tiểu luận giữa kì học phần chủ đề thực tế ảo

Thực tế ảo là mộtnghành công nghệ cao, có ứng dụng đặc biệt rộng rãi.Từ các trò chơi 3D cựckì sống động đến những mô phỏng phức tạp trong công nghiệp và khoa họccông nghệmô phỏng các vụ

TIỂU LUẬN GIỮA KÌ HỌC PHẦN

CHỦ ĐỀ

GVHD: Hồ Ngọc ThanhLớp: 12DHTH09Nhóm thực hiện: Nhóm 3

Người thực hiện:

Lê Gia KiệtĐỗ Anh KhoaTrần Nguyễn Nhật Tân

Nguyễn Văn Duy AnTHỰC TẾ ẢO

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THỰC TẾ ẢO 5

2.1.2 Lịch sử ra đời và phát triển của VRML 18

2.1.3 Đặc điểm cơ bản của VRML 19

3.1.1 Giới thiệu về 3DMAX 22

3.1.2 Các tính năng chính của 3D Max 22

3.1.3 Các công cụ hữu ích được tích hợp sẵn trong 3D Max 23

3.3.2 Nhược điểm của 3DMAX 30KẾT LUẬN 31TÀI LIỆU THAM KHẢO 32

Hình 1.2 Thiết bị giúp tương tác trong thực tế ảo 8

Hình 1.3 Motion tracker, Cave 9

Hình 1.9 Thực tế ảo trong mô phỏng Y khoa 15

Hình 1.10 Binh sĩ sử dụng VR để tập luyện quân sự 16

Hình 2.1 VRML 17

Hình 2.2 Hệ tọa độ của MATLAB và VRML 20

Hình 3.1 Giao diện thiết kế nhân vật hoạt hình 23

Hình 3.2 Phần mềm 3D Max có nhiều công cụ hữu ích được tích hợp sẵn giúp người dùng làm việc hiệu quả 24

Hình 3.3 tạo hình khối bằng Geometry 25

Hình 3.4 Shape trong 3DMax 26

Hình 3.5 Space Wraps 27

Hình 3.6 Công cụ sửa đổi trong 3ds max 27

LỜI MỞ ĐẦU

Trong xu thế tin học hoá toàn bộ cuộc sống đang diễn ra tấp nập hiện nay,lĩnh vực đồ hoạ đóng góp một vai trò cực kỳ to lớn Ở đâu ta cũng có thể thấynhững minh hoạ cho việc áp dụng đồ hoạ máy tính vào cuộc sống : xử lý ảnh,phim hoạt hình, đặc biệt là thực tế ảo (Virtual Reality_VR) Thực tế ảo là mộtnghành công nghệ cao, có ứng dụng đặc biệt rộng rãi.Từ các trò chơi 3D cựckì sống động đến những mô phỏng phức tạp trong công nghiệp và khoa họccông nghệ(mô phỏng các vụ thử hạt nhõn,mô phỏng thế giới ảo dùng để huấnluỵện phi công…), từ những trường hợp đơn giản đến các trường hợp cực kìquan trọng.

Mặc dù mọi người đã nghe nhiều về thực tế ảo nhưng ít ai ngờ rằng thực tếảo không phải là một công nghệ xuất hiện gần đây mà nó đã có từ giữa nhữngnăm 1950 Thực tế ảo phát triển khá chậm vào thời gian đầu nhưng nó đã trởmột xu hướng bùng nổ mạnh mẽ trong thời gian gần đây và được coi là tươnglai của công nghệ hiện đại Thông qua công nghệ này con người có thể tươngtác với thế giới ảo một cách chân thực nhất và xu hướng này hiện đang pháttriển mạnh mẽ tại nhiều nước trên thế giới Việt Nam cũng không hề chậmchân trong việc triển khai công nghệ này cũng như ứng dụng công nghệ nàyvào trong các lĩnh vực của đời sống.

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ THỰC TẾ ẢO

1.1. Thực tế ảo là gì?

Thực tế ảo hay còn gọi là thực tại ảo (VR) là thuật ngữ miêu tả một môitrường được giả lập (ảo hóa) được tạo ra bởi con người nhờ vào các phầnmềm chuyên dụng, và được điều khiển bởi một thiết bị thông minh.

