Mô phỏng sự tạo bóng của vật thể từ một nguồn sáng trong thực tại ảo

và cảm thấy chúng như có thật. Ngoài khả năng nhìn (thị giác), nghe (thính giác), sờ (xúc giác), các nhà nghiên cứu cũng đã nghiên cứu để tạo các cảm giác khác như ngửi (khứu giác), nếm (vị giác).Tuy nhiên hiện nay trong VR các cảm giác này cũng ít được sử dụng đến.

Các thành phần một hệ thống VR

Một hệ thống VR tổng quát bao gồm 5 thành phần: phần mềm (SW), phần cứng (HW), mạng liên kết, người dùng và các ứng dụng. Trong đó 3 thành phần chính và quan trọng nhất là phần mềm (SW), phần cứng (HW) và các ứng dụng.

Hình 1.2 Các thành phần của hệ thống VR

Phần mềm

Phần mềm luôn là linh hồn của VR cũng như đối với bất cứ một hệ thống máy tính hiện đại nào. Về mặt nguyên tắc có thể dùng bất cứ ngôn ngữ lập trình hay phần mềm đồ họa nào để mô hình hóa (modelling) và mô phỏng (simulation) các đối tượng của VR. Ví dụ như các ngôn ngữ (có thể tìm miễn phí) OpenGL, C++, Java3D, VRML, X3D,...hay các phần mềm thương mại như WorldToolKit, PeopleShop,... Phần mềm của bất kỳ VR nào cũng phải bảo đảm 2 công dụng chính: Tạo hình vào Mô phỏng. Các đối tượng của VR

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 81 trang tài liệu này.

được mô hình hóa nhờ chính phần mềm này hay chuyển sang từ các mô hình 3D (thiết kế nhờ các phần mềm CAD khác như AutoCAD, 3D Studio,..). Sau đó phần mềm VR phải có khả năng mô phỏng động học, động lực học, và mô phỏng ứng xử của đối tượng.

Phần cứng

Phần cứng của một hệ thống bao gồm: Máy tính (PC hay Workstation 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 (Input devices): Chúng bao gồm những thiết bị đầu ra có khả năng kích thích các giác quan để tạo nên cảm giác về sự hiện hữu trong thế giới ảo. Chẳng hạn như màn hình đội đầu HMD, chuột, các tai nghe âm thanh nổi - và những thiết bị đầu vào có khả năng ghi nhận nơi người sử dụng đang nhìn vào hoặc hướng đang chỉ tới, như thiết bị theo dõi gắn trên đầu (head-trackers), găng tay hữu tuyến (wire-gloves).

- Các thiết bị đầu ra (Output devices): gồm hiển thị đồ họa (như màn hình, HDM,..) để nhìn được đối tượng 3D. Thiết bị âm thanh (loa) để nghe được âm thanh vòm (như Hi-Fi, Surround,..). Bộ phản hồi cảm giác (Haptic feedback như găng tay,..) để tạo xúc giác khi sờ, nắm đối tượng. Bộ phản hồi xung lực (Force Feedback) để tạo lực tác động như khi đạp xe, đi đường xóc,...

Đặc tính cơ bản của một hệ thống VR

Một hệ thống thực tế ảo thì tính tương tác, các đồ họa ba chiều thời gian thực và cảm giác đắm chìm được xem 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 thay đổi ngay lập tức thế giới ảo. Người sử dụng nhìn thấy sự vật thay đổi trên màn hình ngay theo ý muốn của họ và bị thu hút bởi sự mô phỏng này.

Cảm giác đắm chìm (immersion): 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 sử dụng hệ thống thực tế ảo. Người sử dụng cảm thấy mình là một phần của thế giới ảo, hòa lẫn vào thế giới đó.VR còn đẩy cảm giác này “thật” hơn nữa nhờ tác động lên các kênh cảm giác khác. Người dùng không những nhìn thấy đối tượng đồ họa 3D, điều khiển (xoay, di chuyển..) được đối tượng mà còn sờ và cảm thấy chúng như có thật. Các nhà nghiên cứu cũng đang tìm cách tạo những cảm giác khác như ngửi, nếm trong thế giới ảo.

Tính tương tác: có hai khía cạnh của tính tương tác trong một thế giới ảo: sự du hành bên trong thế giới và động lực học của môi trường. Sự du hành là khả năng của người dùng để di chuyển khắp nơi một cách độc lập, cứ như là đang ở bên trong một môi trường thật. Nhà phát triển phần mềm có thể thiết lập những áp đặt đối với việc truy cập vào những khu vực ảo nhất định, cho phép có được nhiều mức độ tự do khác nhau (Người sử dụng có thể bay, xuyên tường, đi lại khắp nơi hoặc bơi lặn…). Một khía cạnh khác của sự du hành là sự định vị điểm nhìn của người dùng. Sự kiểm soát điểm nhìn là việc người sử dụng tự theo dõi chính họ từ một khoảng cách, việc quan sát cảnh tượng thông qua đôi mắt của một con người khác, hoặc di chuyển khắp trong thiết kế của một cao ốc mới như thể đang ngồi trong một chiếc ghế đẩy… Động lực học 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 lượng hoặc thông tin.

1.1.2 Ứng dụng của thực tại ảo

Công nghệ thực tế ảo là xu hướng tất yếu của tương lai, giúp con người có cơ hội trải nghiệm những sự việc trong thế giới ảo sống động và chân thực như thế giới thực.Và đây là những ứng dụng phổ biến nhất của công nghệ thực tế ảo trong cuộc sống.

Tại các nước phát triển, chúng ta có thể nhận thấy VR được ứng dụng trong mọi lĩnh vực: Khoa học kỹ thuật, kiến trúc, quân sự, giải trí, du lịch, địa ốc... và đáp ứng mọi nhu cầu: Nghiên cứu- Giáo dục- Thương mại - dịch vụ. Y học, du lịch là lĩnh vực ứng dụng truyền thống của VR. Bên cạnh đó VR cũng được ứng dụng trong giáo dục, nghệ thuật, giải trí, du lịch ảo (Virtual Tour), bất động sản... Trong lĩnh vực quân sự, VR cũng được ứng dụng rất nhiều ở các nước phát triển.

Công nghiệp ôtô

VR được áp dụng trong giai đoạn thiết kế, thử nghiệm an toàn và bán hàng trong ngành công nghiệp ô tô. Công nghệ này sẽ mô phỏng thiết kế xe để các chuyên gia đựa vào đó đánh giá mà không cần phải sản xuất ra một mẫu thử nghiệm tốn kém. Vì đặc điểm hữu ích này mà công nghệ VR được các hãng ô tô lớn trên thế giới sử dụng.

Hình 1.3 Hệ thống Distracted Driving Simulator

Du lịch

Các ứng dụng VR trong du lịch giúp hướng dẫn viên có thêm kiến thức về những điểm đến trên toàn thế giới mà không cần tiền trạm.Đối với du khách, họ có thể chọn và trải nghiệm ảo các địa điểm du lịch trước khi quyết định mua tour.Thậm chí, một số nhà hàng, khách hàng còn dùng VR để giúp khách hàng hiểu rõ hơn về dịch vụ cung cấp.

Hình 1.4: Hệ thống du lịch ảo mẫu 1

Giải trí

Ở lĩnh vực điện ảnh, giải trí, game nhờ sử dụng công nghệ VR nên đã có những bước tiến mạnh mẽ. Minh chứng cho thấy là người dùng có thể giải trí với hằng trăm đầu trò chơi thực tế ảo. Thậm chí, các đạo diễn lừng danh đang có kế hoạch triển khai các dự án phim VR khổng lồ.

Phim ảnh và truyền hình: Trong nhiều thập kỷ qua, nhiều nhà sản xuất ngày càng mở rộng nội dung dựa trên công nghệ VR, tiêu biểu như hai bộ phim bom tấn The Matrix (Ma trận) và Inception (Sự khởi đầu).

Công nghiệp âm nhạc: Âm thanh đa chiều và video 360 độ đang trở thành một định dạng được lựa chọn hàng đầu cho nền công nghiệp thu âm và mix nhạc của các nhà sản xuất.

Game: Những trò chơi hành động phiêu lưu sẽ mở đường cho bạn đến với một thế giới mới hào hứng kỳ vĩ và khiến lượng adrenaline trong cơ thể bạn sôi trào đến độ không thể rời khỏi thế giới đó. Âm thanh 3D được xây dựng riêng cho mỗi vật thể khiến cảnh quan trong game biến hóa liên tục.

Kiến trúc

Khách hàng được mục sở thị không gian sống, nội thất, cảnh quan xung quanh qua hình ảnh 3D 360 độ để có thể đánh giá thực tế ngôi nhà. Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thực tế ảo (VR) cùng những trải

nghiệm tích hợp đa dạng mà nó mang lại đã giúp các nhà marketing có thêm một kênh tiếp thị hình ảnh hiệu quả đến khách hàng.

Hình 1.5: Mô hình 3D trong thiết kế nội thất

Giáo dục

Sử dụng VR giúp việc dạy và học từ xa sẽ dễ dàng và hiệu quả hơn.

Hiện nay, công nghệ VR được sử dụng nhiều nhất trong lĩnh vực này như:

Google Expeditions là công cụ giảng dạy trong thực tế ảo cho phép bạn dẫn đầu hoặc tham gia các hành trình ảo lôi cuốn trên toàn thế giới, tiếp cận với những địa danh lịch sử, lặn sâu dưới nước cùng những chú cá mập, thậm chí dạo

chơi ngoài không gian.

Thực tế ứng dụng công nghệ VR trong đào tạo của Việt Nam

Ở Việt Nam, công nghệ VR cũng đã bắt đầu được một số cơ sở đào tạo triển khai ứng dụng. Điển hình là Hệ thống mô phỏng huấn luyện bắn súng bộ binh (Trường bắn ảo) do Viện Công nghệ Mô phỏng - Học viện Kỹ thuật Quân sự nghiên cứu, thiết kế, chế tạo. Hệ thống được sử dụng để huấn luyện bắn và bắn kiểm tra súng bộ binh dựa trên công nghệ mô phỏng nhằm tăng cường kỹ năng ngắm bắn cho bộ đội trước khi thực hiện bắn đạn thật trên thao trường. Hệ thống mô phỏng các đối tượng mục tiêu, thực địa trong môi trường 3D, mô phỏng âm thanh, hình ảnh quá trình tương tác

thực - ảo, mô phỏng hiện tượng giật của súng như khi bắn đạn thật.Bên cạnh việc tránh được những rủi ro, hệ thống này giúp giảm thời gian và chi phí huấn luyện trên vũ khí thật.

Trong lĩnh vực y học, Khoa Y - Trường Đại học Duy Tân, Đà Nẵng đã áp dụng công nghệ VR để mô phỏng cơ thể ảo phục vụ công tác giảng dạy, học tập, nghiên cứu cho Bộ môn Giải phẫu. Mô hình mô phỏng các bộ phận chính của cơ thể con người như hệ xương, hệ cơ, hệ thần kinh, hệ tiêu hoá. Thông qua mô hình và hệ thống phần cứng điều khiển, tương tác, sinh viên làm quen với việc thực hành trên các thiết bị nội soi và thực hành giải phẫu thay vì học trực tiếp trên xác, tiêu bản hoặc tranh. Mô hình này đã được triển khai tuy sinh viên còn bỡ ngỡ vì đang quen với cách học truyền thống nhưng các em rất hứng thú với công nghệ mới này.

Hình 1.6: Mô hình VR mô phỏng cơ thể người

Ứng dụng VR của PESVN dựng lên một không gian ba chiều, trong không gian đó, tất cả những thiết bị điện của PESVN cũng được trang bị và thể hiện theo kích thước, hình dạng và màu sắc thực tế. Khách hàng có thể quan sát các thiết bị này ở mọi góc nhìn. Họ có thể sử dụng thử các loại công tắc, ổ cắm… có thể trực quan nhìn được ánh sáng, màu sắc của các loại đèn

LED, đèn treo tường cũng như cảm nhận được hoạt động của các thiết bị phụ trợ như quạt điện, quạt hút, máy lọc không khí…

Hình 1.7: Ứng dụng VR của Panasonic Eco Solutions

Công cụ thực tại ảo này sẽ giúp ích rất nhiều cho khách hàng trong việc suy tính và lựa chọn những sản phẩm cần thiết, phù hợp với sở thích và môi trường của họ trước khi ra quyết định mua.Điều này là một tiến bộ vượt trội mà trước đây chưa bao giờ có.

1.1.3. Lịch sử phát triển của Thực tại ảo

Vào giữa những năm 50 Morton Helig đã phát minh ra thiết bị mô phỏng SENSORAMA. Đây là một thiết bị điều khiển gồm có: một màn hình thực thể kính, quạt,máy tạo mùi, loa âm thanh và một chiếc ghế di chuyển được. Ông cũng phát minh ra màn hình truyền hình được gắn vào thiết bị để xem phim 3D.Đây được xem là tiền đề cho sự phát triển của VR sau này.