sự mô phỏng này

giới ảo: sự du hành bên trong thế giới và động lực học của môi trường Sự du hành là khả năng của người dùng để di chuyển khắp nơi một cách độc lập, cứ như là đang ở bên trong một môi trường thật Nhà phát triển phần mềm có thể thiết lập những áp đặt đối với việc truy cậpvào những khu vực ảo nhất định, cho phép có được nhiều mức độ tự do khác nhau (Người dùng có thể bay, xuyên tường, đi lại khắp nơi hoặc bơi lặn…) Một khía cạnh khác của sự du hành là sự định vị điểm nhìn của người dùng Sự kiểm soát điểm nhìn là việc người dùng tự theo dõi chính họ từ một khoảng cách, việc quan sát cảnh tượng thông qua đôi mắtcủa một con người khác, hoặc di chuyển khắp trong thiết kế của một cao ốc mới như thể đang ngồi trong một chiếc ghế đẩy… Động lực học của môi trường là những quy tắc về cách thức mà người, vật và mọi thứ tương tác với nhau trong một trật tự để trao đổi năng lượng hoặc thông tin

• Tính đắm chìm: Người dùng cảm thấy mình là một phần của thế giới

ảo, hòa lẫn vào thế giới đó VR còn đẩy cảm giác này "thật" hơn nữa nhờ tác động lên các kênh cảm giác khác Người dùng không những nhìn thấy đối tượng đồ họa 3D, điều khiển (xoay, di chuyển…) được đối tượng mà còn sờ

và cảm thấy chúng như có thật

1.2.3 Một số loại hệ thống thực tại ảo

Hệ thống VR được phân ra 3 loại chính là: Hệ thống VR không nhập vai (non - Immersive), Hệ thống VR bán nhập vai (Semi-Immersive) và hệ thống

VR nhập vai (Immersive) Một số cách phân loại khác dựa vào mức độ phức tạp hoặc phương thức hoạt động của hệ thống Mức độ phức tạp của hệ thống phụ thuộc vào mức độ khó trong việc phát triển ứng dụng Phân loại theo mức

độ phức tạp bao gồm hệ thống thực tại ảo mức sơ khai, mức cơ bản, mức tiên tiến, mức nhập vai và mức làm việc như một hệ điều hành cho môi trường thực tại ảo Phân loại theo phương thức bao gồm hệ thống hoạt động dựa trên

mô phỏng, dựa trên hệ thống máy chiếu, dựa trên hình ảnh thay thế image) hoặc dựa trên máy tính để bàn

dựng cho máy tính để bàn Hệ thống này được biết với tên là Window on World (WoW) hay Desktop VR Trong hệ thống này, môi trường ảo được quan sát thông qua màn hình có độ phân giải cao Việc tương tác được thực hiện thông qua các phương tiện như bàn phím, chuột hoặc joystick

• Hệ thống VR bán nhập vai: Hệ thống VR bán nhập vai bao gồm hệ thống máy tính hỗ trợ đồ họa tương đối mạnh đi kèm với một hoặc nhiều màn hình hoặc hệ thống máy chiếu để tạo ra màn hình lớn Hệ thống màn hình này được đặt xung quanh người dùng để tạo cảm giác hòa mình vào môi trường 3D ảo

• Hệ thống VR nhập vai: Hệ thống VR nhập vai là hệ thống tạo cho người dùng trải nghiệm trong môi trường ảo giống với thực tế nhất Trong hệ

thống này, người dùng đeo HMD hoặc sử dụng BOOM để nhìn vào môi trường ảo Tất nhiên, so với 2 hệ thống trên, hệ thống này là phức tạp và đòi hỏi chi phí lớn để tạo các ứng dụng

1.2.4 Các thành phần của một hệ thống thực tại ảo

Các thành phần cần thiết cho việc tạo dựng và trải nghiệm ứng dụng thực tại ảo được chia thành 2 phần chính bao gồm: các thành phần phần cứng và các thành phần phần mềm

• Thành phần phần cứng:

