Luận Văn Tìm hiểu công nghệ thực tế ảo và ứng dụng

Đồ án tốt nghiệp năm 2012
Đề tài: Tìm hiểu công nghệ thực tế ảo và ứng dụng


MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN 1
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THỰC TẠI ẢO 4
1.1. Thực tế ảo là gì ? 4
1.2. Lịch sử phát triển của công nghệ thực tế ảo 5
1.3. Các đặc tính chính của VR . 6
1.4. Các thành phần một hệ thống VR 6
1.4.1. Phần cứng (Hardware) . 6
1.4.2. Phần mềm (Software) . 7
1.5. Các thiết bị cơ bản . 8
1.5.1. Thiết bị định hướng và chuyển động . 8
1.5.2. Thiết bị tương tác và phản hồi . 11
1.6. Một số ứng dụng chính của VR . 12
1.6.1. Quân sự 12
1.6.2. Giáo dục . 13
1.6.3. Xây dựng 14
1.6.4. Y học 14
CHƯƠNG 2. TÌM HIỂU VỀ CÔNG CỤ 3DMAX 15
2.1. Tổng quan về 3dmax 15
2.1.1. Giới thiệu 15
2.1.2. Một số khái niệm cơ bản 15
2.1.2.1. Ba chiều 15
2.1.2.2. Dựng mô hình 15
2.1.2.3. Hiển thị mô hình 16
2.1.2.4. Diễn họa. 16
2.1.2.1. Hoạt hình 16
2.2. Các phép biến đổi. 17
2.2.1. Các phép biến đổi mirror, align, array. 17
2.2.1.1. Lệnh Mirror 17
2.2.1.2. Lệnh Array. 17
2.2.1.3. Lệnh Align. 18
2.2.1. Các phép biến đổi hình dạng 19
2.2.1.1. Edit spline . 19
2.2.1.2. Extrude. 19
2.2.1.3. Lathe. 20
2.2.2. Các phép biến đổi hình học 20
2.2.2.1. Bend. 20
2.2.2.2. Taper 20
2.2.2.3. Twist. 21
2.3. Gán vật liệu – vật liệu 22
2.3.1. Cửa sổ biên tập chất liệu 22
2.3.2. Các kiểu vật liệu đơn giản 22
2.3.2.1. Vật liệu có màu hoen ố hay sáng chói. 22
2.3.2.2. Vật liệu màu chuyển tiếp. 22
2.3.2.3. Vật liệu có những gai lồi lõm . 23
2.3.3. Thao tác với các ảnh map. 23
2.3.3.1. Ảnh Bitmap 23
2.3.3.2. Thao tác 24
2.4. Ánh sáng light và camera. 24
2.4.1. Ánh sáng light 24
2.4.1.1. Ommi 25
2.4.1.2. Target spot & free spot . 25
2.4.1.3. Target Direct & free Direct 25
2.4.2. Camera. 25
2.5. Kết xuất tập tin. 26
2.5.1. Xuất tập tin ra mô hình 26
2.5.2. Xem trước khi xuất tập tin. 26
CHƯƠNG 3. NGÔN NGỮ VRML 27
3.1. Giới thiệu về VRML 27
3.1.1. VRML là gì ? . 27
3.1.2. Định nghĩa về VRML 27
3.1.3. Lịch sử ra đời và phát triển của VRML . 28
3.1.4. Đặc điểm cơ bản của VRML . 29
3.2. Các vấn đề cơ bản của VRML . 29
3.2.1. Các thành phần cơ bản của VRML 29
3.2.2. Công cụ hiển thị VRML . 30
3.2.3. Tập tin của VRML . 30
3.3. Tìm hiểu chi tiết về VRML 31
3.3.1. Xây dựng các đối tượng hình học cơ bản 31
3.3.2. Xây dựng một số hình phức tạp . 33
3.3.3. Các phép biến đổi trong VRML . 39
3.3.4. Màu sắc trong VRML 42
3.3.5. Nhóm node . 43
3.3.6. Một số phương pháp vẽ trong VRML . 45
3.3.7. Texture Mapping 46
3.3.8. Script 46
CHƯƠNG 4. ỨNG DỤNG VRML TRONG VIỆC XÂY DỰNG MÔ
HÌNH TỦ KÍNH TRƯNG BÀY CỔ VẬT . 48
4.1. Bài toán 48
4.2. Yêu cầu đặt ra và hướng giải quyết. 48
4.3. Một số kỹ thuật xây dựng mô hình 48
4.3.1. Kế thừa sử dụng mô hình gốc 48
4.3.2. Sử dụng cảm biến. 50
4.3.3. Kết quả đạt được 51
KẾT LUẬN . 52
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 53


LỜI MỞ ĐẦU
Thực tế ảo là một thuật ngữ mới xuất hiện khoảng đầu thập kỷ 90, nhưng ở
Mỹ và châu Âu thực tế ảo (Virtual Reality) đã và đang trở thành một công nghệ mũi
nhọn nhờ khả năng ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực (nghiên cứu và công
nghiệp, giáo dục và đào tạo, thương mại và giải trí, ) và tiềm năng kinh tế, cũng
như tính lưỡng dụng (trong dân dụng và quân sự) của nó. Tại Việt Nam, tuy là một
lĩnh vực mới nhưng đã có những công trình r ất hữu ích như: tái hiện lại con Sao La
hay một Văn Miếu Quốc Tử Giám ảo mà ta có thể đi lại quan sát trong đó. Chính vì
tầm quan trọng cũng như khả năng ứng dụng to lớn đó nên việc nghiên cứu về thực
tại ảo là vô cùng cần thiết. Và trên cơ sở đó có thể xâ y dựng một ứng dụng thực tại
ảo hoàn chỉnh.
Chính vì vậy mà em đã chọn đề tài tốt nghiệp: ” Tìm hiểu công nghệ thực tế
ảo và ứng dụng”. Đồ án này gồm có phần mở đầu, kết luận và nội dung:
Chương 1: Tổng quan về thực tại ảo
Chương 2: Tìm hiểu công cụ 3dmax
Chương 2: Ngôn ngữ VRML
Chương 3: Ứng dụng VRML trong việc xây dựng mô hình tủ kính trưng bày
cổ vật


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ THỰC TẠI ẢO.
1.1. Thực tế ảo là gì ?
Thực tế ảo-Virtual Reality( VR ) là một hệ thống mô phỏng trong đó đồ họa
máy tính được sử dụng để tạo ra một thế giới "như thật". Hơn nữa, thế giới "nhân
tạo" này không tĩnh tại, mà lại phản ứng, thay đổi theo ý muốn (tín hiệu vào) của
người sử dụng (nhờ hành động, lời nói, ). Điều này xác định một đặc tính chính của
VR, đó là tương tác thời gian thực (real-time interactivity). Thời gian thực ở đây 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.
Điều này chúng ta có thể nhận thấy ngay khi quan sát trẻ nhỏ chơi video
game. Theo báo Bild (Đức), có hai trẻ nhỏ ở Anh bị thu hút và mải mê chơi
Nintendo đến nỗi ngay cả khi nhà chúng đang bị cháy cũng không hề hay biết!
Tương tác và khả năng thu hút của VR góp phần lớn vào cảm giác đắm chìm
(immersion), cảm giác trở thành một phần của hành động trên màn hình mà người
sử dụng đang trải nghiệm. Nhưng VR còn đẩy cảm giác này "thật" hơn nữa nhờ tác
động lên tất cả các kênh cảm giác của con người. Trong thực tế, người dùng không
những nhìn thấy đối tượng đồ họa 3D nổi (như hình nổi ở trang cuối báo Hoa học
trò đã đăng trước kia), điều khiển (xoay, di chuyển, ) được đối tượng trên màn hình
(như trong game), mà còn sờ 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.
Từ các phân tích trên, chúng ta có thể thấy định nghĩa sau đây của C. Burdea
và P. Coiffet về VR là tương đối chính xác: VR- Thực Tế Ảo là một hệ thống giao
diện cấp cao giữa Người sử dụng và Máy tính. Hệ thống này mô phỏng các sự vật
và hiện tượng theo thời gian thực và tương tác với người sử dụng qua tổng hợp các
kênh cảm giác. Đó là ngũ giác gồm: thị giác, thính giác, xúc giác, khứu giác, vị
giác.
5
1.2. Lịch sử phát triển của công nghệ thực tế ảo
Khái niệm thực tế ảo đã có trong nhiều thập niên nhưng nó chỉ thực sự được
nhận thức vào đầu những năm 90. Vào giữa những năm 50 Morton Heilig (Mỹ) đã
phát minh ra thiết bị mô phỏng SENSORAMA. Đó là 1 thiết bị điều khiển 1 người
sử dụng gồm có : một màn hình thực thể kính, quạt, máy tạo mùi, loa âm thanh và 1
chiếc ghế có thể di chuyển được. Ông cũng phát minh ra màn hình truyền hình được
gắn vào đầu để có thể xem phim 3D. Tuy là những sản phẩm phục vụ cho điện ảnh
nhưng những khái niệm của Heilig đã trở thành tiền đề cho VR sau này.
Những kỹ sư của Công ty Philco là những người đầu tiên phát triển HMD
vào 1961, gọi là Headsight. Cái mũ sắt bao gồm một màn ảnh và hệ thống theo dõi
video đã những kỹ sư liên kết tới một hệ thống camera mạch đóng. Họ dự định sử
dụng HMD trong các tình huống nguy hiểm - một người có thể quan sát một môi
trường thực sự từ xa, điều chỉnh góc quay camera bằng cách quay đầu. Bell
Laboratories đã sử dụng HMD cho những phi công lai máy bay trực thăng. Họ liên
kết HMD với những camera hồng ngoại gắn bên ngoài máy bay giúp phi công có
thể nhìn rõ ngay cả trong môi trường thiếu ánh sáng.
Vào 1965, một nhà khoa học máy tính có tên Ivan Sutherland hình dung điều
mà ông ta gọi là "Ultimate Display". Sử dụng hiển thị này, một người có thể thấy
một thế giới ảo hiện ra như thế giới vật lý thật. Điều này đã định hướng toàn bộ tầm
nhìn về VR. Khái niệm của Suntherland bao gồm :
 Một thế giới ảo mà ta có thể quan sát thông qua một HMD
 Một máy tính để duy trì các mô hình trong thời gian thực
 Các khả năng cho người sử dụng để thao tác những đối tượng thực tế một
cách trực quan nhất.


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Lê Tấn Hùng, Huỳnh Quyết Thắng, Kỹ thuật đồ hoạ, Nhà xuất bản Khoa
học và Kỹ thuật – 2000, 2002, 2004
[2]. http://tecfa.unige.ch/guides/vrml/pointers.html
[3]. http://www.lighthouse3d.com/vrml/tutorials.shtml
[4 VRML Audio Tutorial, http://www.dform.com/inquiry/tutorials/vrmlaudio/
[5]. Bài viết “Ứng dụng VRML trên các trình duyệt Web” của Phạm Lê Minh
Định, http://tintuc.xalo.vn/00-110676726/ung_dung_VRML_tren_cac_trinh_duyet_Web.html?id=1bafe4b&
o=206
[6]. Bài viết “Tạo tập tin VRML” của Hoài An,
www.echip.com.vn/echiproot/html/2004/so114/taotaptinvrml.html
[7]. Các bài viết trên http://vi.wikipedia.org và các website Công nghệ thông tin.
[8]. How Virtual Reality Works,
http://electronics.howstuffworks.com/gadgets/other-gadgets/virtualreality8.htm
[9]. VRML Tutorial, http://www.lighthouse3d.com/vrml/tutorial/
[10]. The Virtual Reality Modeling Language Specification,
http://graphcomp.com/info/specs/sgi/vrml/