Báo cáo môn học mô phỏng tòa nhà bò sữa của trường Đại học kiến trúc hà nội sử dụng unity

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘIKHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BỘ MÔN ĐỒ HỌA VÀ HIỆN THỰC ẢO BÁO CÁO MÔN HỌC MÔ PHỎNG TÒA NHÀ BÒ SỮA CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI SỬ DỤNG UNITY Giảng viê

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KIẾN TRÚC HÀ NỘI

KHOA: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

BỘ MÔN ĐỒ HỌA VÀ HIỆN THỰC ẢO

BÁO CÁO MÔN HỌC

MÔ PHỎNG TÒA NHÀ BÒ SỮA CỦA TRƯỜNG ĐẠI HỌC

KIẾN TRÚC HÀ NỘI SỬ DỤNG UNITY

Giảng viên hướng dẫn: Ths Hà Mạnh Toàn

Nhóm thực hiện: Nhóm 10

Bùi Sỹ Nguyên 2155010187

Vũ Vân Long 2155010157Nguyễn Vũ Việt Anh 2155010017

LỜI CẢM ƠN

Lời đầu tiên cho phép chúng em gửi lời cảm ơn tới các thầy cô giáo, các cán

bộ công tác tại Khoa Công Nghệ Thông Tin – Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội đã tạo mọi điều kiện giúp đỡ chúng em trong thời gian xây dựng và hoàn thành bài báo cáo

Tuy nhiên do thời gian có hạn và cùng với nhiều nguyên nhân khác, mặc dù chúng em đã nổ lực hết mình xong bài báo cáo của nhóm, tuy vẫn còn mắc phải những thiếu sót và hạn chế Chúng em rất mong nhận được sự thông cảm và chỉ bảo của các thầy cô cùng tất cả các anh chị và các bạn

Chúng em xin chân thành cảm ơn!

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 1

MỤC LỤC 3

MỞ ĐẦU 4

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5

1.1 Giới thiệu về Đồ họa hiện thực ảo 5

1.2 Giới thiệu đề tài 5

1.3 Các công nghệ áp dụng vào đề tài 6

1.3.1 Tổng quan về Unity 6

1.3.2 Giới thiệu về Plugin Probuilder 7

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN 9

2.1 Không gian tòa nhà và khuôn viên 9

2.2 Các hiện vật trong tòa nhà 12

2.3 Các tương tác cần mô phỏng 15

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG VÀ TRIỂN KHAI 16

3.1 Tiến hành mô hình hóa bằng Unity 16

3.1.1 Mô hình hóa từng tầng theo bản vẽ thiết kế 18

3.1.2 Mô hình hóa các vật dụng trong tòa nhà 19

3.1.3 Mô hình hóa khung cảnh xung quanh 21

3.2 Xử lý các chức năng 22

3.2.1 Xử lý điều khiển nhân vật di chuyển 22

3.2.2 Xử lý mở cửa tự động 25

3.2.3 Xử lý bật/tắt đèn và điều chỉnh tốc độ quạt trần 27

3.3 Triển khai dự án 30

CHƯƠNG 4 KẾT QUẢ VÀ ĐÁNH GIÁ 33

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 34

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây, sự bùng nổ của công nghệ thông tin đã tạo ra những bước tiến vượt bậc trong nhiều lĩnh vực khác nhau, từ quản lý hệ thống, kinh doanh cho đến nghiên cứu khoa học Đặc biệt, công nghệ đồ họa và mô phỏng 3D đã mang đến những trải nghiệm chân thực, sống động, góp phần làm cho giao tiếp giữa con người và máy tính trở nên sinh động và dễ tiếp cận hơn

Sự phát triển của công nghệ mô phỏng 3D, đặc biệt là với sự hỗ trợ của các phần mềm như Unity, đã mở ra cơ hội mới trong việc tái hiện và xây dựng các công trình kiến trúc một cách trực quan, sinh động Unity không chỉ là một công

cụ mạnh mẽ trong việc tạo ra các môi trường thực tế ảo mà còn giúp các dự án

mô phỏng trở nên chi tiết, chân thực hơn, tạo điều kiện cho việc học tập, nghiên cứu và khám phá trở nên hiệu quả