Các thành phần phần cứng được chia thành 5 thành phần nhỏ: máy tính trạm (computer workstation), màn hình cảm ứng(sensory display), card tăng tốc xử lý(process acceleration cards), hệ thống định vị và các thiết bị đầu vào

Máy tính trạm: Các máy tính được sử dụng trong ứng dụng thực tại ảo để

điều khiển các thiết bị hiển thị cảm ứng tạo cho người dùng cảm giác nhập vai trong môi trường 3D ảo Đây phải là các máy có cấu hình mạnh hơn nhiều so với máy tính cá nhân thông thường về tốc độ xử lý, khả năng xử lý đồ họa, khả năng lưu trữ và đặc biệt là xử lý đa nhiệm Chúng được tối ưu để xử lý và hiển thị nhiều dữ liệu phức tạp như hình ảnh 3D, hoạt hình mô phỏng thực tế, rendering hình ảnh,… Hiện nay, các máy trạm phục vụ cho ứng dụng thực tại

ảo chủ yếu được cung cấp bởi các hãng máy tính lớn như Dell và HP

Màn hình cảm ứng: Màn hình cảm ứng trong ứng dụng thực tại ảo phổ

biến nhất là mũ đội hiển thị (Head mounted display – HMD) Đây thực chất là một loại kính đặc biệt, người sử dụng đeo để nhìn vào thế giới ảo Trên HMD

có gắn bọ dò vị trí (position tracking) để xác định vị trí quan sát của người sử dụng, ghi nhận nơi người sử dụng đang nhìn vào hoặc hướng đang chỉ tới Tai nghe được gắn bên trong HMD giúp người dùng nghe được âm thanh trong thế giới ảo Thông tin từ bộ định vị trên HMD được sử dụng để cập nhật tín hiệu âm thanh Ví dụ như: khi nguồn âm thanh phát ra gần hoặc xa người dùng hơn thì máy tính sẽ truyền âm thanh này tới tai sớm hoặc muộn hơn để

tạo cảm giác thực Ngoài hệ thống HMD, thiết bị hiển thị trong thực tại ảo còn có thiết bị hiển thị vạn năng điều hướng - BOOM (Binocular Omni – Orientation Monitor) So với HMD thì BOOM không dùng để gắn trên đầu

mà dùng một cần gắn màn hình và có tay cầm điều khiển màn hình Khi chúng ta nhìn vào màn hình và dịch chuyển nó, lập tức thiết bị nhạy sẽ dịch chuyển theo góc nhìn, vị trí của người sử dụng cũng thay đổi

Card tăng tốc xử lý: Card tăng tốc giúp cập nhật hình ảnh hiển thị với các

thông tin từ thiết bị cảm ứng Ví dụ về loại card này là card đồ họa 3D và card

âm thanh 3D

Hệ thống định vị: Hệ thống định vị giám sát vị trị và hướng của người sử

dụng trong môi trường ảo Việc định vị có thể nhờ vào sóng siêu âm, tia hồng ngoại, điện từ trường hoặc các thiết bị cơ khí trong hệ thống

Các thiết bị đầu vào: Thiết bị đầu vào được sử dụng để người dùng tương

tác với môi trường ảo và các đối tượng trong môi trường đó Thiết bị đầu vào

có thể là joystick, găng tay cảm biến, bàn phím, bộ nhận dạng giọng nói, v.v…

• Thành phần phần mềm

Phần mềm luôn là “linh hồn” của hệ thống thực tại ảo cũng như đối với bất cứ một hệ thống máy tính hiện đại nào Về nguyên tắc có thể dùng bất cứ ngôn ngữ lập trình hay phần mềm đồ họa nào để mô hình hóa và mô phỏng các đối tượng của hệ thực tại ảo Ví dụ các ngôn ngữ như OpenGL, C++, Java3D, VRML,…hay các phần mềm thương mại như WorldToolKit, Peopleshop,… Phần mềm trong hệ thống thực tại ảo có 2 nhiệm vụ chính: tạo hình và mô phỏng Các đối tượng trong hệ thực tại ảo được mô hình hóa dưới dạng 3D sau đó được mô phỏng các hoạt động và ứng xử tương tự như trong đời sống thực