Hình 1.1 Thực tế ảo

Thực tế ảo còn có thể hiểu là sự kết hợp của hai khái niê ‹m “Ảo” và “ThựcTế” Danh từ “Ảo” có thể hiểu là gần giống như thâ ‹t và danh từ “Thực Tế”được định nghĩa là những gì mô ‹t người đang trải nghiê ‹m trong thế giới thâ ‹t.Do đó, cụm từ “Thực Tế Ảo” được hiểu như là những trải nghiê ‹m gần giốnghê ‹t ngoài đời thâ ‹t trong mô ‹t không gian đa chiều được tạo ra bởi máy tính.

Con người tìm hiểu, nhâ ‹n biết môi trường xung quanh mình thông qua cácgiác quan và sự nhâ ‹n thức Trong trường học, chúng ta được dạy rằng mỗingười đều có năm giác quan bao gồm: vị giác, xúc giác, thính giác, khứu giácvà thị giác Những giác quan này là những giác quan mà mô ‹t người có thểcảm nhâ ‹n được rõ sự tồn tại của chúng Tuy nhiên, trên thực tế, con người cócòn rất nhiều loại giác quan khác khó nhâ ‹n thấy, ví dụ như cảm giác về sự cânbằng Những giác quan này cùng với khả năng phân tích thông tin của não bô ‹cho ph攃Āp con người có thế thu thâ ‹p mô ‹t lượng lớn thông tin từ môi trườngbên ngoài vào bên trong trí óc.

Mọi thứ chúng ta biết về thực tại đều được hình thành từ những cảm nhâ ‹ncủa chúng ta thông qua các giác quan Nói mô ‹t cách khác, mọi trải nghiê ‹mcủa chúng ta về thực tại là tâ ‹p hợp của những dữ liê ‹u được thu thâ ‹p thông quacác giác quan và sau đó các dữ liê ‹u ấy được phân tích thông qua cơ chế hoạt

đô ‹ng đă ‹c biê ‹t của não bô ‹ Dựa trên nguyên lý ấy, nếu chúng ta có thể đánh lừacác giác quan bằng những dữ liê ‹u giả về môi trường xung quanh, não bô ‹ củachúng ta v•n sẽ tiếp tục sử lý những dữ liê ‹u đó như thể chúng là dữ liê ‹u thâ ‹t.Dó đó, con người co thể cảm nhâ ‹n được sự tồn tại của mô ‹t không gian ảo –thứ không hề có thâ ‹t, nhưng thông qua cơ chế hoạt đô ‹ng của não bô ‹, chúng tacảm giác không gian đó như là có thật.

Nói tóm lại, công nghê ‹ thực tế ảo đánh lừa các giác quan của chúng tathông qua viê ‹c tạo ra mô ‹t không gian ảo bằng máy tính Khi hòa mình vàotrong không gian ấy, con người có thể tự do khám phá môi trường ảo xungquanh bằng nhiều cách khác nhau.

1.2. Lịch sử phát triển của thực tế ảo

Khái niệm về thực tế ảo có từ những năm 1930 khi câu chuyện “Kính đeocủa Pygmalion”, được viết bởi nhà văn khoa học viễn tưởng Stanley G.Weinbaum trình bày ý tưởng về một cặp kính bảo hộ cho ph攃Āp người đeo trảinghiệm một thế giới hư cấu thông qua hình ảnh ba chiều hình ảnh được tạo rabằng ph攃Āp chiếu ảnh, vị giác, khứu giác và xúc giác Mô tả của Stanley vềtrải nghiệm đối với những người đeo kính bảo hộ rất giống trải nghiệm thực tếảo hiện đại và mới nổi, khiến anh trở thành nguồn cảm hứng sáng tạo cho lĩnhvực này.

Vào giữa những năm 1950, nhà quay phim Morton Heilig đã phát triểnthanh công Sensorama, đây là một công nghệ cho ph攃Āp người dùng trảinghiệm hình ảnh, âm thanh, rung động và mùi hương Tất nhiên là nó chưađược điều khiển bởi máy tính nhưng nó là minh chứng đầu tiên cho việc thêmcác trải nghiệm số cho người dùng.

Vào năm 1968, phát minh của Ivan Sutherland về Màn hình hiển thị có thểđeo vào đầu (HMD) đã đánh dấu một cột mốc quan trọng trong sự phát triểncủa Thực tế ảo Ban đầu, chỉ có ngành quân sự và y tế mới ưa thích VR Vàtrong khoảng một hoặc hai thập kỷ, công nghệ VR xoay quanh hai ngànhcông nghiệp này.

Năm 1974, Myron Krueger đã phát triển một hệ thống chiếu và máy quayvideo được gọi là Videoplace, tạo ra bóng trên màn hình Nó cho thấy khảnăng ở trong một môi trường tương tác cho người dùng

Và vào năm 1987, người sáng lập Phòng thí nghiệm lập trình trực quan(VPL), Jaron Lanier đặt ra thuật ngữ “thực tế ảo” Lanier, thông qua VPL

Research, đã phát triển một loạt thiết bị thực tế ảo bao gồm DataGlove vàmàn hình đeo trên đầu EyePhone, đặt dấu mốc to lớn về sự phát triển lớn lĩnhvực thực tế ảo.

1.3. Các đặc tính của thực tế ảo

Về cơ bản, VR có 3 đặc tính chính là Tương tác (Interactive), Nhập vai(Immersion) và Tưởng tượng (Imagination) Một hệ thống thực tế ảo thì tínhtương tác, các đồ họa ba chiều thời gian thực và cảm giác đắm chìm đượcxem là các đặc tính then chốt.

●Tương tác thời gian thực (real-time interactivity): có nghĩa là máy

tính có khả năng nhận biết được tín hiệu vào của người sử dụng và thayđổi ngay lập tức thế giới ảo Người sử dụng nhìn thấy sự vật thay đổitrên màn hình ngay theo ý muốn của họ và bị thu hút bởi sự mô phỏngnày.

●Cảm giác đắm chìm: là một hiệu ứng tạo khả năng tập trung sự chú ý

cao nhất một cách có chọn lọc vào chính những thông tin từ người sửdụng hệ thống thực tế ảo Người sử dụng cảm thấy mình là một phầncủa thế giới ảo, hòa l•n vào thế giới đó VR còn đẩy cảm giác này“thật” hơn nữa nhờ tác động lên các kênh cảm giác khác Người dùngkhông những nhìn thấy đối tượng đồ họa 3D, điều khiển (xoay, dichuyển ) được đối tượng mà còn sờ và cảm thấy chúng như có thật ●Tính tương tác: có hai khía cạnh của tính tương tác trong một thế giới

ảo: sự du hành bên tro ng thế giới và động lực học của môi trường Sựdu hành là khả năng của người dùng để di chuyển khắp nơi một cáchđộc lập, cứ như là đang ở bên trong một môi trường thật Nhà phát triểnphần mềm có thể thiết lập những áp đặt đối với việc truy cập vào nhữngkhu vực ảo nhất định, cho ph攃Āp có được nhiều mức độ tự do khác nhau(Người sử dụng có thể bay, xuyên tường, đi lại khắp nơi hoặc bơilặn…) Một khía cạnh khác của sự du hành là sự định vị điểm nhìn củangười dùng Sự kiểm soát điểm nhìn là việc người sử dụng tự theo dõichính họ từ một khoảng cách, việc quan sát cảnh tượng thông qua đôimắt của một con người khác, hoặc di chuyển khắp trong thiết kế củamột cao ốc mới như thể đang ngồi trong một chiếc ghế đẩy… Động lựchọc 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 lượnghoặc thông tin.

1.4. Các thành phần một hệ thống VR

Thực tế ảo (virtual reality) là một hệ thống bao gồm 5 thành phần cấu tạođó là: phần mềm (SW), phần cứng (HW), mạng liên kết, người dùng và cácứng dụng Nhưng trong đó quan trọng nhất là 2 phần, phần mềm (SW) vàphần cứng (HW).

1.4.1. Phần mềm (software)

Giống như tất cả các hệ thống máy tính hiện đại trên thế giới phần mềmluôn được coi là linh hồn của thực tế ảo Phần mềm của thực rế bảo có tácdụng chính đó là Tạo hình (modelling) và Mô phỏng mô phỏng (simulation).Các đối tượng trong thực tế ảo sẽ qua xử lí của phần mềm để được mô hìnhhóa sau đó được mô phỏng động học, động lực học, và mô phỏng ứng xử nhưcủa đối tượng thực tế.

Các ngôn ngữ lập trình hay phần mềm đồ họa được dùng trong phần mềm củathực tế ảo có thể kể đến như:

 Các ngôn ngữ lập trình: OpenGL, C++, Java3D, VRML, X3D,…

 Các phần mềm đồ họa: WorldToolKit, PeopleShop,…

1.4.2. Phần cứng (Hardware)

Hình 1.2 Thiết bị giúp tương tác thực tế ảo

Phần cứng của một hệ thống thực tế ảo bao gồm: Máy tính (PC hayWorkstation với cấu hình đồ họa mạnh), các thiết bị đầu vào (Input devices)và các thiết bị đầu ra (Output devices).

- Các thiết bị đầu vào: Bao gồm những thiết bị có khả năng kích thíchcác giác quan để tạo nên cảm giác về sự hiện hữu trong thế giới ảo vànhững thiết bị có khả năng ghi nhận nơi người sử dụng đang nhìn vàohoặc hướng đang chỉ tới.

- Các thiết bị đầu ra: Gồm thiết bị hiển thị đồ họa, thiết bị âm thanh, bộphản hồi cảm giác, bộ phản hồi xung lực…

Nhờ 2 phần mềm và phần cứng này mà hệ thống thực tế ảo có thể nhậnbiết được tín hiệu vào của người sử dụng và thay đổi ngay lập tức thế giới ảokhiến cho người sử dụng nhìn thấy sự vật thay đổi trên màn hình ngay theo ýmuốn của họ và bị thu hút đắm chìm vào thế giới thực tế ảo.

1.5. Các thiết bị cơ bản

1.5.1. Thiết bị định hướng Motion trackers

Motion tracker (dụng cụ theo dõi chuyển động), quá trình số hóa các chuyển động của bạn để sử dụng trong phần mềm máy tính, là một thành phầnchính của hệ thống VR Nếu không có hệ thống theo dõi chuyển động VR, bạn sẽ thấy mình bị hạn chế trong thế giới ảo, không thể nhìn xung quanh, di chuyển và khám phá Có thể giúp bạn tham gia và tương tác với thế giới ảo ngay khi bước vào VR CAVE hoặc đeo tai nghe VR - mà không bị vướng bậnvề thế giới thực - là yếu tố quan trọng để tạo ra một trải nghiệm thực sự nhập vai.

Hình 1.3 Motion tracker, Cave

Data gloves

Dataglove là một thiết bị đầu vào về cơ bản là một chiếc găng tay đượcđeo trên tay có chứa các cảm biến điện tử khác nhau theo dõi chuyển độngcủa bàn tay và biến chúng thành một dạng đầu vào cho các ứng dụng nhưthực tế ảo và người máy Một số thẻ dữ liệu cho ph攃Āp cảm nhận bằng xúcgiác, cho ph攃Āp người dùng như cảm thấy một vật thể ảo và áp dụng điều khiểnchuyển động nhỏ.

Hình 1.4 Data gloves

Eyephone

Hình 1.5 Kính thực tế ảo

3D Mouse and Space Ball

SpaceMouse là một công cụ thiết yếu như chuột hoặc bàn phím của bạn,cho bạn khả năng thao tác các đối tượng 3D trên màn hình, đồng thời kiểmsoát các góc độ và vị trí camera 3D để xem các đối tượng đó Đó là một côngcụ giúp bạn tự nhiên, tự do hơn để làm việc.

Hình 1.6 3D Mouse and Space Ball

1.5.2. Thiết bị tương tác và phản hồi

Các thiết bị này cảm nhận một số nhân tố sau của thiết bị khác gây ra:nhiệt độ, vận tốc di chuyển, sự chuyển động, áp lực và các ngoại lực khác.

Hình 1.7 CyberGrasp

Hình 1.8 CyberTouch

1.6 Ứng dụng của thực tế ảo

1.6.1. Giải trí

Những trò chơi hành động phiêu lưu với thực tế ảo sẽ mở đường cho bạnđến với một thế giới mới hào hứng kỳ vĩ và khiến lượng adrenaline trong cơthể bạn sôi trào đến độ không thể rời khỏi thế giới đó Âm thanh 3D được xâydựng riêng cho mỗi vật thể khiến cảnh quan trong game biến hóa liên tục Bạnhãy thử tượng tượng bản thân mình trong một game có bối cảnh chiến tranh,những khẩu súng máy dù ở ngoài tầm nhìn nhưng lại truyền cảm giác tiếngsúng bắn như thật đến não bộ Chỉ với một chiếc kính VR, người dùng hoàntoàn có thể đắm chìm vào thế giới ảo của riêng mình, đồng thời nhập vai vàonhân vật trong game mà không còn phải phụ thuộc bàn phím, chuột hay máychơi game Như vậy, công nghệ VR tạo ra một thế giới ảo tưởng về sự tồn tạitrong game cùng với âm thanh 3D vô cùng chân thực và sống động giúpngười chơi có thể hoàn toàn nhập vai vào nhân vật hay thậm chí là cùng bạnbè chơi game tán g•u vào những khoản thời gian không gặp được nhau. Với những lợi ích mà VR đem lại thì ít ai có thể phủ nhận được tiềmnăng rông mở của nó Nhiều chuyên gia cho rằng thực tế ảo khá khó để tiếpcận người dùng vì những thiết bị hỗ trợ đi kèm có giá khá là đắt đỏ và chúngta cũng sẽ phải bỏ nhiều thời gian ra để tìm hiểu, “khám phá” về nó cũng nhưmột vài tiêu cực mà VR mang lại Đôi khi, nếu thiếu người hướng d•n, ngườidùng gần như không thể tự tìm được cách để sử dụng các thiết bị hay trảinghiệm công nghệ Nhưng lượng người sử dụng VR v•n đang ngày một tăngtrưởng và chưa có dấu hiệu dừng lại cũng đủ để ta thấy được rằng thời gian sẽxóa đi khoảng cách, khó khăn đến từ giá thành của thiết bị VR

Năm

VR users

VR headset users 15,6 20,8 25,5 28,1 30,8 Dưới đây là bảng thống kê số người dùng VR từ 2018-202

Năm

VR users(nonheadset)VR

Biểu đồ dự báo số người dùng VR từ 2018-2022

VR users (nonheadset)VR headset users

Ứng dụng công nghệ VR trong phương pháp đào tạo y học mang lại chohọc viên những cảm nhận trực quan hóa về các quy trình thực hiện ph•u thuậtgần hơn với thực tế thông qua lý thuyết họ đã được học, đồng thời, tăng khảnăng tương tác trong quá trình học, cung cấp cái nhìn sâu sắc hơn trong y họcmà các bài giảng lý thuyết khó truyền tải hết.

Hình 1.9 Thực tế ảo trong mô phỏng y khoa

1.6.3. Giáo dục

Ứng dụng thực tế ảo trong đào tạo,dạy nghề, huấn luyện với Giáo dục (AReducation) là một đột phá về phương pháp giảng dạy, cách thức tiếp cận mớicho người học và người dạy, thay vì học chay, lý thuyết xuông sẽ chuyển sanghọc thực hành,trải nghiệm thực tế qua mô phỏng 3D, các phòng LAB, nên cácbài học, kiến thức sẽ thực tế, chi tiết, nhanh hiểu, dễ nhớ thu hút người học,hiệu quả cao gấp nhiều lần so với cách cũ

Học sinh, sinh viên có thể di chuyển xung quanh lớp học, tương tác vớibạn bè bốn bề đất nước mà chẳng cần phải di chuyển Ứng dụng thực tế ảovào giáo dục có thể nói là một trong những nội dung đang chú ý và đúng chủtrương chính sách và yêu cầu thực tế của xã hội hiện nay là đổi mới phươngpháp giáo dục bằng các công nghệ mới nhất để đáp ứng hướng phát triển củagiáo dục 4.0 tại việt nam đặc biệt trong thời gian dịch bệnh như hiện nay.

1.6.4. Quân sự

Trong lĩnh vực quân sự, các nhà nghiên cứu đang phát triển hệ thống môphỏng thực chiến cho binh sĩ tập bắn; sử dụng công nghệ thực tế ảo và một hệthống khác để đào tạo kỹ năng khai thác vũ khí và chỉ huy từ xa hoặc dùng