Bài giảng Công nghệ đồ họa và hiện thực ảo - Bài 15: Hiện thực ảo cung cấp cho người học các kiến thức: Định nghĩa, lịch sử phát triển, kiến trúc hệ thống của virtual environments,... Mời các bạn cùng tham khảo.
Bài 15 HIỆN THỰC ẢO Trịnh Thành Trung trungtt@soict.hust.edu.vn 1 TỔNG QUAN - Định nghĩa • Thực ảo – Virtual Reality • Coates (1992): – Hiện thực ảo mơ điện tử thiết bị kính, quần áo môi trường chiều điện tử cho phép người dùng tương tác với • Greenbaum (1992): – Hiện thực ảo ảnh giới thực máy tính sinh phản hồi lại chuyển động người Việc tương tác với mơi trng mơ thông qua liệu lớn phù hợp với thiết bị tương tác loa, kính hay găng tay mơ Định nghĩa • (Isdale, 1998) – Là cách để hình ảnh hóa, điều khiển tương tác với máy tính liệu đặc biệt phức tạp • Theo kinh nghiệm người: – Hiện thực ảo môi trường truyền dẫn tạo cảm nhận cho người với với môi trường mà mơ tả • Các thuật ngữ khác thường dùng: – Virtual Worlds, Virtual Environments, Immersive VR, Cyberspace Lịch sử phát triển • 1962 : Sensorama (từ hãng phim Morton Heilig) • 1970 : Thể hóa giới ảo lên hình • 1970 : Thiết bị Head Mounted Display đầu tiên: Daniel Vivkers từ Utah University (Ý tưởng Ivan Sutherland / MIT) • 1982 : Dataglove • 1980-85 : Sản phẩm thực ảo thương mại tên Virtual Cockpit (British Aerospace) có khả nắm bắt cử động đầu, tay, mắt Hiển thị hình ản âm 3D, nhận dạng giọng nói, phản hồi tương tác • 1990-95 : Trở nên phổ biến phim ảnh, sách báo • 2010-nay: Phát triển thiết bị thực ảo hướng người dùng phổ thơng • Sống động - Vividness (biểu diễn mơi trường xác) – breadth (visibility, audibility, touch, smell) – depth (quality, fidelitychính xác) • Tương tác - Interactivity (cho phép người dùng có khả thay đổi môi trường ) – speed (update rates, time lag) – mapping (text, speech, gestures, gaze, complex behavior patterns) So sánh VR dạng media khác THÀNH PHẦN KIẾN TRÚC - Kiến trúc hệ thống virtual environments Thành phần kiến trúc • Đối tượng, thực thể - Objects, entities (ô tô, nhà, bầu trời,… ) – Tính chất hình học - Shape, color, texture – Tính chất vật lý - Weight, speed, position, etc… • Người dùng - User – Tương tác với mơi trường, nhìn thấy camera – Có hình thể tham gia vào giới ảo (avatar) – Có thể nghe, nói (voice recognition) – Có thể di chuyển (gesture recognition) Thành phần kiến trúc • Đa người dùng - Multi user • Mạng máy tính - Network connection • Mơ - Simulation – Điều khiển ứng dụng – Điều khiển hướng kiện (tránh va chạm) – Mơ hướng theo tính chất vật lý đối tượng • Thế giới, mơi trường - World – Kết nối tất phần khác vào thành môi trường mà người dùng hoạt động 10 Hiện diện ảo • "Virtual presence is experienced by a person when sensory information generated only by and within a computer compels a feeling of being present in an environment other than the one the person is actually in” (Sheridan, 1992, pg.6) • Presence: cảm nhận tâm lý xuất môi trường dựa vào cơng nghệ hình thành theo kiểu hồ nhập - immersive • Trên thực tế hệ thống hoạt động theo kiểu không cần thiết áp dụng cho tất người mà cho vài người có vai trị định cộng đồng • Việc tích hợp immersive presence ln tốn khó cho công nghệ Một ứng dụng Presence là: Telepresence teleoperate 29 Telepresence • Telepresence: Là thuật ngữ mô tả việc sử dụng công nghệ khác gây hiệu ứng đặt ngưịi dùng vị trí khác • Telepresence cách mường tượng, hình dung giới sinh hoàn toàn máy tính Đây kỹ thuật kết nối cảm biến từ xa giới thực với cảm giác người điều khiển Các cảm biến từ xa định vị robot, giống cơng cụ • Lính cứu hoả sử dụng phương tiện điều khiển từ xa để xử lý trường hợp nguy hiểm Các bác sĩ giải phẫu sử dụng thiết bị vô nhỏ dây cáp để thực ca phẫu thuật mà không cần rạch lỗ lớn thể bệnh nhân Các thiết bị có video camera nhỏ đầu làm việc (business end) • Các robot trang bị hệ thống telepresence thay đổi cách thức thực thí nghiệm biển sâu núi lửa Kỹ thuật ngồi cịn áp dụng nghiên cứu vũ trụ 30 Telepresence 31 Hồ nhập • Tạo cảm giác hồ nhập người dùng mơi trường, hình ảnh quan sát hình ảnh người sử dụng nhìn bao gồm khơng gian phương hướng • Phần hình ảnh người dùng quan sát phần nhỏ so với không gian hiển thị • Thơng thường cơng nghệ cho hiển thị đóng vai trò quan trọng cảm nhận khác kiểm tra • Hệ thống thực ảo - VR systems tạo cho người dùng phần giới ảo mô không đơn mơi trường ảo mơ góc giới thực mà người dùng hữu • Hệ thống immersive VR hệ thống mô lái máy bay mà hịa nhập kết hợp tinh xảo thiết bị thật hình ảnh ảo Buồng lái thật với thiết bị thực tế cho phép phi công sử dụng chuyến bay bình thường Hình ảnh hiển thị cảnh ảo chuẩn bị sẵn 32 Phân loại Immersive Virtual Environments- mơi trường ảo hồ nhập – đối tượng tương tác quan sát độc lập hoàn toàn với giới thật – Cảnh ảo phản ứng lại hành động tương tác đối tượng – đối tượng tác động lên môi trường thật Semi-Immersive Virtual Environments-môi trường ảo bán hồ nhập – đối tượng tác động lên môi trường thật ảo – vai trị đối tượng mơi trường ảo lớn nhiều so với môi trường thật – tác động nên môi trường thực hạn chế Non-Immersive Virtual Environments – VR thông thường – cảnh 3D phần giới thật (môi trường vật lý) – đối tượng đáp lại hoàn tồn giới thật – Tồn quan hệ với môi trường ảo - VE 33 CÁC THIẾT BỊ VR - Mơ hình phần cứng chung Physical Simulation and Animation Lights Illustration Model Head Position INPUT Hand Position Objects Geometry Surface Properties Dynamic Properties Physical Constrains Acoustic Properties Visual Audio OUTPUT Haptic Collision Detection 35 Hệ thống VR Head Tracker Receiver Head-mounted display(HMD) Head phones Microphone Glove Video Camera Glove tracker receiver Voice Recognition Haptics 3D Sound Processor Face / Gesture / Motion Analysis Host Computer 3D Tracker System Tracker Transmitter VE Real-time OS Machine Intelligence Graphics Processor VE Database 36 Màn hình thiết bị tương tác • Visual Displays (3D imagery) – Head Mounted Displays (HMD) – Projection Displays (CAVE, Virtual Plane) • Acoustic Displays (spatial sound) – Multi-Channel Sound Systems – Specialized Convolution Processors (e.g Convolvotron) • Haptic Displays (force feedback) – Robot Arms (e.g Grope, Phantom) – Active Joystics (e.g Microsoft Sidewinder) – Vibrotactile Devices (e.g Logitec Cyberman) Head Mounted Display (HMD) Oculus Rift, phát triển Oculus VR, Facebook mua lại năm 2014 38 CAVE Automatic Virtual Environment Christe’s CAVE 39 Haptic Displays Bàn phím Tactus cho phép bàn phím ảo hình cảm ứng lên phản hồi bàn phím cứng 40 Các loại thiết bị Haptic Device • • • • Xác định vị trí hướng tay Các thiết bị phản hồi lại lực mô-men Các thiết bị xúc giác Các thiết bị tạo kích thích nóng hay lạnh 41 Các giao diện cảm nhận 42 Các giao diện động học 43 ... giới thực bổ sung (augmented reality) – Sự kết hợp đồ hoạ giới thực tạo thành hệ thống chung phục vụ cho việc nhìn nhận đánh giá giới thực – Kết hợp Telepresence hệ thống thực ảo cho ta thực. .. trường dựa vào cơng nghệ hình thành theo kiểu hồ nhập - immersive • Trên thực tế hệ thống hoạt động theo kiểu không cần thiết áp dụng cho tất người mà cho vài người có vai trị định cộng đồng • Việc... media khác THÀNH PHẦN KIẾN TRÚC - Kiến trúc hệ thống virtual environments Thành phần kiến trúc • Đối tượng, thực thể - Objects, entities (ô tô, nhà, bầu trời,… ) – Tính chất hình học - Shape, color,