Trong bối cảnh đó, đề tài "Mô phỏng tòa nhà Bò Sữa của Trường Đại học Kiến Trúc Hà Nội bằng Unity" được chúng em lựa chọn nhằm áp dụng công nghệ đồ họa hiện đại vào việc tái hiện lại một công trình kiến trúc thực tế Đề tàikhông chỉ mang lại sự hiểu biết sâu sắc về cách sử dụng Unity trong mô phỏng

mà còn góp phần tạo nên một sản phẩm có giá trị, giúp sinh viên và giảng viên

có thêm nguồn tài liệu tham khảo về việc ứng dụng công nghệ đồ họa vào lĩnh vực kiến trúc và giáo dục

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1.1 Giới thiệu về Đồ họa hiện thực ảo

Đồ họa hiện thực ảo (Virtual Reality Graphics) là một lĩnh vực công nghệ tiên tiến kết hợp giữa đồ họa máy tính, thực tế ảo (VR) và mô phỏng không gian3D nhằm tái tạo các môi trường ảo giống như thật Người dùng khi tham gia vàomôi trường này sẽ cảm nhận như đang thực sự sống trong một thế giới số hoá,

có thể quan sát, di chuyển, tương tác với các đối tượng và không gian xung quanh thông qua các thiết bị như kính VR, găng tay cảm ứng hay các hệ thống theo dõi chuyển động Các mô phỏng không chỉ bao gồm hình ảnh mà còn có

âm thanh, cảm giác xúc giác, giúp tăng tính chân thực và sự hòa nhập của người dùng vào môi trường ảo

Lĩnh vực đồ họa hiện thực ảo đang ngày càng phát triển mạnh mẽ và ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp Trong giải trí, VR đã mở ra một

kỷ nguyên mới cho các trò chơi điện tử, phim ảnh và các trải nghiệm tương tác nhập vai Trong giáo dục, công nghệ này cho phép học sinh, sinh viên tiếp cận kiến thức một cách trực quan, như tham gia các mô phỏng khoa học phức tạp hoặc khám phá các địa danh lịch sử Ngoài ra, đồ họa hiện thực ảo còn được sử dụng trong y tế để đào tạo bác sĩ phẫu thuật, trong kiến trúc để mô phỏng các công trình xây dựng, và trong quân sự để huấn luyện quân nhân

Cùng với sự phát triển của phần cứng và phần mềm, chất lượng hình ảnh, tốc độ xử lý và độ chính xác của đồ họa hiện thực ảo ngày càng được cải thiện, mang lại những trải nghiệm sâu sắc và chân thực hơn cho người dùng Đây là một trong những lĩnh vực tiềm năng, hứa hẹn thay đổi cách con người tương tác với công nghệ và thế giới số trong tương lai

1.2 Giới thiệu đề tài

Trong mô phỏng này, người dùng sẽ bắt đầu từ cổng chính Đại học Kiến trúc Hà Nội, tiến vào khuôn viên và di chuyển đến tòa nhà Bò Sữa – biểu tượng kiến trúc độc đáo của trường Tòa nhà này có thiết kế sáng tạo, đa sắc màu, với những họa tiết độc đáo, tạo cảm giác trẻ trung nhưng cũng đầy sáng tạo

Trong chuyến tham quan ảo, người dùng sẽ khám phá các khu vực khuôn viên từ bên ngoài vào bên trong tòa nhà như phòng trưng bày, không gian học tập và khu sáng tạo nghệ thuật Nhờ công nghệ đồ họa và thực tế ảo, người dùng

sẽ cảm nhận được không gian sống động và có thể tương tác với nội thất, tạo nên trải nghiệm hấp dẫn và chân thực

1.3 Các công nghệ áp dụng vào đề tài

1.3.1 Tổng quan về Unity

Unity là một trong những nền tảng phát triển trò chơi và nội dung tương tác 3D

phổ biến nhất hiện nay Được phát triển bởi Unity Technologies, Unity hỗ trợ các nhà phát triển tạo ra các sản phẩm 2D, 3D, thực tế ảo (VR), thực tế tăng cường (AR), và nhiều ứng dụng tương tác khác Nhờ khả năng đa nền tảng mạnh mẽ, Unity được sử dụng rộng rãi trong phát triển trò chơi điện tử, ứng dụng di động, phim ảnh, giáo dục, y tế, và cả kiến trúc

Những đặc điểm nổi bật của Unity:

 Đa nền tảng: Unity hỗ trợ xuất bản trò chơi và ứng dụng trên hơn 25 nền

tảng khác nhau, bao gồm Windows, macOS, iOS, Android, PlayStation, Xbox, WebGL, và nhiều nền tảng khác Điều này giúp các nhà phát triển tiếp cận người dùng trên nhiều thiết bị mà không cần viết lại mã

 Giao diện thân thiện với người dùng: Unity cung cấp một giao diện trực

quan, dễ sử dụng cho cả người mới bắt đầu lẫn các chuyên gia Giao diện kéo thả của Unity giúp dễ dàng tạo ra các cảnh, vật thể và thiết lập các thông số mà không cần nhiều kỹ năng lập trình

 Công cụ phát triển mạnh mẽ: Unity đi kèm với một loạt các công cụ

tích hợp mạnh mẽ như công cụ vật lý, ánh sáng, âm thanh, và hệ thống phân lớp đối tượng Unity cũng hỗ trợ lập trình bằng C#, một ngôn ngữ lập trình mạnh mẽ và phổ biến

 Thư viện nội dung phong phú: Unity Asset Store cung cấp hàng ngàn tài

nguyên sẵn có như mô hình 3D, âm thanh, kịch bản, và nhiều công cụ khác, giúp nhà phát triển tiết kiệm thời gian và công sức trong quá trình sáng tạo

 Hỗ trợ VR/AR: Unity là một trong những nền tảng hàng đầu hỗ trợ phát

triển nội dung thực tế ảo (VR) và thực tế tăng cường (AR) Nó tương thích với nhiều loại thiết bị VR/AR như Oculus Rift, HTC Vive,

HoloLens và các thiết bị khác

 Cộng đồng lớn và tài liệu phong phú: Với hàng triệu người dùng trên

toàn thế giới, Unity có một cộng đồng phát triển sôi động và một kho tài liệu, hướng dẫn phong phú Điều này giúp người dùng dễ dàng tìm kiếm

hỗ trợ và tài liệu học tập

 Render chất lượng cao: Unity cung cấp nhiều công nghệ render mạnh

mẽ như HDRP (High Definition Render Pipeline) cho đồ họa chất lượng cao và URP (Universal Render Pipeline) cho hiệu năng tối ưu trên nhiều thiết bị

 Phát triển thời gian thực: Unity hỗ trợ phát triển thời gian thực, cho

phép các nhà phát triển xem trước và kiểm tra sản phẩm ngay trong quá trình làm việc, giúp cải thiện đáng kể tốc độ và hiệu quả làm việc

1.3.2 Giới thiệu về Plugin Probuilder

ProBuilder là một plugin phổ biến của Unity, giúp các nhà phát triển dễ

dàng tạo ra các mô hình 3D trong thời gian thực ngay trong Unity Editor mà không cần sử dụng các phần mềm bên ngoài như Blender hay Maya ProBuilder kết hợp tính năng mô hình hóa 3D với các công cụ dựng cảnh, cho phép các nhà phát triển tạo ra, chỉnh sửa và tối ưu hóa các mô hình trực tiếp trong Unity, từ đótăng tốc quá trình phát triển trò chơi và ứng dụng 3D

Những đặc điểm chính của Probuilder:

 Mô hình hóa 3D trong thời gian thực: ProBuilder cho phép người dùng

xây dựng, chỉnh sửa các đối tượng 3D ngay trong Unity Editor mà không cần phải rời khỏi môi trường phát triển Điều này đặc biệt hữu ích cho cácnhà phát triển muốn nhanh chóng tạo và kiểm tra các ý tưởng thiết kế mà không phải chuyển đổi qua lại giữa các phần mềm bên ngoài

 Công cụ dựng hình cơ bản: Với ProBuilder, người dùng có thể nhanh

chóng tạo ra các hình khối cơ bản như hộp, hình cầu, hình trụ, mặt

phẳng Sau đó, những hình khối này có thể được tùy chỉnh thành các mô hình phức tạp hơn bằng cách sử dụng các công cụ chỉnh sửa vertex, edge

và face

 Chỉnh sửa chi tiết: ProBuilder cung cấp các công cụ để chỉnh sửa chi tiết

đối tượng ở cấp độ các đỉnh (vertices), cạnh (edges), và mặt phẳng

(faces) Người dùng có thể thực hiện các thao tác như kéo đẩy, quay, chia nhỏ, cắt gọt hay ghép nối các phần của mô hình một cách linh hoạt và chính xác

