Thực tế ảo – VIRTUAL REALITY

Thực tế ảo – VIRTUAL REALITY

Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính NHẬP MÔN ĐIỆN TOÁN Bài tập lớn THỰC TẾ ẢO – VIRTUAL REALITY Giáo viên giảng dạy: GV Trần Ngọc Thịnh Nhóm: Nhóm 1: Virtual Reality Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính THỰC TẾ ẢO – VIRTUAL REALITY 2|Page Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính Mục lục 3|Page Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính I ĐỊNH NGHĨA Thực tế ảo hay gọi thực ảo (tiếng Anh virtual reality, viết tắt VR) thuật ngữ miêu tả môi trường mô máy tính Đa phần môi trường thực ảo chủ yếu hình ảnh hiển thị hình máy tính hay thông qua kính nhìn ba chiều, nhiên vài mô có thêm loại giác quan khác âm hay xúc giác II LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN Vào năm 50 Morton Helig phát minh thiết bị mô SENSORAMA Đây thiết bị điều khiển gồm có: hình thực thể kính, quạt,máy tạo mùi, loa âm ghế di chuyển Ông phát minh hình truyền hình gắn vào thiết bị để xem phim 3D Đây xem tiền đề cho phát triển VR sau Thiết bị Sensorama Năm 1961 kĩ sư công ty Philco phát triển mũ đội hiển thị (Head mounted display – HMD) Nó bao gồm ảnh hệ thống theo dõi video kĩ sư liên kết tới hệ thống camera HMD sử dụng tình nguy hiểm quân sự, hỗ trợ cho phi công môi trường thiếu ánh sáng 4|Page Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính Năm 1965, nhà khoa học máy tính tên Ivan Sutherland hình dung điều mà ông gọi "Ultimate Display" Khi sử dụng hiển thị này, người thấy giới ảo giới vật lý thật Điều định hướng toàn tầm nhìn VR Khái niệm Suntherland bao gồm: • • • Một giới giới ảo mà ta quan sát thông qua HMD Một máy tính khác trì mô hình thời gian thực Các khả cho người sử dụng để thao tác đối tượng thực tế cách trực quan Ultimate Display Vào năm 1989 , Jaron Lanier lần đưa thuật ngữ "Thực tế ảo" - Virtual Reality Dù đời từ lâu VR thực phát triển ứng dụng rộng rãi năm gần nhờ vào phát triển tin học (phần mềm) máy tính (phần cứng) Ngày VR trở thành ngành công nghiệp thị trường VR tăng trưởng hàng năm khoảng 21% dự tính đạt khoảng 3,4 tỷ $ năm 2005 (theo Machover, 2004) => Theo dự đoán Gartner (tổ chức nghiên cứu thị trường toàn cầu), VR đứng đầu danh sách 10 công nghệ chiến lược năm 2009 III ĐẶC ĐIỂM - đặc Anh: điểm chính: Tương tác - Đắm chìm - Tưởng tượng, (3 I tiếng Interactive- Immersion- Imagination) 5|Page Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính • Tương tác thời gian thực (real-time interactivity) Thời gian thực có nghĩa máy tính có khả nhận biết tín hiệu vào người sử dụng thay đổi giới ảo Người sử dụng nhìn thấy vật thay đổi hình theo ý muốn họ bị thu hút mô • Cảm giác đắm chìm (immersion), cảm giác trở thành phần hành động hình mà người sử dụng trải nghiệm Nhưng VR đẩy cảm giác "thật" nhờ tác động lên tất kênh cảm giác người Trong thực tế, người dùng nhìn thấy đối tượng đồ họa 3D (như hình trang cuối báo Hoa học trò đăng trước kia), điều khiển (xoay, di chuyển, ) đối tượng hình (như game), mà sờ cảm thấy chúng có thật Ngoài khả nhìn (thị giác), nghe (thính giác), sờ (xúc giác), nhà nghiên cứu nghiên cứu để tạo cảm giác khác ngửi (khứu giác), nếm (vị giác) • Ứng dụng VR liên quan tới việc giải vấn đề thật kỹ thuật, y học, quân sự, Các ứng dụng nhà phát triển VR thiết kế, điều phụ thuộc nhiều vào khả “tưởng tượng” người, đặc tính "I" (Imagination) IV CÁC THÀNH PHẦN CỦA MỘT HỆ THỐNG VIRTUAL REALITY Tổng quát VR bao gồm thành phần sau: Trong đó, phần cứng (Hardware) phần mềm (Software) thành phần quan trọng bậc hệ thống VR • Phần cứng VR bao gồm: 6|Page Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính Máy tính (PC hay Workstation với cấu hình đồ họa mạnh) Các thiết bị đầu vào (Input devices): Bộ dò vị trí (position tracking) để xác định vị trí quan sát Bộ giao diện định vị (Navigation interfaces) để di chuyển vị trí người sử dụng Bộ giao diện cử (Gesture interfaces) găng tay liệu (data glove) để người sử dụng điều khiển đối tượng - Các thiết bị đầu (Output devices): gồm hiển thị đồ họa (như hình, HDM, ) để nhìn đối tượng 3D Thiết bị âm (loa) để nghe âm vòm (như Hi-Fi, Surround, ) Bộ phản hồi cảm giác (Haptic feedback găng tay, ) để tạo xúc giác sờ, nắm đối tượng Bộ phản hồi xung lực (Force Feedback) để tạo lực tác động đạp xe, đường xóc, Phần mềm (Software): - • Phần mềm linh hồn VR hệ thống máy tính đại Về mặt nguyên tắc dùng ngôn ngữ lập trình hay phần mềm đồ họa để mô hình hóa (modelling) mô (simulation) đối tượng VR Ví dụ ngôn ngữ (có thể tìm miễn phí) OpenGL, C++, Java3D, VRML, X3D, hay phần mềm thương mại WorldToolKit, PeopleShop, Phần mềm VR phải bảo đảm công dụng chính: Tạo hình vào Mô Các đối tượng VR mô hình hóa nhờ phần mềm hay chuyển sang từ mô hình 3D (thiết kế nhờ phần mềm CAD khác ANSYS, AutoCAD, 3D Studio, ) Sau phần mềm VR phải có khả mô động học, động lực học, mô ứng xử đối tượng V PHÂN LOẠI CÁC HỆ THỐNG THỰC TẾ ẢO Hệ thống VR phân loại là: Hệ thống VR không nhập vai (non Immersive), Hệ thống VR bán nhập vai (Semi-Immersive) Hệ thống VR nhập vai (Immersive) Một số cách phân loại khác dựa vào mức độ phức tạp phương thức hoạt động hệ thống Mức độ phức tạp hệ thống phụ thuộc vào mức độ khó việc phát triển ứng dụng Phân loại theo mức độ phức tạp bao gồm hệ thống thực ảo mức sơ khai, mức bản, mức tiên tiến, mức nhập vai mức làm việc hệ điều hành cho môi trường thực ảo Phân loại theo phương thức bao gồm hệ thống hoạt động dựa mô phỏng, dựa hệ thống máy chiếu, dựa hình ảnh thay (avatar-image) dựa máy tính để bàn • Hệ thống VR không nhập vai: Hệ thống VR không nhập vai xây dựng cho máy tính để bàn Hệ thống biết với tên Window on World (WoW) hay Desktop VR Trong hệ thống này, môi trường ảo quan sát thông qua hình có độ phân giải cao Việc tương tác thực thông qua phương tiện bàn phím, chuột joystick 7|Page Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính VI • 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 kèm với nhiều hình hệ thống máy chiếu để tạo hình lớn Hệ thống hình đặt xung quanh người dùng để tạo cảm giác hòa vào môi trường 3D ảo • Hệ thống VR nhập vai: Hệ thống VR nhập vai hệ thống tạo cho người dùng trải nghiệm môi trường ảo giống với thực tế Trong hệ thống này, người dùng đeo HMD sử dụng BOOM để nhìn vào môi trường ảo Tất nhiên, so với hệ thống trên, hệ thống phức tạp đòi hỏi chi phí lớn để tạo ứng dụng ỨNG DỤNG CỦA THỰC TẾ ẢO Có thể nói: Mọi lĩnh vực "có thật " sống ứng dụng "thực tế ảo" để nghiên cứu phát triển hoàn thiện Hiện thực tế ảo có nhiều ứng dụng đáng kể lĩnh vực quân sự, y học, giáo dục game • Lĩnh vực quân sự: • Thực tế ảo ứng dụng việc đào tạo tân binh tiếp xúc với vũ khí, trải nghiệm qua môi trường chiến đấu khác Lĩnh vực y học: - Các sinh viên tiến hành phẫu thuật nội soi môi trường ảo - Điều trị tâm lý: Một số phòng khám sử dụng liệu pháp điều trị thực tế ảo để giúp binh sĩ, nạn nhân công, bạo lực tình dục, tai nạn xe hơi, hay biến cố bất ngờ điều trị chứng rối loạn tâm lý Thiết bị thực tế ảo đưa họ đến với chiến trường, người lính tiếp xúc nhiều lần với tác nhân gây rối loạn (các vụ nổ bom, tiếng ồn lớn), họ không cảm thấy sợ hãi hay có phản ứng khác, họ quen dần với tác nhân - Cải thiện chứng sợ nói trước đám đông: Nhiều người sử dụng chương trình thực tế ảo nhằm cải thiện chứng sợ nói trước đám đông họ Ứng dụng nhằm đặt bạn vào khán phòng chật kín người, tất chờ để nghe phát biểu từ bạn Nếu bạn đứng bên khán phòng để thuyết trình hay sử dụng nhiều từ ngữ không liên quan 8|Page Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính “ừm” hay “như vậy”, hệ thống thông báo cho bạn biết để khắc phục • - Phục hồi chức sau đột quỵ cho bệnh nhân: Với cảm ứng Microsoft Kinect, bệnh nhân điều khiển hành động thông qua thể ảo Trải nghiệm thực tế ảo làm cho bệnh nhân sử dụng cánh tay họ việc đánh lừa não tin vào khả mà cánh tay làm Liệu pháp tạo chu kỳ phục hồi bao gồm: phản ứng tích cực, việc sử dụng cánh tay linh hoạt, hiệu suất dây thần kinh vận động củng cố lẫn - Giảng dạy sinh viên nha khoa: Virtual Dental Implant Training Simulation cho phép sinh viên thực hành “bệnh nhân ảo”, tiến hành bước theo quy trình, từ việc gây mê lựa chọn dụng cụ Thậm chí, “bệnh nhân ảo” “trang bị” tính cách lịch sử y tế khác Lĩnh vực giáo dục: - • • Lĩnh vực giải trí: - Trong game người chơi tiếp xúc với nhân vật, cảm nhận môi trường làm cho game trở nên ngày thật - Xem Phim 3D SBS, 360 độ kính thực tế ảo Không xem phim 2D mà kính thực tế ảo giúp bạn xem phim 3D 360 độ vô thú vị Các giới ảo phim mô tả chân thực đến không ngờ, bạn phân biệt đâu thực đâu ảo xem phim, có cảm giác đắm chìm vào phim Đào tạo cầu thủ bóng đá: - VII Các lớp học ảo xây dựng nhằm cung cấp lượng kiến thức từ chuyên gia chuyên ngành, giúp sinh viên giảm thiểu chi phí tham gia học Những tiền vệ tập luyện với thiết bị công nghệ cao chuyên tảng thực tế ảo cho phép họ xem trận đấu cách toàn cảnh giúp họ đưa định nhanh chóng MỘT SỐ SẢN PHẨM THỰC TẾ ẢO HIỆN NAY • Oculus Rift DK2 9|Page Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính Oculus Rift DK2 Oculus Rift sản phẩm thực tế ảo gây sốt cộng đồng công nghệ Vào thời điểm ban đầu, sau huyền thoại làng game John Carmack Gabe Newell ủng hộ, vòng ngày Oculus Rift nhận quyên góp lên đến 1.000.000$ trang Kickstarter Và năm sau đó, Oculus Facebook mua lại với giá tỷ USD Ngoài khả phục vụ cho chơi Game, Oculus hướng đến tiện ích khác, giúp người dùng thực số hoạt động hàng ngày bác sĩ xem đá bóng • Microsoft HoloLens Microsoft gây bất ngờ công bố kính thực tế ảo tăng cường HoloLens giúp người dùng nhìn giới thực trộn lẫn với yếu tố thêm vào HoloLens có tiềm lớn ứng dụng vào chơi game, thêm vào tính thực tế ảo tăng cường cho phép bạn quét môi trường xung quanh để tạo mô hình 3D xác thống Bên cạnh đó, Microsoft giới thiệu số khả thú vị khám phá, tương tác với môi trường xa xôi Sao Hỏa ứng dụng hàng ngày sửa xe, sửa chữa hệ thống ống nước Microsoft HoloLens 10 | P a g e Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính • Samsung Gear VR Samsung Gear VR Samsung Gear VR số tên tuổi đình đám thị trường kính thực tế ảo Sản phẩm Samsung hợp tác với Oculus có mức giá 200$ để dùng chung với cần có Smartphone Galaxy Note có giá khoảng 700$ Chiếc Galaxy Note theo dõi chuyển động đầu bạn, thiếu camera phụ Oculus Rift Project Morpheus • Sony Project Morpheus Sony Project Morpheus Sản phẩm Sony thực từ lâu, Project Morpheus kính thực tế ảo sử dụng với máy chơi game PlayStation 4, camera PlayStation, điều khiển DualShock phụ kiện PlayStation Move VIII NGUY HẠI CỦA THỰC TẾ ẢO 11 | P a g e Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính Đã có tiền lệ số người thiệt mạng vài năm qua sợ chết khiếp mô hình hay cảnh tượng mô hình thực tế ảo/3D mang lại cảnh kinh dị, rùng rợn, giới ảo thâm nhập vào trò chơi trực tuyến dạng MMO (massively multiplayer online) vài game kiểu thi thố thành tích khác Vài trường hợp chết bàn phím kiệt sức, không đáp ứng nhu cầu tối thiểu đời sống thực ăn uống, ngủ nghỉ hay tập thể dục Trong vài trường hợp, nạn nhân phải trải qua giai đoạn thể chất lẫn cảm xúc bị tải mức liên tục, dẫn đến tử vong Nhưng công nghệ ngày thấm sâu vào đời sống nhà thiết kế kiến trúc tạo game giới ảo phân biệt với giới thực, có lẽ đến, chết thực ảo (VR - virtual reality) xuất thường xuyên Khi công nghệ VR ngày "tăng chất" chắn có thêm nhiều trường hợp xấu số xảy kiệt sức, người dùng không quan tâm nhiều đến nhu cầu thể cảm xúc đời sống thực Đó chưa kể đến mặt trái sử dụng sai mục đích VR, nhà phát triển "tâm" hay thiếu trách nhiệm nhiều vấn đề gián tiếp liên quan khác Chắc hẳn bạn gặp trường hợp đeo tai nghe, lơ không ý xe phóng tới người băng qua đường Rồi tới bạn đeo kính VR Google đường, liệu bạn có để ý thực nhiều giới ảo mà Google mở lối cho bạn vào Google Glass? Và mức độ an toàn bạn lúc mức nào? Đến nay, cho dù thiết bị thực tế ảo Oculus Rift bị đánh giá có chất lượng kém, chưa thể thương mại hóa có số trường hợp thử qua cho sau tháo bỏ thiết bị ra, người ta có cảm giác lờ mờ giới thực giới ảo vài phút đầu Một nhà phát triển ác tâm tận dụng công nghệ VR dễ dàng tạo giới ảo gây hại thần kinh thể chất cho người dùng Gián tiếp quan trọng ngày có nhiều người dấn thân vào giới ảo mà công nghệ dựng Có vài trường hợp đáng buồn cha mẹ mê mệt 12 | P a g e Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính giới ảo mà khiến trẻ phải thiệt mạng Và chắn điều tương tự xảy công nghệ VR đến giai đoạn trưởng thành Bạn nghĩ hít thở không khí? Ví dụ điển hình thực tế ảo "toàn phần" phim Ma trận - The Matrix, người nghĩ sống sống bình thường, thực tế người kết nối với máy tính khổng lồ, tạo môi trường giả lập với độ xác cực cao Bạn thoát giả lập sống lại giới thực, người ảo bạn chết người giới thực chết theo Bộ phim không hoàn toàn giải thích nhân vật Morpheus phim nói: "Cơ thể sống trí óc" IX TƯƠNG LAI CỦA THỰC TẾ ẢO Mặc dù tại, VR chưa phát triển đến đỉnh cao nhiều nhược điểm nguy hại, với phát triển nhanh vũ bão công nghệ ngày tương lai thực tế ảo lớn Các thiết bị thực tế ảo ngày nhiều cải tiến, hướng tới hoàn thiện đem lại trải nghiệm tốt Biểu đồ sau cho thấy thị trường thực tế ảo tiềm Báo cáo đến từ BI Intelligence, thể số sản phẩm VR bán năm tới 13 | P a g e Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính X LỜI KẾT Và đến đây, báo cáo Thực tế ảo (Virtual Reality) nhóm 101 xin kết thúc Đây kết thúc bốn đồng hồ làm việc nhóm, mệt mỏi hào hứng để hoàn thành cáo cáo Sau kết thúc chủ đề này, nhận thấy chủ đề thú vị có nhiều tương lai, điều khiến có thêm động lực để hoàn thành báo cáo Nhưng giới hạn kiến thức giới ảo nên báo cáo tránh khỏi sai sót Mong thầy cô bạn thảo luận, đóng góp ý kiến xây dựng, ý kiến đóng góp xin liên hệ 14 | P a g e Trường Đại Học Bách Khoa Tp Hồ Chí Minh Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính Tham khảo https://vi.wikipedia.org/wiki/Th%E1%BB%B1c_t%E1%BA%BF_%E1%BA%A3o http://genk.vn/cong-nghe-thuc-te-ao.htm http://www.stdio.vn/articles/read/236/tong-quan-ve-thuc-tai-ao-virtual-reality http://voer.edu.vn/m/virtual-reality-technologie-cong-nghe-thuc-te-ao/858d16c2 http://hoanganhstore.com/kinh-thuc-te-ao-hay-kinh-vr-la-gi bid220.html http://huyphu.com/tin-tuc/tin-cong-nghe/kinh-thuc-te-ao-hay-kinh-vr-la-gi.html 15 | P a g e ... Kỹ Thuật Máy Tính I ĐỊNH NGHĨA Thực tế ảo hay gọi thực ảo (tiếng Anh virtual reality, viết tắt VR) thuật ngữ miêu tả môi trường mô máy tính Đa phần môi trường thực ảo chủ yếu hình ảnh hiển thị... công nghệ ngày tương lai thực tế ảo lớn Các thiết bị thực tế ảo ngày nhiều cải tiến, hướng tới hoàn thiện đem lại trải nghiệm tốt Biểu đồ sau cho thấy thị trường thực tế ảo tiềm Báo cáo đến từ... sử dụng để thao tác đối tượng thực tế cách trực quan Ultimate Display Vào năm 1989 , Jaron Lanier lần đưa thuật ngữ "Thực tế ảo" - Virtual Reality Dù đời từ lâu VR thực phát triển ứng dụng rộng