Các qui trình phân tích, thiết kế và triển khai được phát triện theo cách tiếp cận hướng đối tượng, sử dụng ngôn ngừ mô hình hóa thông nhật ƯML. ơ thời điêm hiện tại, chúng tôi đã có một hồ sơ phân tích, thiết kế chi tiết bộ công cụ này. về phần triển khai, chúng tôi đã xây dựne hoàn chỉnh Công cụ trình diên trên cà máy tính cá nhân và môi trường Web.
5.2. Các tính năng
Thẹo mo hình lý thuỵêt, bài giảng trộn thê hiện nội dung trên một môi trườnơ ba chieụ bao gom: mo hình ba chieu, dữ liệu tăng cường (video, sound image, text) Ngươi sư dụng được ho trợ một sô tương tác với bài giảng. Các thành phần nội dung và nội dung được tổ chức theo chuẩn SCORM. Do vậy, côns cụ trình diễn có những tính năng cơ bản sau:
• Trình diễn các mô hình ba chiều.
• Trình diễn các dữ liệu đa phương tiện: audio, video, text, images.
• Trình diên bài giảng trộn theo kịch bản trone file đặc tả nội duns bài giàne. • Hỗ trợ các thao tác với bài giảng:
o Xoay, di chuyển, phóng to, thu nhỏ các đối tượng ba chiều, o Điều khiển sự trình diễn dữ liệu tăng cường.
5.3. Các vấn đề kỹ thuật
5.3.1 .Mô hình triển khai
o Trên mảy tỉnh cá nhân: Công cụ trình diễn bài giảng trộn có thể chạy độc lập trên bất ký một máy tính cá nhân cài hệ điều hành MS Window. Các file dừ liệu ở dạng văn bản và đa phương tiện. Người sử dụng không cân cài đặt các chương trình phụ trợ.
o Trẽn môi trường Web: Công cụ trình diễn bài giảng trộn trên nên Web hỗ trợ người học truy cập, sử dụng những bài giảng trộn theo mô hình Client - Server. Các dữ liệu về bài giảng và công cụ trình diên được đạt trên một server e learning. Người học sử dụng các Web Browser đê truy cập đên những bài giảng này.
H ìn h 5. 2. K iến trú c C lient - S erver cho bài g iả n g trộn p h â n tản
5.3.2.Định dạng dữ liệu
o ^ VRML (Virtual Reality M oderling Language)-, là một ngôn neữ đơn eiản mò tả các vật thê ba chiêu và các môi trường trường tương tác. Đay cũn2 là mọt chuẩn m ợ rộng cho thê giới ảọ ba chiêu trên Internet [16]. Hiện nay, VRML được hỗ trợ bơi hau het cac nha phạt tnen đô hoạ ba chiêu cũng như những nhà cun° cấp Web Browser. Trong bai giang trộn, các mô hình ba chiều được thể hiện thôns qua nhưng file VRML. Những file này đặc tả các mô hình ba chiều với dầv đù các thuộc tính vê hình hục, ánh sáng, vật liệu, bề mặt....
o XM L (Extensible Markup Language’): XML là ngôn ngữ được sừ dụns đé mô tả dữ liệu. Các thẻ của XML không được định nghĩa trước [17]. Trong bài giảng trộn, việc mô tả và tô chức nội dung bài giảng tuân theo chuẩn SCORM dựa trên việc sinh ra và sử dụng những file đặc tả nội đung bàng XML sừ dụne một số thẻ định nghĩa trước được cung cấp bởi SCORM. Các thành phần nội dune được tô chức thành các asset, SCO. Nội dung bài giảng tổ chức thành các c o để đàm bảo thê hiện đâỵ đủ nội dung, trình diễn đúng theo thứ tự xác định trước. Tuy nhiên, do một sô đặc trưng trong trình diễn (sự tăng cường thông tin, các dữ liệu 3D thê hiện dưới dạng những file VRML), chúng tôi có sừ dụng thêm một số thẻ mở rộng.
5.3.3. Ngôn ngữ lập trình
o OpenGL: là một đặc tà thư viện đồ họa mức thấp [14]. OpenGL dược phát triển bởi Silicon Graphics. OpenGL cung cấp cho người lập trình một tập lệnh cho phép thể hiện các đặc tả đối tượng hình học trong không gian hai chiều hoặc ba chiều. OpenGL API được thiết kể để sử dụng với ngôn ngữ lập trình c và C++ nhưng cũng có thể kết hợp với những ngôn ngữ lập trình khác như Java, Tcl, Ada .... Công cụ trình diễn bài giảng trộn trên máy tính cá nhân được lập trình với Visual C++ và OpenGL. Phần mềm này hoạt động tôt trên một máy tính cài MS Windows và không yêu cầu sự hỗ trợ của bất kỳ phần mềm nào khác.
o Java: là một ngôn ngữ lập trình được xây dựng bởi Sun Microsystem. Java ra đời từ một động lực mạnh mẽ của chính nên công nghiệp máy tính đang phát triên như vũ bảo, đòi hỏi phải có một ngôn ngữ hỗ trợ xây dựng các thành phàn Web download được. Ngay sau khi ra đời, nó đã được sừ dụng rât rộng rãi trong nhiêu ứng dụng trên mạng. Java3D API là một tập các lớp hô trợ đô họa 3D trong Java. Công cụ trình diễn bài giảng trộn trên nền Web được lập trình với Java và Javạ3D. Các bài giảng trộn được trình diễn dưới dạng một applet. Người học có thê tải chúng từ server và chạy trên những máy tính có Web browser tương thích VƠI Java.
5.4. Bài giảng thử nghiệm
Chúng tôi đã xây dựng một bài eiảng thừ nghiệm, sử dụng công cụ MR Lesson Viewer để trình diễn. Đây là một bài giảng môn Địa lý. Nội dung bài giảng giới
thiệu về các nước trên thế giới. Bài giảng có thể được sử dụng bởi giáo các tiết học hoặc để học sinh tự tìm hiểu và khám phá nội dung.
r , — : -r.i
9"» r» 1»
ù|jS|P| "|rM|r-| gjjil
viên trona
H ình 5. 3. M inh họa bà i g iả n g trộn trên bộ công cụ trình diễn
Sử dụng công cụ trinh diễn, bài giảng được trình diễn một cách sinh động với những dữ liệu 3D, video, sound, text. Mô hình quả địa cầu được xây dụng dưới dạng ba chiều, hỗ trợ thao tác xoay, di chuyển, phóng to, thu nhỏ đóng vai trò như một giáo cụ trực quan. Thông tin vê các nước trên thê giới được xem như những dữ liệu tăng cường, thể hiện sinh động dưới dạng text, video, audio, trình diễn theo kịch bản dưới sự điều khiển của người sử dụng. Bài giảng cung cấp thông tin đầy đủ, sinh động, phong phú tạo ra một môi trường học có khả năng truyền đạt tri thức cao, tạo hứng thú học tâp cho học viên.
5.5. Đánh giá
Với minh hoạ được trình bày ờ trên, bài giảng trộn đã thể hiện rõ những điểm mạnh so với các bài giảng đa phương tiện hiện có. Sau đây là một số ưu điểm của bài giảng trộn được đem lại do sự ứng dụng công nghệ thực tại trộn và áp dụng những nguyên tắc tổ chức nội dung bài giảng trong đào tạo điện tử:
• HỒ trợ những bài giảng có trình diễn 3D, phù hợp với những môn học có nội dung phức tạp hoặc đòi hòi khả năng tưởng tượng không gian của học viên.
• Hỗ trợ trình diễn các dữ liệu đa phương tiện.
• Cung cấp một môi trường học có sự tăng cường và tổng hợp thông tin, có sự kết dính chặt chẽ giữa các định dạng dữ liệu dựa trên việc phân lọại hợp lỵ các yếu tố thực ảo, các thông tin chính, phụ và có chiên lược kêt hạp. bô sung thông tin hợp lý.
• Hỗ trợ tương tác giữa bài giảng với người sử dụng, đóng vai trò như một giáo cụ trực quan, tăng cường hứng thú và hiệu quà học tập.
• Bai giang trộn có thê được xây dựng dựa trên những tài neuvẽn có sẵn tron2 các hệ thông e-leaming. Nội dung học dễ dàng thay đổi, sửa chừa.
Trên thực tê, một bài giảng trộn có thê được xây dựne bằn2 cách sử dụne nhừna công cụ có săn, Tuy nhiên, những công cụ này chi đảm bảo thể hiện được bài giảng trộn theo một kịch bản cô định, xác định trước. Nội dung bài giàna khôna có tính động, không tuân theo chuân, việc xây dựng phức tạp nên khó phổ dụne đối với giảng viên, Viêc trình diên thiêu các tính nãng tương tác. Bài eiàng thử nghiệm Điện Biên Phủ 1954 đã chứng tỏ điều này.
Do vậy, việc sử dụng bộ công cụ chuyên dụng cho bài eiàna. trộn đã khắc phục được những nhược điểm trên, thể hiện được đầy đủ tính chất và ưu điềm của những bài giảng đặc biệt này:
• Giúp giáo viên soạn thảo và trình diễn bài giàne trộn một cách dễ dàne và hiệu quả nhờ sự thiết kế chuyên dụng, trình diễn trực quan sinh động, cung cấp khả năng thay đổi, sửa chữa nội dung bài giảng, kịch bản trình diễn. • Giúp học sinh tiếp thu bài nhanh chóng do khả năng thể hiện các dữ liệu đa
phương tiện, trình diễn trực quan sinh động theo kịch bản xác định trước, hỗ trợ tương tác.
• Dễ dàng giao tiếp, tích hợp với các hệ thống e-Leaming đã tôn tại do hỗ trợ xây dựng và trình diễn các tài nguyên và nội dung bài giảng theo SCORM,
KÉT LUẬN VÀ HƯỞNG PHÁT TRIẺN
Đề tài đã tập trung nghiên cứu một số vấn đề như sau:
o Hệ thông hóa những vân đê lý thuyết về e learning và thực tại trộn - một công nghệ mới trên thế giới và ở Việt Nam.
o Đe xuat hướng ứng dụng thực tại trộn vào e learning: bài giảng trộn. o Đê xuât mô hình lý thuyết cho bài giàne trộn.
o Xây dựng bài giảng trộn thừ nghiệm nhàm đánh giá hiệu quà của bài giảng dạng này và khả năng xây dựng sử dụne những côns cụ có sẵn. o Phân tích thiết kế chi tiết bộ công cụ tạo và trình diễn bài £Ĩản° trộn o Xây dựng phần mềm hỗ trợ trình diễn bài eiảng trộn trên một máy tính
đơn và trên môi trường Web.
Việc thực hiện đề tài đã thu được một số kết quả: • Kết quả khoa học:
o 02 báo cáo khoa học
■ Đặna Trung Kiên, Nguyễn Thị Nhật Thanh. 2004. "ư n g dụng Thực tại trộn trong Đào tạo điện từ ”. Hội thào quôc gia vê Công nghệ thông tin lần thứ 7, Đà Nang.
■ N.T.N Thanh, B.T. Duy, D.T. Kien. 2005. "Electronic Lessons applied M ixed Reality Techonology in E Learning
The First Young Vietnamese Scientists Meeting (YVSM ‘05), Nha Trang.
o 01 bài báo tại Tạp chí khoa học Đại học Quốc Gia Hà Nội (sẽ đăng) ■ Electronic Lessons applied M ixed Reality' Technology’ in E
Learning.
• Kết quả ứng dụng:
o 01 mô hình thực tại trộn ứng dụng trong đào tạo điện tử • Kết quả đào tạo
■ Nguyên Thị Nhật Thanh. 2004. ử n a dụna thực tại trộn trong đào tạo điện từ. Luận văn thạc sỹ, Đại học Côna nshệ, ĐHQG Hà nội.
Hướng phát triên tiêp theo là tiêp tục hoàn thành nhừne chức nãna đã được phân tích, thiêt kê nhăm tạo ra một bộ công cụ tạo và trình diên bài eiàna điện tử trộn hoàn thiện. Đông thời, bộ công cụ này cũng cần được tích hợp vào một hệ thống e- leaming, hoạt động thử nghiệm, thu thập ý kiến để từ đó có những đánh giá chính xác về hiệu quả, chất lượng xây dựng và trình diễn bài giảng của ứng dụng dạng
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[ ì] Advanced distributed learning, (2004), SCORM 2004 Overv iew
hltp://ww\v. cui! net. ore/.
[2] Bajura, Mike, Henry Fuchs, and Ryutarou Ohbuchi, (1992), Merging Virtual Reality with the Real World: Seeing Ultrasound Imagery’ Within the Patient. Proceedings of SIGGRAPH ‘92 (Chicago, IL, 26-31 July 1992).
[3] Commission on Technology and Adult Learning, 2001, A Vision o f E-Learning
fo r Am erica s Workforce, h ftp://ress()iirces.algora.or ỵ/re peres/com prendre le d lire 2 asp.
[4] D. Drascic, p. Milgram, (1991), Perceptual Issues in Augmented Reality, Stereoscopic Displays and Virtual Reality Systems III, Proceedings of SPIE 2653
pp. 123-134.(4)
[5] D. Schmalstieg, Introduction to Augmented Reality and Studierstube, http://\vw\v. ims. tmvien. ac. at/teach ing/vr/fol ien/03-ar.st b-2003. pdf.
[6] Dieter Muller. (2004). Vitual Laboratory in Mechatronics (MARVEL project). hi tp:/Avww. arteclab.uni-bremen.de.
[7] Durlach, Nathaniel I. and Anne s. Mavor (editors), (1995), Virtual Reality: Scientific and Technological Challenges, (Report of the Committee on Virtual Reality Research and Development to the National Research Council) National Academy Press. ISBN 0-309-05135-5.
[8] E.Dubois et al, (2002), Notational Support for the Design o f Augmented Reality System, Proceedings of the 9th International Workshop on Design, Specification and Verification of Interactive Systems. LNCS Vol 2545, pp.74-88.
[9] F. Wilhelm Bruns. (2001). Hyper-Bonds Enabling Mixed Reality. Artec.
[10] F.Liarokapis, P.Petridis, p.F.Lister, M.White. (2002). Multimedia augmented reality interface fo r e-learning (MARIE). World Transactions on Engineering and Technology Education, UICEE,Vol.l, No.2.
[11] Grimson, w., T. Lozano-Perez, w. Wells, G. Ettinger, s. White and R. Kikinis. (1994). An Automatic Registration Method for Frameless Stereotaxy, Image Guided Surgery and Enhanced Reality Visualization. Proceedings of IEEE Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (Los Alamitos, CA, June 1994), pp.430-436.
[12] Grimson, W.E.L., G.J. Ettinger, S.J. White, P.L. Gleason, T.Lozano-Perez, W.M. Wells III, and R. Kikinis. (1995). Evaluating and Validating an Automated Registration System fo r Enhanced Reality Visualization in Surgery. Proceedings of Computer Vision, Virtual Reality, and Robotics in Medicine '95.
[13] http://www.edutool.info.
[14] http://w'ww.eecs.tulane.edu/\vw\v/Terry/QpenGL/Introduction.html" Introduction
[ 1 5 ] /;//£>// A n n f idc. com
[ 16] http://www.sdsc. edu/siggraph96vrml'/
[ 1 8 ] http://WWW, w 3 schools, com /m edia/
[19] Jared M.Carman. (2002). Blending Learning Design: Five Key Ingradients. http://WWW, know I edge net. coì7ì/ndf/Blended%20Learnwợ%20Desiữn HI2KP DF.
[20] Joseph T. Sinclair, Lam w., Ph.D. Sinclair, Joseph G. Lansing. Creating ỉỉ eb- Based Training.
[21] Mark A. Livingston et a], (2002), An Augmented Reality System for Military Operations in Urban Terrain, Proceedings of Interservice / Industry Training, Simulation & Education Conference (I/ITSEC), Orlando, Florida.
[22] Martin Faust, Wilhelm Bruns. (2001). Mixed Reality Web Service - 'Air through the Internet. Research Center for Work-Environment-Technology, University of Bremen Germany.
[23] Mellor, J. p. (1995). Enhanced Reality Visualization in a Surgical Environment.
MS Thesis, Department of Electrical Engineering, MIT.
[24] N. Fujiwara, T. Onda, H. Masuda, & K. Chayama, (2000), Virtual Property Line Drawing ont the Monitor fo r Observation o f Unmaned Dam Construction Site, IEEE and ACM International Symposium on Augmented Reality.
[25] P. Milgram & F. Kishino, (1994), A Taxonomy o f Mixed Reality Visual Displays,
IEICE Transactions on Information Systems, Vol E77-D.
[26] P.Milgram, David Drascic, Julius J. Grodski, Anu Restoei, Sumin Zhai, Chin
Zhou, (1995), M e rg in g Real a n d V itual W orld, Proceedings o f IMAGINA’95. Monte
Carlo.
[27] P.Milgram, Haruo Takemura, Akira Utsumi, Fumio Kishino, (1994), Augmented Reality: A class o f displays on the reality vituality continuum, SPIE Vol. 2351, Telemanipulator and Telepresence Technologies.
[28] Rogerino Barra, Markus Hause. (2000). Recommended Practices for 3D Associative Text. CAx Implementor Forum.
[29] Ronald T. Azuma, (1997), A Survey o f Augmented Reality, Teleoperators and Virtual Environments 6, pp.355-385.
[30] Rose, Eric, David Breen, Klaus Ahlers, Chris Crampton, Mihran Tuceryan, Ross Whitaker, and Douglas Greer. (1995). Annotating Real-World Objects Using Augmented Reality. Proceedings of Computer Graphics International '95, pp.357-370.
[31] S. Feiner et al. (1997), A Touring Machine: Prototyping 3D Mobile Augmented Reality Systems fo r Exploring the Urban Environment. Proc. 1st Int’l Symp. Wearable Computers (ISWC ‘97), IEEE c s Press, Los Alamitos, Calif., 1997, pp. 74-81.
[32] S. Weghorst. (1997). Augmented Reality arid Parkinson's Disease. Comm. ACM, vol. 40, no. 8, pp. 47-48.
[33] State, Andrei, David T. Chen, Chris Tector. Andrew Brandt, Hong Chen.
Rvutarou Ohbuchi, Mike Bajura and Henry Fuchs.(1994). Case Study: O bsenwg a Volume Rendered Fetus within a Pregnant Patient, Proceedings of IEEE Visualization '94.
[34] Sun Microsystems. "E-leaming application infrastructure".
http://www.sun.com/prnducts-n-.solutinns/edit
whitepapers/pdf/e Learning Application Infrastruaure wn.odi
[35] T. Hollerer et al, (1999), Exploring MARS: Developing Indoor and Outdoor User Interfaces to a Mobile Augmented Reality System. Computers and Graphics, vol. 23. no.
6, pp.779-785.
[36] Thomas Jung, Mark D.Gross, Ellen Yi-Luen Do. (1996). Annotating and
S k etch ing on 3 D Web m o d e l s . http://dc'Dts Washington, v d w s ix ic e p c n p u b s iui02.pdf.
[37] Vu Thi Thu. (2004). Đánh giá cóng cụ Atutor, Moodle và ứng dụng vào hệ thong e-learning. Khoá luận tot nghiệp đại học chính qui 2004 - Khoa công nchệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội.
[38] w . Piekarski & B. Thomas, (2002), ARQuake: The Outdoor Augmented Reality Gaming System, Communications of the ACM, Vol 45. No 1, pp. 36-38.
[39] Www.cybertherapy.infor, Sensing in VR,
httv://ww\v. cybertherapy. info/pages/sensing, him
[40] Y. Rogers et al, (2002), A Conceptual Framework for Mixed Reality Environments: Designing Novel Learning Activities for Young Children, Teleoperators and Vitual Environments, Vol 11, No 6, pp.677- 686.
PHỤ LỤC: BÁO CÁO KHOA HỌC VÀ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP
Application o f Mixed Reality in C-Learning
DANG TRUNG K.IEN1 NGUYEN THI NHAT THANH'
'College o f Technology, VNU, !44Xuan Thuy Road, Cau Giay, Hanoi. Vietnam Corresponding Author’s E-mail address: (kiendt_cn, thanhnlnja vnu.edu. vn
Mixed Reality (MR) with the capacity o f overcoming Virtual R eality’s weak points (the restriction o f recreating exactly actual objects, users are set apart from the fact and don’t have any information about the real environment) has been applied to many areas in recent years. The key characteristic o f MR is information augmentation to virtual/real objects, which helps people acquire knowledge rapidly and easily. E-learning is a new training method which uses electronic technology to create and distribute lessons. Now, It is rather popular application in Vietnam. In this paper, we introduce MR; the applications of MR in e-learning and some results from using mixed reality technology to produce an experiment MR electronic lesson.
Keyword: mixed reality, augmented reality, augmented virtuality, e learning, electric lesson, virtual reality.
1. Introduction
Virtual Reality (VR) is rather popular application. This technology is based on the power of computers to make virtual worlds that simulate physical environments. However, in those virtual environments, users are set apart from the fact and don’t have any information about real objects. Therefore, they may misunderstand them. Besides, VR is limited to reconstructing objects that requires high precision.