 Tạo và chỉnh sửa UVs: ProBuilder cũng tích hợp các công cụ để tạo và

chỉnh sửa bản đồ UV, giúp người dùng kiểm soát việc phân bố texture trên các mô hình Điều này giúp mô hình hóa trở nên linh hoạt và dễ dàng tối ưu hóa cho kết cấu và vật liệu

 Hỗ trợ cho cả thiết kế khái niệm lẫn sản phẩm hoàn thiện: ProBuilder

được sử dụng trong nhiều giai đoạn của quá trình phát triển Nó có thể phục vụ để tạo dựng nhanh các khái niệm thiết kế ban đầu, hoặc được dùng để tạo ra các mô hình hoàn thiện và tối ưu hóa cho sản phẩm cuối cùng

 Tương tác với các công cụ khác của Unity: ProBuilder tương thích và

tích hợp tốt với các công cụ khác của Unity như ProGrids (plugin hỗ trợ việc căn chỉnh và snap đối tượng chính xác), Polybrush (công cụ dùng để chỉnh sửa và tạo hiệu ứng trên bề mặt mô hình), và các render pipelines

như URP và HDRP Điều này giúp cải thiện quy trình làm việc tổng thể trong việc dựng cảnh và mô hình hóa.

 Khả năng thử nghiệm và chỉnh sửa nhanh chóng: Một ưu điểm lớn của

ProBuilder là nó cho phép người dùng thử nghiệm các thay đổi về mô hình ngay lập tức mà không cần phải biên dịch lại các phần mềm bên ngoài Điều này không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn cải thiện hiệu suất trong việc thiết kế và xây dựng môi trường game

 Tối ưu hóa mô hình: ProBuilder cung cấp các công cụ để tối ưu hóa các

mô hình 3D nhằm giảm tải cho hiệu năng của game Người dùng có thể giảm số lượng polygons, chia nhỏ đối tượng để tránh lỗi và tối ưu hóa các yếu tố hình học cho các đối tượng trong game

Ứng dụng: ProBuilder chủ yếu được sử dụng trong việc tạo ra môi trường game

và các đối tượng 3D nhanh chóng cho cả nguyên mẫu lẫn sản phẩm hoàn chỉnh Đặc biệt, nó hữu ích cho các nhà phát triển indie, những người không có nhiều thời gian hoặc không muốn sử dụng phần mềm mô hình hóa 3D bên ngoài ProBuilder cũng được dùng trong quá trình thiết kế màn chơi (level design), khi các nhà phát triển cần phải thử nghiệm nhanh các ý tưởng

CHƯƠNG 2 NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN

2.1 Không gian tòa nhà và khuôn viên

- Ảnh chụp tòa nhà

Hình 2.1 Tòa bò sữa ĐH Kiến trúc

Hình 2.2 Mặt bằng hiện trạng tầng 1

Hình 2.3 Mặt bằng hiện trạng tầng 2

Hình 2.4 Mặt bằng hiện trạng tầng 3

Hình 2.5 Mặt cắt hiện trạng A-A

- Ảnh chụp khuôn viên (sân trường, nhà bảo vệ, cổng trường, cây)

Hình 2.6 Khuôn viên sân trường cạnh tòa nhà

Hình 2.7 Phòng bảo vệ

Hình 2.8 Cổng trường ĐH Kiến trúc

2.2 Các hiện vật trong tòa nhà

- Đèn rọi

- Tranh treo tường

Hình 2.12 Tranh treo tường

- Giá vẽ, ghế ngồi (tầng 2)

Hình 2.14 Bảng vẽ

- Nút bật tắt đèn, hộp số quạt trần

Hình 2.15 Hộp số quạt trần

CHƯƠNG 3 XÂY DỰNG VÀ TRIỂN KHAI

3.1 Tiến hành mô hình hóa bằng Unity

Trước khi tiến hành mô phỏng thì chúng ta cần tiến hành thiết lập các công cụ cần thiết như sau:

- Cài đặt Unity: Trước tiên, cần cài đặt phần mềm Unity từ trang chủ của Unity Hub, lựa chọn phiên bản phù hợp (ưu tiên các phiên bản LTS – Long Term Support) để đảm bảo sự ổn định khi phát triển dự án Sau khi cài đặt Unity, tạo một dự án mới và thiết lập các thông số cơ bản như tên

dự án, đường dẫn lưu trữ, và định dạng 3D cho dự án

- Cài đặt plugin Probuilder: Mở Unity và truy cập vào Window > Package Manager Trong cửa sổ Package Manager, vào tab Packages chọn Unity Resigtry, tìm kiếm ProBuilder, sau đó chọn và nhấn nút Install Sau khi cài đặt xong, Probuilder sẽ xuất hiện trong menu Tools, cho phép người

dùng truy cập các tính năng mô hình hóa và chỉnh sửa đối tượng

Probuilder là một công cụ mạnh mẽ trong Unity giúp bạn tạo và chỉnh sửacác mô hình 3D một cách trực quan Để sử dụng Probuilder, bạn cần làm theo các bước sau:

1.Truy cập Probuilder: Sau khi cài đặt, bạn sẽ thấy Probuilder trong menu Tools > Probuilder > ProBuilder Window Mở cửa sổ này để truy cập

các công cụ của Probuilder

2.Tạo đối tượng 3D: Nhấn vào New Shape trong cửa sổ Probuilder, chọn

loại hình (cube, sphere, plane, v.v.), sau đó tùy chỉnh kích thước, vị trí,

và nhấn Build để tạo đối tượng trong Scene.

3.Chỉnh sửa đối tượng: Chọn đối tượng, sau đó sử dụng các chế độ chỉnh sửa của Probuilder như Vertex (đỉnh), Edge (cạnh), và Face (mặt) để

điều chỉnh hình dạng Bạn có thể kéo, di chuyển, xoay hoặc thay đổi kích thước các phần của mô hình

4.Sử dụng công cụ Probuilder: Sử dụng các tính năng khác như Extrude

(đẩy mặt), Bridge (nối cạnh/mặt), và Bevel (vát cạnh) để tạo ra các chi tiết phức tạp hơn

Hình 3.1 Cài đặt Plugin Probuilder

- Cài đặt plugin Post Processing: Tiếp tục tìm kiếm Post Processing và bấm Install để cài đặt Plugin này giúp tạo ra những hiệu ứng hình ảnh

đẹp mắt và chân thực hơn cho dự án

Hình 3.2 Cài đặt Plugin Post Processing

3.1.1 Mô hình hóa từng tầng theo bản vẽ thiết kế

Các tầng trong tòa nhà sẽ được dựng theo bản vẽ thiết kế:

Hình 3.3 Mô phỏng các tầng trong tòa nhà

Hình 3.4 Khung nhà hoàn chỉnh

3.1.2 Mô hình hóa các vật dụng trong tòa nhà

- Quạt trần:

Hình 3.5 Mô hình quạt trần

- Đèn rọi:

Hình 3.6 Mô hình đèn rọi

- Đèn dài

Hình 3.7 Đèn dài

- Tranh treo tường

Hình 3.8 Tranh treo tường

- Tường bao khuôn viên

Hình 3.11 Tường bao khuôn viên

3.2 Xử lý các chức năng

3.2.1 Xử lý điều khiển nhân vật di chuyển

Chúng ta sẽ viết 1 Script để tạo ra bộ điều khiển cho một nhân vật góc nhìn thứ nhất, cho phép nhân vật di chuyển, chạy, nhảy, và xoay theo đầu vào từ bàn phím và chuột Bằng cách sử dụng CharacterController, nó xử lý các chuyển động mượt mà và tương tác với môi trường trong Unity

1 Khai báo và thiết lập ban đầu

 [RequireComponent(typeof(CharacterController))]: Đảm bảo rằng đối tượng chứa script này sẽ có thành phần CharacterController được thêm vào tự động nếu chưa có CharacterController là một thành phần hỗ trợ xử

lý chuyển động cho nhân vật

 public class FPSController : MonoBehaviour: Định nghĩa lớp

FPSController kế thừa từ MonoBehaviour, cho phép script này được gắn vào một GameObject trong Unity

 Các biến công khai như walkSpeed, runSpeed, jumpPower, gravity, lookSpeed, và lookXLimit xác định các thuộc tính di chuyển của nhân vậtnhư tốc độ đi bộ, tốc độ chạy, lực nhảy, trọng lực, và giới hạn xoay

camera

 Các biến riêng tư: