MỘT SỐ KHÁI NIỆM VỀ THỰC TẠI ẢO
Thực tại ảo (Virtual Reality - VR) là công nghệ đang phát triển mạnh mẽ trong nhiều lĩnh vực như y tế, giáo dục, kiến trúc, quân sự, du lịch và giải trí Theo định nghĩa của C Burdea và P Coiffet, VR được hiểu là một hệ thống giao diện cao cấp giữa người sử dụng và máy tính, mô phỏng các sự vật và hiện tượng theo thời gian thực, cho phép tương tác với người dùng thông qua năm kênh cảm giác: thị giác, thính giác, xúc giác, khứu giác và vị giác.
Hình 1.1 Giao diện giữa người sử dụng và hệ thống máy tính 3D
Công nghệ VR (Thực tế ảo) sử dụng kỹ thuật mô hình hóa 3D và thiết bị đa phương tiện hiện đại để tạo ra một môi trường ảo, cho phép người dùng trải nghiệm một thế giới nhân tạo sống động Trong thế giới này, người sử dụng không chỉ là người quan sát mà còn trở thành một phần của hệ thống, tương tác và thay đổi môi trường xung quanh theo ý muốn thông qua các cử chỉ và hành động Điều này mang lại trải nghiệm chân thực, khi mọi thứ trên màn hình phản ứng ngay lập tức với mong muốn của người dùng.
Người sử dụng có thể tự do di chuyển trong không gian ba chiều, tương tác với các vật thể ảo và khám phá thế giới ảo từ nhiều góc độ khác nhau Môi trường ảo phản ứng tương ứng với hành động của người dùng, kích thích các giác quan như thị giác, thính giác và xúc giác trong thời gian thực, tạo cảm giác như đang sống trong một thế giới thực.
Mặc dù thực tại ảo được xem là một công nghệ đột phá, nhưng ý tưởng về việc đưa người dùng vào một môi trường nhân tạo đã xuất hiện từ rất lâu.
Thuật ngữ “Thực tại ảo” đã thu hút sự chú ý trong vài năm gần đây, mặc dù nó có nguồn gốc từ cách đây gần 40 năm Một nhà làm phim tên là
Morton Heilig, một người Mỹ, đã nảy ra ý tưởng về việc đưa con người vào một thế giới khác thông qua hệ thống mô phỏng bay (Flight Simulation) Các hệ thống này cho phép người dùng cảm nhận hình ảnh sống động ngay trước mắt Tuy nhiên, do thiếu sự hỗ trợ tài chính, Heilig không thể hoàn thành ước mơ của mình Dù vậy, ông vẫn tạo ra một thiết bị mô phỏng mang tên "Sensorrama Simulator", được công bố vào đầu những năm 1960.
Nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo là đề tài quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thông tin, đặc biệt trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của thương mại điện tử và trải nghiệm người dùng Việc áp dụng các phương pháp chiếu sáng hiệu quả không chỉ nâng cao tính thẩm mỹ mà còn cải thiện khả năng tương tác và thu hút khách hàng Các kỹ thuật này bao gồm việc sử dụng ánh sáng tự nhiên, đèn LED, và các công nghệ chiếu sáng thông minh để tạo ra không gian trưng bày hấp dẫn và sinh động Nghiên cứu này sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách thức tối ưu hóa ánh sáng trong các ứng dụng trưng bày ảo, từ đó góp phần nâng cao hiệu quả kinh doanh và sự hài lòng của khách hàng.
Thiết bị này kết hợp hình ảnh 3D từ camera 35mm và một camera chính, tạo ra trải nghiệm sống động với hệ thống âm thanh và cảnh quay 3 chiều thực sự Người dùng có thể cảm nhận như đang cưỡi xe máy, cảm nhận gió khi di chuyển và thậm chí trải nghiệm những đoạn đường có ổ gà Mặc dù thiết bị có thiết kế đơn giản và thô sơ, nó đã mở ra nhiều ý tưởng nghiên cứu mới chưa từng có trên thế giới.
Năm 1966, Ivan Sutherland, một sinh viên tốt nghiệp Trường Utah, tiếp tục nghiên cứu vấn đề mà Heilig đã bỏ dở, cho rằng cảnh quay tương tự không đáp ứng yêu cầu thực tế Anh bắt đầu phát triển ý tưởng về một bộ tăng tốc đồ họa, một phần quan trọng trong mô phỏng thực tại hiện đại, và đã chế tạo thành công hệ thống thiết bị hiển thị đội đầu (Head Mounted Display - HMD) có khả năng kết nối với máy tính.
Sutherland tiếp tục phát triển phần cứng của HMD tại trường đại học Utah, làm cho nó hoàn thiện hơn có màn hình là màn hình màu
Hình 1.3 Thiết bị mô phỏng HMD-1970 của Ivan Sutherland
Trong thời gian này, Myron Kreuger đã phát triển thiết bị VIDEOPLACE, một hệ thống tương tác sử dụng màn hình lớn để giao tiếp trực tiếp với người dùng.
Trên màn hình hiển thị cái bóng người dùng Hệ thống cũng có khả năng hiển thị nhiều người sử dụng trên cùng một màn hình
Hình 1.4 Thiết bị VIDEOPLACE-1970 của Myron Kreuger
Vào năm 1984, hai nhà khoa học Mỹ tại NASA, Fisher và McGreevy, đã kết hợp ý tưởng để phát triển dự án “Trạm làm việc ảo” (Visual Workstation) Từ dự án này, NASA đã tạo ra thiết bị Hiển thị đội đầu thương mại đầu tiên, gọi là màn hình môi trường trực quan (Visual Environment Display), với thiết kế dựa trên mẫu mặt nạ lặn và sử dụng hai thiết bị truyền hình cầm tay Sony Watchman Sự phát triển này đã vượt xa mong đợi, khi NASA sản xuất thành công một thiết bị HMD với giá cả hợp lý, đánh dấu sự ra đời của ngành công nghiệp Thực tại ảo.
Hình 1.5 Thiết bị HMD-1984 của NASA
Nhƣng đặc biệt công nghệ VR từ những năm 90 trở lại đây đƣợc phát triển
Nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo là chủ đề chính của luận văn Thạc sĩ ngành Công nghệ thông tin, mã số 60.47.01.03 Bài viết tập trung vào việc khám phá và ứng dụng các phương pháp chiếu sáng hiệu quả nhằm nâng cao trải nghiệm người dùng trong môi trường trưng bày ảo Việc sử dụng kỹ thuật chiếu sáng phù hợp không chỉ giúp làm nổi bật sản phẩm mà còn tạo ra không gian hấp dẫn, thu hút sự chú ý của người xem Luận văn sẽ phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng chiếu sáng và đề xuất các giải pháp tối ưu cho trưng bày ảo.
10 thương mại, giải trí, tiềm năng kinh tế, cũng như tính lưỡng dụng trong dân dụng và quân sự của nó [1], [2],[3].
TRƢNG BÀY ẢO VÀ ỨNG DỤNG
Hiện nay, thực tại ảo đang phát triển mạnh mẽ và có nhiều ứng dụng quan trọng trong E-learning, giải trí và giáo dục, làm cho nó ngày càng trở nên thiết yếu trong cuộc sống Một trong những lĩnh vực thú vị đang được nghiên cứu là trưng bày ảo, đặc biệt trong ngành bảo tàng, với sự quan tâm đến hệ thống bảo tàng thông minh (I-Museum) nhằm bảo tồn và phát huy giá trị văn hóa dân tộc.
Trưng bày ảo là phương pháp thể hiện thế giới thực thông qua công nghệ máy tính, cho phép mô phỏng các đối tượng như tòa nhà, con người, nước, thực vật, và nhiều yếu tố khác Với công nghệ 3D, mọi thứ có thể được trình bày một cách chân thực, bao gồm âm thanh, chuyển động vật lý và tương tác giữa các đối tượng.
Sử dụng trưng bày ảo 3D trong E-learning và giáo dục giải trí đang trở thành một xu hướng đầy hứa hẹn, mang lại một nền giáo dục hiện đại vượt ra ngoài khuôn phép truyền thống Hình thức học này cho phép học sinh vừa học vừa giải trí thông qua các kịch bản nhập vai và trò chơi tương tác, giúp thu hút sự chú ý và cung cấp thông tin phong phú hơn so với phương pháp truyền thống Trưng bày ảo 3D không chỉ tạo ra sự tương tác giữa người dùng và máy tính mà còn mở ra nhiều trải nghiệm hấp dẫn, cho phép người dùng hóa thân thành nhân vật và khám phá những thế giới mới lạ.
Trưng bày ảo 3D mang lại nhiều ưu điểm nổi bật, với bảo tàng ảo 3D là một ví dụ điển hình Bảo tàng ảo 3D thực chất là bản sao của bảo tàng thực tế, đòi hỏi sự phối hợp chặt chẽ giữa các chuyên gia bảo tàng, người sử dụng và các chuyên gia phát triển hệ thống để cung cấp thông tin và hướng dẫn cho khách du lịch.
1.2.2 Các thành phần trong trƣng bày ảo
Bảo tàng ảo 3D là một ứng dụng tiên tiến, mang đến trải nghiệm trưng bày ảo trên máy tính với sự đa dạng về các đối tượng, bao gồm tòa nhà, tranh ảnh, tác phẩm điêu khắc, hiện vật lịch sử và nhiều đối tượng khác thường thấy trong bảo tàng thực.
Du khách có thể tham quan bảo tàng bằng một avatar, đại diện cho chính mình, để tự do khám phá không gian trưng bày Trong phần này, chúng tôi sẽ mô tả các loại chính và các yếu tố có thể tìm thấy trong trưng bày ảo 3D, bao gồm kiến trúc xây dựng độc đáo.
Diện tích xây dựng bao gồm các yếu tố như tòa nhà, trần nhà, tường, cột, vòm và đồ nội thất Những mô hình này có thể được thu thập qua nhiều phương pháp khác nhau.
Mô hình từ hiện vật sẵn có
Mô hình dựa trên việc đo lường
Làm bằng tay hoặc bán tự động
Sử dụng máy quét Laser Thông thường, đội ngũ phát triển một bảo tàng ảo gồm kiến trúc sư hoặc người xây dựng mô hình 3D b Textures
Textures là hình ảnh ánh xạ đến bề mặt 3D, sử dụng nhiều phương pháp ánh xạ khác nhau Để đạt được độ chân thực cao, việc tối ưu hóa hình ảnh với độ phân giải phù hợp là rất quan trọng Các kỹ thuật ánh xạ này cần người có kinh nghiệm trong mô hình hóa và hiểu biết về chất liệu Ngoài ra, Textures động cũng có thể được sử dụng, với mức độ chi tiết phụ thuộc vào yêu cầu cụ thể và mô hình, nhằm tối ưu hóa tốc độ và bộ nhớ.
Nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo là đề tài quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thông tin Luận văn Thạc sĩ này tập trung vào việc áp dụng các công nghệ chiếu sáng để nâng cao trải nghiệm người dùng trong không gian trưng bày ảo Các kỹ thuật chiếu sáng được phân tích và đánh giá nhằm tối ưu hóa hiệu quả trực quan và thu hút sự chú ý của người xem Thông qua nghiên cứu này, hy vọng sẽ cung cấp những giải pháp sáng tạo cho việc thiết kế và triển khai trưng bày ảo trong tương lai.
Bảo tàng ảo mang đến trải nghiệm độc đáo với việc ánh xạ nội dung video lên các bề mặt phẳng hình chữ nhật, tạo ra một không gian trưng bày sống động và hấp dẫn Những đoạn phóng sự thông tin liên quan sẽ giúp giới thiệu rõ nét về các vật được trưng bày, thu hút sự chú ý của người xem và nâng cao giá trị nghệ thuật của từng tác phẩm.
Video nhƣ vậy có thể là :
Kích thước nhỏ, cung cấp video khác nhau trong trưng bày ảo
Kích thước lớn cung cấp bài thuyết trình điện ảnh giống như bảo tàng thực
Trong trưng bày ảo, đối tượng triển lãm có thể là các mô hình 3D hoặc 2D tương ứng với hiện vật trong bảo tàng thực tế Đối tượng 3D thường là lưới 3D của hiện vật với Textures, cho phép người dùng tương tác bằng cách xoay mô hình từ nhiều góc độ khác nhau Đối với những tác phẩm phức tạp như điêu khắc, mô hình có thể được xây dựng bằng máy quét 3D Để tiết kiệm chi phí tính toán, một số đối tượng được trình bày dưới dạng tranh 2D hoặc video, thường là hình chữ nhật với Textures.
Ánh sáng trong trưng bày ảo 3D được phân chia thành hai loại chính: ánh sáng tĩnh và ánh sáng động Việc sử dụng ánh sáng và bóng tối không chỉ làm tăng tính thẩm mỹ mà còn tạo ra chiều sâu cho không gian trưng bày.
Nguồn sáng tĩnh trong trưng bày 3D được xác định trước, với đèn chiếu sáng cố định trên tường, màu sắc và cường độ không thay đổi, giúp tiết kiệm tài nguyên CPU và GPU Ngược lại, ánh sáng động cho phép thay đổi màu sắc và cường độ theo thời gian thực, tạo ra sự phức tạp trong việc mô phỏng ánh sáng tự nhiên như ánh sáng mặt trời và điều kiện thời tiết, đòi hỏi người thiết kế có kiến thức về ánh sáng và thẩm mỹ Âm thanh trong trưng bày ảo 3D cũng đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra trải nghiệm chân thực.
Nhạc nền và âm thanh
Âm thanh khác (ví dụ : bước chân người, gió ) g Bản đồ nhỏ
Bản đồ mini trong bảo tàng ảo cung cấp cái nhìn 2D về không gian 3D của bảo tàng, cho phép người xem quan sát toàn bộ tòa nhà hoặc chỉ một tầng cụ thể từ trên cao.
Nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo là chủ đề chính của luận văn thạc sĩ công nghệ thông tin Bài viết tập trung vào việc áp dụng các công nghệ chiếu sáng hiện đại để nâng cao trải nghiệm người dùng trong các môi trường trưng bày ảo Việc sử dụng các kỹ thuật chiếu sáng phù hợp không chỉ giúp tạo ra không gian hấp dẫn mà còn làm nổi bật các sản phẩm trưng bày, từ đó thu hút sự chú ý của người xem Luận văn cũng đề xuất các giải pháp cải tiến nhằm tối ưu hóa hiệu quả chiếu sáng trong các ứng dụng trưng bày ảo.
CHIẾU SÁNG TRONG TRƢNG BÀY
Bài toán chiếu sáng là một thách thức phức tạp, đặc biệt trong các không gian như tòa nhà lớn, rạp hát và sân khấu, nơi ánh sáng và âm thanh đóng vai trò quan trọng trong việc tạo nên sự sống động và ấn tượng Luận văn này sẽ tập trung vào việc giới thiệu một số kỹ thuật chiếu sáng mà các chuyên gia trong lĩnh vực bảo tàng áp dụng để nâng cao trải nghiệm người xem.
1.3.1 Không gian chiếu sáng Ánh sáng là một yếu tố rất quan trọng với bất cứ không gian nào đặc biệt là với những nơi để trƣng bày nghệ thuật Màu sắc ánh sáng khác nhau độ lệch chùm sáng, thiết kế khác nhau về đèn chiếu sáng và đèn phục vụ cho những kịch bản đƣợc thiết kế để đáp ứng những nhu cầu chuyên biệt của triển lãm Đặc biệt chú ý đến vai trò của ánh sáng trong việc bảo tồn hiện vật Ánh sáng không chỉ có nhiệm vụ để chiếu vào vật thể để hiện thị nó lên mà nó cần phải phù hợp với không gian trƣng bày, ánh sáng phải thích hợp cho nhân viên bảo tàng làm việc hiệu quả Ánh sáng cũng tránh đƣợc những mối nguy hiểm tránh vấp ngã và giảm nguy cơ tai nạn Vì vậy, mặc dù đƣợc thoải mái thiết kế ánh sáng trong phòng triển lãm nhƣng chức năng chiếu sáng luôn đƣợc đảm bảo Việc thiết kế ánh sáng phụ thuộc vào nhiều thông số, trong đó quan trọng nhất là kiến trúc của tòa nhà, ánh sáng cần phải hài hòa, các yếu tố khác là tỷ lệ phòng, thiết kế nội thất, cũng có thể kể đến là ánh sáng ban ngày, bóng là một trong những vấn đề khá quan trọng
1.3.2 Ánh sáng trong phòng Ánh sáng trong phòng chính là ánh sáng sẽ sử dụng trong trƣng bày, có thể phân chia loại các nguồn sáng hay sử dụng trong phòng nhƣ ánh sáng khuếch tán, ánh sáng hướng, trần sáng và những tác động mà chúng mang lại cho không gian sẽ được trình bày trong phần này a Ánh sáng khuếch tán: Ánh sáng khuếch tán đến từ những đối tƣợng có bề mặt bức xạ ánh sáng theo mọi hướng Với loại ánh sáng này không xác định được hướng của ánh sáng đó và nó tạo ra rất ít bóng hoặc không có bóng đổ b Ánh sáng hướng Ánh sáng hướng phụ thuộc chủ yếu vào vị trí nguồn sáng, hướng phát sáng, thường công suất nhỏ, các đối tượng được chiếu sáng sẽ nổi bật trong không gian Trường hợp bề mặt của đối tượng không đều sẽ xảy ra hiện tượng bóng trên bề mặt Với cách chiếu sáng này nó sẽ tạo nên hình ảnh rõ nét hơn của bề mặt ba chiều
Nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo là đề tài quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thông tin Việc áp dụng các kỹ thuật chiếu sáng hiệu quả không chỉ nâng cao trải nghiệm người dùng mà còn tối ưu hóa không gian trưng bày Luận văn thạc sĩ này sẽ phân tích các phương pháp chiếu sáng khác nhau, từ đó đưa ra những giải pháp sáng tạo cho trưng bày ảo Sự phát triển của công nghệ thông tin đã mở ra nhiều cơ hội mới cho việc ứng dụng các kỹ thuật chiếu sáng, giúp tạo ra những trải nghiệm trực quan và hấp dẫn hơn cho người xem.
Hình 1.9 Ảnh kết quả sử dụng ánh sáng hướng(trái), ánh sáng khuếch tán(phải)
Hiện tượng bóng đổ do ánh sáng hướng gây ra có thể tạo ra những ảnh hưởng không mong muốn trong trưng bày, đặc biệt là với các đối tượng lớn Để tránh hiện tượng này, cần thiết kế hợp lý giữa ánh sáng khuếch tán và ánh sáng hướng, đồng thời đặt các đối tượng ở vị trí thích hợp Hầu hết các bảo tàng hiện đại sử dụng trần sáng với kính xung quanh để tránh ánh sáng trực tiếp, tạo ra ánh sáng nhẹ nhàng cho người tham quan Ý tưởng về trần sáng nhằm bắt chước ánh sáng ban ngày, đặc biệt phù hợp cho phòng trưng bày tranh, với ánh sáng được khuếch tán qua kính đục, giúp giảm thiểu nhiệt độ từ nguồn sáng Nguồn sáng huỳnh quang dạng ống được sắp xếp đều, cường độ ánh sáng khoảng 500 đến 1000 cd/m², thích hợp cho các phòng có chiều cao từ 6 đến 10m, không nên sử dụng cho các phòng thấp hơn.
Hình 1.11 Sử dụng trần sáng trong bảo tàng
Trần sáng có thể là một đèn đơn hoặc một chuỗi đèn liên tiếp, với mục tiêu chính là che chắn tốt hướng nhìn của người quan sát Đèn cần được trang bị bộ lọc chống chói, và các nguồn sáng phổ biến bao gồm đèn huỳnh quang, đèn compact thon dài và đèn halogen Để tối ưu hóa việc trình bày các cuộc triển lãm, cần tránh phản xạ và bóng đổ không mong muốn trên các đối tượng Ánh sáng nên được chiếu trực tiếp lên đối tượng, với vị trí đèn đặt cao bằng một phần ba chiều cao của bức tường, và góc giữa đèn tường và giới hạn trên của đối tượng khoảng 25 đến 30 độ.
Nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo là chủ đề chính của luận văn thạc sĩ công nghệ thông tin Bài viết sẽ phân tích và đánh giá các phương pháp chiếu sáng hiệu quả nhằm nâng cao trải nghiệm người dùng trong môi trường trưng bày ảo Thông qua việc áp dụng các kỹ thuật chiếu sáng hiện đại, luận văn sẽ cung cấp cái nhìn sâu sắc về cách thức tối ưu hóa không gian ảo, từ đó góp phần vào sự phát triển của công nghệ thông tin trong lĩnh vực trưng bày.
Hình 1.12 Nguyên tắc đặt đèn trong trưng bày
Màu sắc hoa văn và phản xạ của trần, tường và sàn có ảnh hưởng lớn đến thị giác trong các cuộc triển lãm, đồng thời cũng tác động đến nhiệt độ của căn phòng Mỗi loại đối tượng cần một loại đèn chiếu riêng, vì ánh sáng có tác động khác nhau đến các đối tượng hai chiều như bức tranh, tác phẩm điêu khắc hay bình hoa Do đó, trong nhiều trường hợp, cần sử dụng đèn công suất cao hơn hoặc nhiều đèn chiếu hơn để làm nổi bật các đối tượng lớn như xe hơi hay máy bay, giúp tạo ra hiệu ứng ánh sáng từ nhiều góc nhìn khác nhau.
Hình 1.13 Kết quả chiếu sáng với tác phẩm tranh.
Hình 1.14 Kết quả chiếu sáng với tác phẩm điêu khắc d Ánh sáng trưng bày
Để trưng bày hiệu quả trong không gian triển lãm, việc sử dụng ánh sáng phù hợp là rất quan trọng Ánh sáng khuếch tán hoặc ánh sáng hướng có thể tạo ra bầu không khí thích hợp, trong khi ánh sáng làm nổi bật sẽ giúp thu hút sự chú ý vào các đối tượng trong tủ kính Do đó, cần thiết lập hệ thống chiếu sáng phù hợp với từng nhiệm vụ trưng bày để tối ưu hóa trải nghiệm của người xem.
Các loại ánh sáng cần thiết cho một cuộc triển lãm phụ thuộc vào đặc điểm của đối tượng được chiếu sáng, bao gồm kết cấu, độ bóng bề mặt và màu sắc Đối với các vật phẩm kim loại như vàng hoặc bạc, ánh sáng sẽ làm chúng phát sáng Trong khi đó, dưới ánh sáng khuếch tán, các vật gốm như chai, lọ thường xuất hiện mờ và thiếu sức sống Để nâng cao tác động trực quan, người ta thường sử dụng tủ đựng hiện vật bằng kính Ánh sáng khuếch tán rất phù hợp cho các vật có màu sắc rực rỡ hoặc trong suốt.
Tích hợp ánh sáng là việc kết hợp các nguồn sáng khác nhau nhằm tối ưu hóa hiệu quả chiếu sáng trong triển lãm Đặc biệt, trong các tủ trưng bày thấp và cao, hệ thống chiếu sáng tích hợp giúp giảm thiểu phản xạ ánh sáng trên kính, tránh ánh sáng chói cho người xem Ánh sáng được chiếu từ trên xuống cho các tủ cao, đồng thời cũng được chiếu từ dưới đáy tủ Bên cạnh ánh sáng tích hợp, ánh sáng môi trường cũng đóng vai trò quan trọng, cần được điều chỉnh ở mức thấp để đảm bảo an toàn cho hiện vật và tạo ra trải nghiệm quan sát tốt nhất cho người xem.
Nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo là một chủ đề quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thông tin Bài luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc áp dụng các công nghệ chiếu sáng hiện đại để nâng cao trải nghiệm người dùng trong môi trường trưng bày ảo Các kỹ thuật chiếu sáng không chỉ tạo ra hiệu ứng thị giác hấp dẫn mà còn giúp tối ưu hóa không gian trưng bày, từ đó thu hút sự chú ý của người xem Việc nghiên cứu và phát triển các phương pháp chiếu sáng phù hợp sẽ góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả của các triển lãm ảo, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường.
Ánh sáng bảo vệ đóng vai trò quan trọng trong việc triển lãm, vì không phải loại ánh sáng nào cũng phù hợp để chiếu sáng vật thể Nhiều loại ánh sáng có thể chứa tia UV hoặc các yếu tố có hại, do đó cần lựa chọn nguồn sáng một cách cẩn thận để bảo vệ hiện vật.
Tia bức xạ IV và IR có thể gây phai màu và hủy hoại vật thể theo thời gian, do đó, việc sử dụng đèn LED và sợi quang với mức tia UV/IR rất thấp là những giải pháp hiệu quả để bảo vệ Những phương pháp này rất phù hợp cho các tủ trưng bày nhỏ Ngoài ra, đèn huỳnh quang và đèn compact cũng là những lựa chọn tốt, và các biện pháp bảo vệ tương tự có thể áp dụng cho các phòng triển lãm lớn.
Đèn trần thường được sử dụng để chiếu sáng các phòng trưng bày và các đối tượng bên ngoài, đặc biệt phù hợp cho tủ kính khi người xem đứng từ trên cao Việc kết hợp ánh sáng ban ngày với ánh sáng trong phòng không chỉ giúp làm nổi bật các triển lãm mà còn tiết kiệm năng lượng hiệu quả.
NGUỒN SÁNG VÀ CÁC LOẠI NGUỒN SÁNG
Ánh sáng có tính chất sóng và hạt, thể hiện sự phức tạp của nó Để lập trình và mô phỏng ánh sáng, người lập trình cần tích hợp kiến thức từ nhiều lĩnh vực như vật lý và toán học.
Nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo là đề tài quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thông tin, đặc biệt là trong việc tối ưu hóa trải nghiệm người dùng Các kỹ thuật này không chỉ giúp nâng cao tính thẩm mỹ của không gian trưng bày mà còn tạo ra hiệu ứng thị giác hấp dẫn, thu hút sự chú ý của người xem Việc áp dụng các phương pháp chiếu sáng hiện đại sẽ cải thiện khả năng tương tác và truyền tải thông tin, góp phần vào sự phát triển của công nghệ trưng bày ảo.
Ánh sáng là yếu tố quan trọng trong việc mô hình hóa, giúp thể hiện các hiệu ứng ánh sáng tổng thể và đặc biệt là các hiệu ứng bóng – ánh sáng trong trình bày ảo.
2.1.1 Khái niệm Ánh sáng: là một loại bức xạ, nó có thể đƣợc hiểu, giải thích theo hai tính chất vật lý, thứ nhất là tính chất sóng điện từ trường (quang học sóng), thứ hai là tính chất hạt (quang học hạt) Bóng: trên thực tế bóng và ánh sáng là hai vấn đề liên quan mật thiết với nhau “có ánh sáng thì mới có bóng, và bóng là sự thể hiện của ánh sáng” Ánh sáng truyền đi trong không gian khi đến một bề mặt nó tương tác với bề mặt, sự tương tác này được thể hiện thông qua hai hiệu ứng chính là “bóng bề mặt”, và “bóng đổ” có thể gọi chung chúng là bóng Hiệu ứng “bóng bề mặt” xảy ra khi ánh sáng đến bề mặt, và phản xạ lại môi trường một lượng ánh sáng nhất định theo các hướng khác nhau, trong đó có một phần đến đƣợc mắt, tác động lên hệ thần kinh thị giác, vì vậy chúng ta quan sát đƣợc đối tƣợng Theo định luật truyền thẳng ánh sáng khi đến một bề mặt không trong suốt thì bị cản lại, và không thể tiếp tục được truyền đi theo hướng đến, vì vậy mọi điểm phía sau sẽ không có sự chiếu sáng từ nguồn sáng hiện tƣợng nhƣ vậy đƣợc gọi là hiệu ứng “bóng đổ”
Trong quang học sóng, ánh sáng được coi là sóng điện từ, tuân theo các định luật sóng như định luật truyền thẳng, phản xạ và khúc xạ Năng lượng ánh sáng được thể hiện qua các dao động điện từ trường, với hướng dao động của điện trường và từ trường vuông góc nhau Điều này tạo ra cách ánh sáng truyền đi trong không gian, và loại ánh sáng có thành phần sóng điện trường (từ trường) dao động trên một mặt phẳng cố định được gọi là ánh sáng.
Phân cực tuyến tính, hay còn gọi là phân cực, là một hiện tượng quan trọng trong việc tạo ra các hệ thống hiển thị hình ảnh 3D Nhờ vào đặc tính phân cực của ánh sáng khi đi qua các vật liệu nhất định, nhiều công nghệ như máy chiếu 3D, ti vi 3D và kính 3D đã được phát triển để mang lại trải nghiệm hình ảnh sống động và chân thực.
Sự xuất hiện của các thiết bị này là một trong những động lực quan trọng nhất tạo nên sự phát triển của lĩnh vực VR hiện nay
Trong quang học hạt, ánh sáng được mô tả dưới dạng các hạt photon di chuyển với tốc độ ánh sáng Mỗi photon mang một mức năng lượng đặc trưng, phụ thuộc vào tần số và độ dài bước sóng của ánh sáng.
Khả năng quan sát của con người đối với ánh sáng khác nhau tùy thuộc vào bước sóng, với khả năng nhìn thấy nằm trong khoảng 380nm đến 780nm Ánh sáng có bước sóng lớn hơn 780nm được gọi là hồng ngoại, trong khi ánh sáng có bước sóng nhỏ hơn 380nm là tử ngoại, cả hai đều nằm ngoài khả năng quan sát của con người Đồ thị trong Hình 2.1 minh họa khả năng nhìn của con người với từng mức sóng cụ thể của ánh sáng.
Hình 2.1 Khả năng quan sát của con người tương ứng với từng mức sóng
Trong đồ họa 3D, tính chất sóng - hạt của ánh sáng được trừu tượng hóa thông qua các quy luật hình học và quang học Bài viết này sẽ trình bày một số đơn vị đo lường ánh sáng quan trọng, giúp hiểu rõ hơn về cách thức hoạt động của ánh sáng trong đồ họa 3D.
2.1.2 Các đơn vị sử dụng trong đo lường ánh sáng Ánh sáng là một loại bức xạ điện từ trường do đó một phép đo lường ánh sáng cũng là một phép đo lường bức xạ Dưới đây là một số đơn vị đo lường được sử dụng
Nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo là một đề tài quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thông tin Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc áp dụng các phương pháp chiếu sáng để nâng cao hiệu quả của trưng bày ảo, từ đó tạo ra trải nghiệm người dùng tốt hơn Các kỹ thuật chiếu sáng không chỉ giúp làm nổi bật sản phẩm mà còn góp phần vào việc tạo ra không gian trực quan hấp dẫn, thu hút sự chú ý của người xem Thông qua việc phân tích và ứng dụng các công nghệ hiện đại, nghiên cứu này hy vọng sẽ đóng góp vào sự phát triển của ngành công nghiệp trưng bày ảo.
Góc khối là khái niệm trong Toán học và Vật lý, mô tả các góc trong không gian ba chiều giữa một vật thể và một điểm quan sát Khái niệm này tương tự như góc trong mặt phẳng hai chiều và được sử dụng để ước lượng kích thước của vật thể từ một điểm quan sát nhất định Ví dụ, một vật thể nhỏ nhưng gần điểm quan sát có thể có góc khối lớn hơn một vật thể lớn nhưng xa điểm quan sát Góc khối thường được ký hiệu là ω, với đơn vị là steradian (sr) Độ lớn của góc khối được tính bằng tỷ lệ giữa diện tích S của hình chiếu vật thể lên một hình cầu có tâm là điểm quan sát và bình phương bán kính R của hình cầu đó.
Steradian là đơn vị không có thứ nguyên, tương tự như radian cho góc hai chiều, với S = R² dẫn đến ω = 1 steradian Toàn bộ mặt cầu có góc khối 4π sr, trong khi bán cầu có góc khối 2π sr Ngoài ra, góc khối còn có hai đơn vị không chính thức khác là độ vuông (deg²) và diện tích tỉ lệ, trong đó deg² được tính bằng công thức deg² = (180/π)².(sr).
Hình 2.2 Góc khối trong hệ tọa độ cầu
Trong hệ tọa độ cầu, một hình cầu có bán kính r sẽ được xem xét với một đơn vị diện tích mặt dS rất nhỏ Đơn vị diện tích này tương ứng với góc thiên đỉnh θ và góc phương vị ϕ.
r d r d d d r dS sin 2 sin (2.2) Nhƣ vậy: dω = sinθ dϕ.dθ (2.3)
Khi tính tích phân dω theo biến θ và ϕ, ta thu đƣợc góc khối của một hình nón có góc α:
Góc khối không phải là một đơn vị đo lường ánh sáng trực tiếp, nhưng nó đóng vai trò quan trọng trong việc xác định nhiều đơn vị đo lường và quy tắc liên quan đến ánh sáng.
Năng lượng bức xạ (Radiant Energy)
MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP XỬ LÝ ÁNH SÁNG
Trong đồ họa máy tính, việc tạo ra hình ảnh chân thực là rất quan trọng, đặc biệt trong đồ họa ba chiều yêu cầu thời gian thực Các phương pháp nổi tiếng trong xử lý ánh sáng bao gồm Radiosity, Raytracing và Photon mapping Để đảm bảo độ chân thực cao trong trưng bày ảo, các hiệu ứng bên ngoài cần được phản ánh chính xác bên trong Mặc dù công nghệ máy tính hiện nay đã rất mạnh, việc tối ưu hóa khả năng tính toán vẫn cần thiết Trong trưng bày ảo, đối tượng tĩnh như nhà cửa và bàn ghế không di chuyển, vì vậy để giảm thiểu tính toán, chúng tôi sử dụng lightmap cho những vật này Lightmap là một texture phản ánh ánh sáng từ nguồn cố định, thường là ánh sáng vừa phải không tạo bóng đổ Sau khi tạo texture cho đối tượng, chúng sẽ được gán lại, giúp tạo cảm giác vật thể như được chiếu sáng Luận văn này sẽ tập trung vào hai phương pháp chính là Radiosity và Ray Tracing để tạo lightmap cho hiện vật.
Nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo là đề tài quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thông tin Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc áp dụng các phương pháp chiếu sáng để nâng cao trải nghiệm người dùng trong môi trường trưng bày ảo Việc tối ưu hóa ánh sáng không chỉ giúp tạo ra không gian hấp dẫn mà còn hỗ trợ trong việc truyền tải thông điệp và thông tin hiệu quả hơn Các kỹ thuật này có thể được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ nghệ thuật đến thương mại điện tử, mang lại giá trị gia tăng cho người xem.
Tia sáng di chuyển qua phản xạ và tán xạ khi tương tác với vật thể, tạo ra những bức ảnh có màu sắc gần gũi với thực tế Sự kết hợp giữa hai phương pháp này mang lại hiệu quả cao trong việc tái tạo hình ảnh chân thực.
Radiosity là phương pháp chiếu sáng toàn cục trong đồ họa ba chiều, cho phép ánh sáng đến mắt người không chỉ từ nguồn sáng mà còn từ tất cả các bề mặt vật thể Mặc dù tính toán phức tạp, phương pháp này tạo ra hiệu ứng thực tế ấn tượng và vẫn được sử dụng rộng rãi Radiosity dựa vào năng lượng ánh sáng và chủ yếu tập trung vào ánh sáng khuếch tán, trong khi các hiệu ứng như gương được xử lý bằng phương pháp khác So với các phương pháp như photon, radiosity tiết kiệm hơn trong quá trình render và xem khung cảnh.
Phương pháp radiosity, lần đầu tiên phát triển vào những năm 1950 trong lĩnh vực kỹ thuật truyền nhiệt, đã được cải tiến vào năm 1984 để ứng dụng trong đồ họa máy tính bởi các nhà nghiên cứu tại Đại học Cornell Công nghệ này hiện được sử dụng rộng rãi trong các trò chơi như Battlefield 3 và Need for Speed: The Run, cũng như trong các phần mềm đồ họa 3D như 3D Studio Max, form•Z và LightWave 3D.
Radiosity là một phương pháp mô phỏng ánh sáng toàn cục, cho phép ánh sáng được phân bổ đồng đều trong không gian và tính toán năng lượng ánh sáng Trong khi đó, mô hình ánh sáng Gouraud và Phong được coi là mô hình địa phương, vì chúng không xem xét ảnh hưởng của bề mặt được chiếu sáng đến môi trường xung quanh Ngược lại, Ray-Tracing là một mô hình toàn cục có khả năng tính toán ánh sáng phản xạ từ các đối tượng khác, như bề mặt bóng, nhưng không thể mô phỏng sự trao đổi năng lượng giữa các đối tượng, mà hoàn toàn phụ thuộc vào vị trí của người quan sát.
Phương pháp tính toán Radiosity cho phép mô phỏng ánh sáng trong một cảnh với giả định rằng mức độ ánh sáng không thay đổi, từ đó ước lượng năng lượng ánh sáng đến từng bề mặt từ các bề mặt khác Kỹ thuật này tạo ra các hiệu ứng mềm mại như bóng mềm và hiện tượng chảy màu, ví dụ như khi một đối tượng màu đỏ đặt lên vật màu trắng khiến khu vực xung quanh trở nên hơi hồng Hai tính năng quan trọng của phương pháp này là khả năng tính toán chính xác sự phân bổ ánh sáng và khả năng mô phỏng các hiệu ứng ánh sáng phức tạp.
+ Nguồn sáng đƣợc tính toán nhƣ bất cứ bề mặt nào, chúng ta có thể mô hình hóa chúng
Các phương trình Radiosity được giải quyết trước khi render cảnh, cho phép xem cảnh mà không cần tính toán lại, giúp tiết kiệm thời gian sau lần tính toán ban đầu Phương pháp này thường được áp dụng cho các bề mặt thay vì các cạnh, vì bề mặt là nơi diễn ra trao đổi năng lượng ánh sáng Radiosity cố gắng mô phỏng ánh sáng môi trường, do đó cần phải xấp xỉ ánh sáng một cách chính xác.
Hình 2.5 Chia đối tượng thành các mảnh nhỏ a Phương pháp tiếp cận
Trong một thế giới 3D khép kín, như một căn phòng với nội thất và ánh sáng, trạng thái cân bằng năng lượng được thiết lập khi năng lượng trên bất kỳ bề mặt nào (trừ nguồn sáng) bằng tổng năng lượng hấp thụ và năng lượng bức xạ Ánh sáng bức xạ từ các bề mặt này sẽ trở thành ánh sáng đến các bề mặt khác trong cảnh Radiosity tại một bề mặt i được xác định bởi ánh sáng từ các bề mặt khác và ánh sáng mà chính bề mặt đó tự phát ra nếu nó là nguồn sáng.
Hệ số phản xạ bề mặt phản ánh tỷ lệ năng lượng tán xạ Khi một vật liệu có bề mặt tán xạ hoàn toàn, màu sắc của vật sẽ khác biệt so với màu sắc nội tại của nó.
Luận văn Thạc sĩ nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo, thuộc chuyên ngành Công nghệ Thông tin (Mã số 60.47.01.03) Nghiên cứu này tập trung vào việc áp dụng các công nghệ chiếu sáng hiện đại nhằm nâng cao hiệu quả và trải nghiệm người dùng trong môi trường trưng bày ảo Các kỹ thuật chiếu sáng được phân tích sẽ giúp cải thiện tính thẩm mỹ và sự tương tác trong các không gian trưng bày, từ đó góp phần phát triển ngành công nghiệp trưng bày và quảng bá sản phẩm.
Form factor 36 phụ thuộc vào hình học của cảnh, cụ thể là góc độ và khoảng cách giữa các bề mặt i và j.
Radiosity của một mảnh phụ thuộc vào radiosity của tất cả các mảnh khác, như phương trình đã chỉ ra Việc trao đổi năng lượng này cần được coi là một tập hợp các phương trình diễn ra đồng thời, và chúng ta giải quyết để tìm giá trị cho từng mảnh riêng biệt Để tối ưu hóa, phương pháp này chia bề mặt thành các mảnh lớn khi khu vực đó có ánh sáng đồng đều Để tạo bóng, chúng ta áp dụng kỹ thuật Gouraud, giúp quá trình trở nên nhanh chóng và dễ dàng.
Trong phần này, chúng tôi sẽ hướng dẫn cách tính toán radiosity tại bất kỳ điểm nào trên bề mặt mô hình mà không quan tâm đến điểm ảnh hay tam giác, điều này sẽ được đề cập sau Radiosity được định nghĩa là năng lượng để lại trên một đơn vị diện tích trong một đơn vị thời gian Chúng tôi giả định rằng cường độ ánh sáng là không thay đổi theo thời gian, vì vậy sẽ xem xét tại một thời điểm tức thời.
Ai là diện tích của mảnh i
Bi là radiosity của mảnh i
Ei là năng lƣợng của mảnh i trong một đơn vị thời gian (chỉ nguồn sáng mới có năng lƣợng này)
Ri là hệ số phản xạ, thể hiện tỷ lệ tia phản xạ so với tia đến
Fij là phần năng lượng từ mảnh j truyền đến mảnh i, được gọi là form factor Để hiểu rõ hơn về mảnh i, chúng ta cần xác định có bao nhiêu mảnh tác động đến nó Chúng ta xem xét một khu vực rất nhỏ bên trong mảnh j, gọi là dAj Hầu hết các tia không đến được mảnh i, nhưng số tia còn lại sẽ tới được mảnh i Số lượng năng lượng tới mảnh i được tính theo công thức (2.11) Tổng năng lượng từ toàn bộ mảnh j sẽ được truyền đến mảnh i, và khi năng lượng đến mặt i, một phần sẽ bị hấp thụ trong khi phần còn lại sẽ phản xạ và tiếp tục truyền đi, theo công thức (2.12).
HIỆU ỨNG BÓNG ĐỔ
Trong việc chiếu sáng đối tượng, xử lý hậu chiếu sáng và hiện tượng bóng là rất quan trọng, với hai loại bóng chính: bóng đổ và bóng bề mặt Trong trưng bày ảo, bóng đổ thường cần được giảm thiểu để không làm ảnh hưởng đến không gian, mặc dù nó tạo cảm giác thực tế như ánh sáng tự nhiên Bóng bề mặt xuất hiện khi chiếu nguồn sáng vào các vật liệu như kim loại, gốm, và sành sứ Bài viết này sẽ trình bày một số phương pháp tạo bóng đổ cho các đối tượng 3D, với ba loại phương pháp chính để tính toán và thể hiện bóng đổ.
Tạo bóng đổ bằng bóng giả (Fakes Shadow) là một trong những phương pháp đầu tiên trong lĩnh vực tạo bóng đổ, sử dụng mẫu bóng cho từng đối tượng hoặc toàn bộ cảnh Mặc dù phương pháp này không phản ánh chính xác sự đổ bóng của đối tượng trong cảnh, nhưng nó mang lại hiệu quả hình ảnh tốt và không yêu cầu độ phức tạp tính toán cao.
Hiện nay, phương pháp này ít được sử dụng vì không phản ánh trung thực cảnh, trong khi các phương pháp khác có khả năng này Một lý do khác là tốc độ tính toán của thiết bị đồ họa ngày càng được cải thiện, cho phép các phương pháp tạo bóng đổ phức tạp hơn hoạt động hiệu quả trong thời gian thực.
Phương pháp tạo bóng đổ bằng khối bóng (Shadow Volume) là một kỹ thuật sử dụng khối bao được tạo ra bởi các đối tượng và nguồn sáng để xác định bóng đổ cho các đối tượng trong cảnh.
Phương pháp tạo bóng đổ thứ ba là sử dụng bản đồ bóng (Shadow Mapping), với ý tưởng chính là áp dụng bản đồ này để xác định và tính toán bóng đổ cho toàn bộ cảnh vật.
Ngoài những phương pháp đã đề cập, còn có một số kỹ thuật kết hợp giữa Shadow Volume và Shadow Mapping; tuy nhiên, các phương pháp này vẫn chưa đạt được kết quả thuyết phục Chi tiết về hai phương pháp này sẽ được trình bày trong các phần tiếp theo.
Khi nói đến tạo bóng đổ cho cảnh, người ta thường phân loại thành hai loại: bóng đổ mềm (Soft shadow) và bóng đổ cứng (Hard shadow) Bóng đổ cứng tạo ra hai vùng riêng biệt, một vùng có bóng và một vùng không có bóng, mà không có vùng chuyển giao giữa chúng Ngược lại, bóng đổ mềm có sự chuyển đổi dần dần giữa vùng sáng và vùng tối Tuy nhiên, việc phân chia này chủ yếu dựa trên hiệu quả hình ảnh mà không mang tính kỹ thuật cao Mỗi phương pháp tạo bóng đổ cứng đều có thể dẫn xuất ra các phương pháp tạo bóng đổ mềm tương ứng.
Nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo là một đề tài quan trọng trong lĩnh vực công nghệ thông tin Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc áp dụng các công nghệ chiếu sáng tiên tiến nhằm nâng cao trải nghiệm người dùng trong môi trường trưng bày ảo Các kỹ thuật chiếu sáng không chỉ tạo ra hiệu ứng thị giác hấp dẫn mà còn góp phần làm nổi bật nội dung trưng bày, từ đó thu hút sự chú ý của người xem Việc nghiên cứu và ứng dụng những công nghệ này sẽ mở ra nhiều cơ hội mới cho việc phát triển các ứng dụng trưng bày ảo trong tương lai.
Hình 2.12 Bóng mềm và bóng cứng
2.3.1 Tạo bóng đổ bằng bóng khối a Giới thiê ̣u
Thuật toán tạo bóng đổ bằng kỹ thuật sử dụng bóng khối được đề xuất lần đầu bởi Frank Crow vào năm 1977 Ông đã mô phỏng một khối bị che, nơi ánh sáng bị cản trở bởi vật thể tạo bóng Tất cả các vật thể nằm trong khối này đều được xem là nằm trong vùng đổ bóng.
Bóng khối là không gian được tạo ra từ hình bao quanh của đối tượng và nguồn sáng, kéo dài theo hướng ánh sáng Mọi điểm nằm trong vùng này đều thuộc về bóng đổ của vật thể so với nguồn sáng.
Hình 2.13 Bóng đổ theo bóng khối
Quan sát hình vẽ cho thấy các khu vực nằm trong vùng bóng của khối tạo bởi đối tượng với nguồn sáng sẽ có bóng đổ, trong khi những vùng nằm ngoài các khối bóng sẽ không có bóng đổ Cần xác định đường bao của đối tượng dựa trên nguồn sáng.
Thuật toán tính bóng đổ dựa vào khối bao của đối tượng theo nguồn sáng Bước đầu tiên là tính toán khối bao do đối tượng tạo ra với nguồn sáng, được gọi là khối bóng Trong trường hợp đơn giản nhất, ta xem xét một tam giác như trong “Hình 2.14”.
Hình 2.14 Khối bao của tam (ABC) giác với nguồn sáng điểm L
Khối bao của một tam giác là khu vực được tạo thành từ toàn bộ các cạnh của tam giác và các đường nối với nguồn sáng Khi xem xét một đối tượng, khối bao đơn giản nhất sẽ là tập hợp các khối bao của từng đa giác cấu thành đối tượng Việc xây dựng khối bao cho đối tượng trở nên dễ dàng, vì mỗi đa giác tự xác định các cạnh của nó Tuy nhiên, việc lựa chọn khối bao sẽ tạo ra một số lượng lớn các khối bao cấu thành, dẫn đến thời gian tính toán bóng đổ kéo dài Do đó, người ta thường chọn khối bao cho đối tượng dựa trên đường bao của nó theo nguồn sáng.
Việc sử dụng đường bao của đối tượng theo hướng nguồn sáng là cần thiết để xác định cách ánh sáng tương tác với vật thể Để tính toán các đường bao này, chúng ta cần xem xét các yếu tố như góc chiếu sáng và hình dạng của đối tượng Hình 2.15 minh họa rõ ràng cách mà ánh sáng tạo ra các đường bao, giúp chúng ta hiểu rõ hơn về sự phân bố ánh sáng trên bề mặt vật thể.
Nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo là chủ đề chính của luận văn thạc sĩ công nghệ thông tin Luận văn này tập trung vào việc áp dụng các công nghệ chiếu sáng hiện đại để nâng cao trải nghiệm người dùng trong môi trường trưng bày ảo Các kỹ thuật chiếu sáng được phân tích sẽ giúp tối ưu hóa hiệu quả hình ảnh và tạo ra không gian trưng bày hấp dẫn hơn Thông qua nghiên cứu này, hy vọng sẽ cung cấp những giải pháp sáng tạo cho việc phát triển các ứng dụng trưng bày ảo trong tương lai.
Hình 2.15 Đường bao của một đa giác trong không gian 2D
BÀI TOÁN
Luận văn này xây dựng một hệ thống thực tế ảo (VR) phục vụ cho việc trưng bày ảo tại Bảo tàng Nhân học thuộc ĐHKHXH&NV, ĐHQG Hà Nội Hệ thống nhằm mục đích trưng bày các hiện vật, cung cấp thông tin tra cứu về hiện vật, đồng thời hỗ trợ giảng dạy và đáp ứng nhu cầu tham quan của sinh viên, cán bộ trong trường và khách tham quan.
Hệ thống trưng bày ảo được triển khai trong dự án đầu tư chiều sâu của ĐHQGHN mang tên “Trung tâm thực nghiệm đào tạo Báo chí Truyền thông và Bảo tồn văn hóa” Dự án này nhấn mạnh tầm quan trọng của việc bảo tồn và phát huy các giá trị văn hóa cổ xưa, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong công tác trưng bày hiện nay.
Bảo tàng Nhân Học thuộc ĐHKHXH&NV hiện đang gặp khó khăn trong việc trưng bày nhiều hiện vật do không gian hạn chế Để khắc phục tình trạng này, bảo tàng đang hướng tới việc xây dựng một không gian mới theo ý tưởng tòa nhà hình trống đồng, với diện tích rộng rãi hơn để chứa nhiều hiện vật Hệ thống tương lai sẽ cung cấp cho người dùng khả năng di chuyển tự do trong không gian ảo, tương tác với hiện vật để tra cứu thông tin, cùng với các hiệu ứng ánh sáng, hình ảnh và âm thanh, hỗ trợ hiển thị 3D stereo.
Các nhiệm vụ cần thực hiện với bảo tàng ảo Nhân Học
Mô hình nhà bảo tàng 3D được thiết kế dựa trên ý tưởng xây dựng tòa nhà hình trống đồng, với cấu trúc gồm 3 tầng và mỗi tầng có 8 phòng trưng bày.
Bài viết đề cập đến việc xây dựng bối cảnh lịch sử thông qua kịch bản và không gian ảo, trong đó các hiện vật được sắp xếp theo niên đại Quy trình sắp xếp này được thực hiện với sự tham khảo ý kiến từ các chuyên gia trong lĩnh vực bảo tàng, nhằm đảm bảo tính chính xác và hấp dẫn cho người xem.
Nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo là chủ đề chính của luận văn thạc sĩ công nghệ thông tin mã số 60.47.01.03 Bài viết tập trung vào việc áp dụng các công nghệ chiếu sáng hiện đại để nâng cao trải nghiệm người dùng trong môi trường trưng bày ảo Các kỹ thuật chiếu sáng không chỉ tạo ra hiệu ứng hình ảnh hấp dẫn mà còn góp phần vào việc truyền tải thông điệp và thông tin một cách hiệu quả Luận văn này sẽ phân tích các phương pháp chiếu sáng khác nhau và đánh giá ảnh hưởng của chúng đến chất lượng trưng bày ảo.
58 hiện vật cũng nhƣ quá trình khảo cổ
CÀI ĐẶT HỆ THỐNG
Với bài toán đã đƣợc nêu đầu tiên chúng ta phải tiến hành xây dựng các mô hình 3D để thể hiện không gian, và đối tƣợng
Để xây dựng một mô hình tòa nhà bảo tàng hoàn chỉnh, cần bao gồm nhiều thành phần nội thất như khung bảo tàng, tường, cửa ra vào, biển chỉ dẫn và cây cối bên trong Ngoài ra, để tăng cường tính sinh động cho không gian, cần thiết kế các yếu tố ngoại cảnh như vườn, cây cối và bồn phun nước.
Mô hình quan trọng là các mô hình của hiện vật đƣợc quét bằng máy quét và đƣợc thiết kể từ một số phần mềm nhƣ Maya, 3DS Max
Bước tiếp theo là xây dựng hệ thống bắn súng theo hai kịch bản Với yêu cầu hệ thống thì một số công việc cần giải quyết:
Tất cả các mô hình được xây dựng đều được chuẩn hóa về định dạng, nhằm cung cấp dữ liệu cho các tương tác sau này trong hệ thống.
Trong bài viết này, chúng tôi trình bày về hiệu ứng ánh sáng trong không gian trưng bày, nơi ánh sáng được thiết kế để chiếu vào các đối tượng tĩnh như bức tranh trên tường Phương pháp Ray tracing được áp dụng để tạo ra lightmap cho những đối tượng này, với hai loại đèn chính là SpotLight và PointLight Đèn PointLight được sử dụng để mô phỏng ánh sáng khuếch tán Trong dự án bảo tàng ảo Nhân Học, học viên tham gia vào việc tạo mô hình tòa nhà và quét gần 80 hiện vật bằng tay Sau khi nghiên cứu về LightMap và các phương pháp tạo LightMap, học viên đã cải tiến phiên bản bảo tàng ảo mới, mang lại kết quả tốt hơn và được đơn vị sử dụng đánh giá cao.
Để thể hiện hiệu ứng bóng bề mặt trong ứng dụng, chương trình áp dụng hai phương pháp chính là Gauraud và Phong, tương ứng với các loại hiệu ứng bề mặt khác nhau Khi người dùng tương tác với đối tượng xoay, các hiệu ứng này sẽ trở nên rõ ràng hơn.
Tương tác trong bảo tàng ảo cho phép người dùng di chuyển trong không gian 3D bằng bàn phím và tương tác với các hiện vật thông qua việc kích chuột Hệ thống hiển thị thông tin chi tiết về đối tượng được chọn, đồng thời cho phép người dùng xem xung quanh, phóng to và thu nhỏ Những tính năng này vượt trội hơn so với các công nghệ khác Mô hình sử dụng chuẩn obj, phổ biến trong lĩnh vực 3D và thực tại ảo Hệ thống được phát triển bằng ngôn ngữ C++ và sử dụng Microsoft Visual Studio.Net 2008, kết hợp với các thư viện đồ họa OpenGL, âm thanh OpenAL, và thư viện đồ họa của Viện Công nghệ thông tin thuộc Viện Hàn Lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam.
KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM
Để hoàn tất hệ thống, cần cài đặt các thành phần như đã nêu trong luận văn Hệ thống yêu cầu tối thiểu sử dụng hệ điều hành Microsoft Windows XP trở lên, với CPU tối thiểu là core i3, RAM tối thiểu 2GB, ổ cứng còn trống ít nhất 5GB, và card đồ họa 3D hỗ trợ thư viện OpenGL cùng khả năng lập trình trên GPU Với các yêu cầu này, hệ thống sẽ hoạt động hiệu quả.
Nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo là chủ đề chính của luận văn thạc sĩ công nghệ thông tin, mã số 60.47.01.03 Luận văn tập trung vào việc phân tích và ứng dụng các phương pháp chiếu sáng hiện đại nhằm nâng cao trải nghiệm người dùng trong môi trường trưng bày ảo Các kỹ thuật này không chỉ cải thiện tính thẩm mỹ mà còn tối ưu hóa khả năng tương tác và tiếp cận thông tin trong không gian ảo.
Hình 3.1 Tòa nhà bảo tàng
Tòa nhà xây dựng trên ý tưởng mô hình trống đồng, ba tầng được thiết kế bằng phần mềm 3DS MAX b Không gian bên ngoài bảo tàng :
Hình 3.2 Không gian bên ngoài bảo tàng
Để tăng thêm sự hấp dẫn cho việc tham quan bảo tàng, không gian xung quanh cần có cây xanh, tạo cảm giác thoải mái cho du khách Việc kết hợp hiệu ứng chiếu sáng sẽ làm nổi bật vẻ đẹp của khu vực này, mang đến trải nghiệm thú vị hơn cho người tham quan.
Hình 3.3 Hình ảnh khi chưa có hiệu ứng ánh sáng
Phiên bản đầu tiên của hệ thống trưng bày chỉ sử dụng ánh sáng toàn cục, tạo cảm giác không chân thật cho không gian trưng bày.
Phương pháp Raytracing được áp dụng để tạo lightmap cho các bức tranh trên tường, cho thấy hiệu quả rõ rệt Hình 3.4 minh họa kết quả với sự sử dụng hai đèn PointLight và hai đèn SpotLight, mang lại ánh sáng và chiều sâu cho bức tường.
Hình 3.4 Kết quả tạo LightMap
Nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo là chủ đề chính của luận văn thạc sĩ công nghệ thông tin, mã số 60.47.01.03 Luận văn này tập trung vào việc áp dụng các công nghệ chiếu sáng hiện đại nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả của các trưng bày ảo, từ đó tạo ra trải nghiệm hấp dẫn hơn cho người dùng Các kỹ thuật chiếu sáng được nghiên cứu sẽ góp phần cải thiện tính trực quan và sinh động của không gian trưng bày, đồng thời hỗ trợ trong việc truyền tải thông điệp một cách hiệu quả.
Hình 3.5 Hình ảnh đã gán LightMap cho các bức tường
Sau khi áp dụng hiệu ứng chiếu sáng, việc sử dụng đèn spotlight cho các bức tranh trên tường giúp không gian trở nên sống động và chân thực hơn, đồng thời vẫn đảm bảo đáp ứng yêu cầu thời gian thực của chương trình Tương tác với hệ thống cũng là một yếu tố quan trọng trong quá trình này.
Khi người dùng nhấp chuột vào đối tượng, hệ thống sẽ kết nối với cơ sở dữ liệu của phần mềm quản lý hiện vật để truy xuất thông tin cần thiết Thông tin này sẽ được hiển thị trong một không gian nhỏ ở góc màn hình, cho phép người dùng thao tác với hiện vật đã chọn một cách dễ dàng.
Hình 3.6 Tương tác với hiện vật
Hệ thống không chỉ cho phép người dùng tương tác với hiện vật mà còn cung cấp chức năng xem video trên tivi tại các phòng trưng bày, nhằm mang đến thêm thông tin và cái nhìn sâu sắc hơn về các hiện vật.
Nghiên cứu một số kỹ thuật chiếu sáng trong trưng bày ảo là chủ đề chính của luận văn thạc sĩ công nghệ thông tin mã số 60.47.01.03 Bài viết tập trung vào việc áp dụng các công nghệ hiện đại để cải thiện hiệu quả của trưng bày ảo, từ đó nâng cao trải nghiệm người dùng Các kỹ thuật chiếu sáng được phân tích nhằm tạo ra không gian sống động và thu hút, đồng thời hỗ trợ trong việc truyền tải thông điệp của sản phẩm một cách rõ ràng và ấn tượng Luận văn cũng đề xuất những giải pháp sáng tạo để tối ưu hóa chiếu sáng trong môi trường trưng bày ảo, góp phần vào sự phát triển của ngành công nghệ thông tin.