1.2.5 Một số ứng dụng chính của thực tại ảo

• Giáo dục: Giáo dục là lĩnh vực rất cần ứng dụng VR Việc dạy và học từ

xa sẽ thêm dễ dàng và hiệu quả hơn với thực tế ảo Hiện ứng dụng VR cho giáo dục là nhóm có số lượng đông đảo nhất Ví dụ cụ thể cho nhóm sản phẩm này là Google Expedition của Google

Giáo dục cũng là một ứng dụng vô cùng tiềm năng của công nghệ VR, khi cho phép các học sinh được tham quan các công trình cổ đại trong giờ lịch sử, tham gia các buổi thực tập giải phẫu cơ thể trong giờ sinh học, hay truyền cảm hứng bằng các hiện tượng kỳ thú trong thiên nhiên - điều mà có lẽ sách

vở chẳng bao giờ làm được

Hình 1.2: Ứng dụng VR rất cần thiết trong lĩnh vực giáo dục

những điểm đến hấp dẫn trên toàn thế giới mà không cần đi tiền trạm Với du khách, họ có thể chọn và trải nghiệm ảo các địa điểm du lịch trước khi quyết định mua tour Thậm chí, một số nhà hàng, khách hàng còn dùng VR để hiểu

rõ hơn về dịch vụ họ cung cấp.Ở lĩnh vực giải trí, trò chơi điện tử và phim ảnh

đã có những bước tiến rất mạnh mẽ trong việc sử dụng VR Hiện nay, người dùng có thể giải trí với hàng trăm đầu trò chơi thực tại ảo Các đạo diễn, nhà sản xuất phim lừng danh như: Steven Spielberg, Ridley Scott… cũng đang triển khai các dự án phim VR khổng lồ

đào tạo và huấn luyện binh sĩ, đặc biệt là mô phỏng các môi trường nguy

hiểm, phức tạp hoặc cực kỳ tốn kém nếu làm theo cách khác Công nghệ thực

tế ảo trong quân đội, hải quân và không quân các nước phổ biến tới mức có thể khiến bạn ngạc nhiên Về cơ bản, chúng được dùng để mô phỏng trận đánh, chiến trường, đào tạo y tế, phương tiện và các trại đóng quân ảo.Thậm chí, quân đội Anh đã sử dụng kính thực tế ảo để đào tạo binh sĩ nhảy dù

VR mang tên HumanSim giúp đào tạo các chuyên gia y tế bằng cách đưa họ vào các tình huống khó khăn, như mô phỏng lại một trường hợp bệnh nhân bị thương nghiêm trọng và họ phải giải quyết vấn đề một cách ổn thỏa.Mặc dù chưa thể tái hiện lại mức độ căng thẳng của một ca điều trị thực tế, nhưng HumanSim vẫn khiến các bác sĩ thực tập thích thú và đam mê công việc của mình hơn nhờ mô phỏng một cách chi tiết các thủ tục khó khăn mà họ phải đối mặt trong thế giới thực

Hình 1.3: Ứng dụng HumanSim giúp mô phỏng một ca điều trị thực tế

Chương 2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG MÔ PHỎNG CẤU TRÚC 3D

2.1 Công cụ xây dựng mô hình hóa 3D

2.1.1 AutoCad

AutoCAD là phần mềm thiết kế mô hình phổ biến nhất trên thế giới để

tạo tài liệu 2D và 3D Nó cho phép các nhà thiết kế để nhanh chóng và dễ dàng tạo tài liệu xây dựng chất lượng cao và bản vẽ chuyên nghiệp

Các tính năng mô hình hóa 3D với Autocad:

kết hợp các công cụ mô hình hóa bề mặt, rắn, bề mặt lưới

• Điều hướng 3D: Sử dụng công cụ điều hướng và điều hướng 3D để xoay vòng, xoay, đi bộ và bay vòng quanh mô hình 3D để giới thiệu thiết kế của bạn

hiển thị các cạnh, ánh sáng, và bóng của mô hình 3D của bạn

• Hiển thị photorealistic: Áp dụng ánh sáng và vật liệu để cho các mô hình 3D của bạn xuất hiện thực tế và giúp truyền thông thiết kế của bạn

máy quét laze 3D hoặc các công nghệ khác để tạo ra các đại diện 3D

• Quan điểm cơ sở, dự kiến và phần: Tạo bản vẽ 2D bao gồm cơ sở, chiếu, phần, và chế độ xem chi tiết từ các mô hình 3D

• Studio In: Print Studio cung cấp các công cụ cần thiết để chuẩn bị các

mô hình cho các máy in và tài liệu 3D được hỗ trợ

mặt cắt ngang thông qua các vật rắn, bề mặt, mắt lưới hoặc các vùng

Hình 2.1 Autocad 2015 2.1.2 Autodesk 3Ds Max

Sản xuất hình ảnh động, trình diễn và mô hình 3D chuyên nghiệp chất lượng với phần mềm 3ds Max Bộ công cụ hiệu quả giúp bạn tạo ra nội dung 3D và thực tế ảo (VR) tốt hơn trong ít thời gian hơn

Các tính năng nổi bật nói chung của 3ds Max:

• Hoạt hình và động lực 3D

• Vẽ rendering 3D

• Đặc trưng trong giao diện người dùng, quy trình công việc và cải thiện đường ống dãn

Hình 2.2 Autodesk 3Ds Max

2.1.3 Autodesk Maya

Đây là phần mềm hoạt họa, mô hình hóa, mô phỏng và rendering 3D của Maya 2018 giúp các nghệ sỹ làm việc nhanh hơn với các cải tiến cho các luồng công việc hiện tại và các công cụ mới

Các tính năng nổi trội của maya

Shell: Một tập các mặt chỉ kết nối với nhau tại một điểm duy nhất

• Lợi ích của Polygon:

Polygon là kiểu dựng hình lâu đời nhất của đồ hoạ 3D Vì vậy, nó là cội

rễ cho mọi kiểu dựng hình khác

Polygon là hình đơn giản nhất và vì thế nó dễ dàng chuyển đối giữa các file của các platform khác nhau

Với Polygon, sẽ mất ít dữ liệu để mô tả các surface đơn giản Ví dụ như một mặt phẳng thì polygon 4 điểm sẽ đơn giản hơn rất nhiều so với một mảng ráp b-spline (b-spline patch )phẳng cần ít nhất 16 CVs

Làm việc với Polygon cho phép có thể mở rộng hình từ một mặt, một cạnh hay thậm chí là một đỉnh

Polygon cho phép có thể hợp nhất nhiều điểm, nhiều cạnh, nhiều mặt hoặc là tất cả các thứ đó vào với nhau

• Hạn chế của Polygon:

Trong việc tăng độ phân giải của mô hình, nếu với NURBS thì sẽ tốn một lượng CVs ít hơn rất nhiều khi ta phải tăng mức chi tiết của một Polygon Ví dụ: Một hình cầu NURBS mất 56 CVs, một hình cầu Polygon phải mất 600 đỉnh mới được như NURBS

Trong dựng hình, có thể phải liên kết nhiều mesh lại với nhau (polymesh) Nhưng có thể hành động này lại làm cho một trong các mesh ban đầu bị xoá đi Điều đó đòi hỏi phải có sự sao chép các mesh dự phòng trước khi thực hiện liên kết

Chuyển đối tượng về Poly Nhấp phải chọn như hình

Remove (Backspace): xóa điểm và vẫn giữ mặt

Chú ý xóa tất cả những điểm rác

• Extrude điểm với chiều cao điểm và kích thước vùng mở rộng chân điểm

Với công cụ này có thể tạo nhanh những mảng mặt tiền

Champer: vát điểm

Target Weld: Hàn điểm này dính liền và nhập làm 1 với điểm kia trong không gian

Break: tách các điểm

Trước khi Break

Sau khi Break

Weld: hàn dính các điểm trùng nhau làm 1 Có thể sử dụng Snap hỗ trợ bắt dính