Luận văn Thạc sĩ Khoa học máy tính: Nghiên cứu hiệu ứng bóng đổ từ hai nguồn sáng trong biểu diễn vật thể 3D

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:71

Thêm vào BST

Báo xấu

20
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của đề tài là nghiên cứu các kỹ thuật chiếu sáng và hiệu ứng bóng bề mặt của vật thể trưng bày trong không gian ba chiều. Lựa chọn các vật thể và không gian thích hợp để phân tích các hình ảnh thực tiễn làm cơ sở đối chứng cho kết quả cài đặt. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học máy tính: Nghiên cứu hiệu ứng bóng đổ từ hai nguồn sáng trong biểu diễn vật thể 3D

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGUYỄN THỊ HỒNG HẠNH NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG BÓNG ĐỔ TỪ HAI NGUỒN SÁNG TRONG BIỂU DIỄN VẬT THỂ 3D LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGUYỄN THỊ HỒNG HẠNH NGHIÊN CỨU HIỆU ỨNG BÓNG ĐỔ TỪ HAI NGUỒN SÁNG TRONG BIỂU DIỄN VẬT THỂ 3D Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 8480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: TS. VŨ ĐỨC THÁI Thái Nguyên 2019 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
3 LỜI CAM ĐOAN Tên tôi là: Nguyễn Thị Hồng Hạnh Sinh ngày: 09/08/1984 Học viên lớp cao học CHK16A - Trường Đại học Công nghệ Thông tin & Truyền thông - Đại học Thái Nguyên. Xin cam đoan: Đề tài “ Nghiên cứu hiệu ứng bóng đổ từ hai nguồn sáng trong biểu diễn vật thể 3D”do TS. Vũ Đức Thái hướng dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Tất cả tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
4 LỜI CẢM ƠN Sau một thời gian nghiên cứu và làm việc nghiêm túc, được sự động viên, giúp đỡ và hướng dẫn tận tình của Thầy giáo hướng dẫn TS. Vũ Đức Thái, luận văn với Đề tài “ Nghiên cứu hiệu ứng bóng đổ từ hai nguồn sáng trong biểu diễn vật thể 3D”. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: Thầy giáo hướng dẫn TS. Vũ Đức Thái đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này. Ban Giám hiệu, khoa Công nghệ thông tin, phòng Đào tạoTrường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập cũng như thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn bạn bè, đồng nghiệp và gia đình đã động viên, khích lệ, tạo điều kiện giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, thực hiện và hoàn thành luận văn này. Thái Nguyên, ngày 30 tháng 07 năm 2019 Tác giả luận văn Nguyễn Thị Hồng Hạnh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
5 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ..................................................................................................... iii LỜI CẢM ƠN .............................................................................................................4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG VÀ BÀI TOÁN HIỂN THỊ MÔ HÌNH 3D .....................................................................................................................4 1.1. Tổng quan về Thực tại ảo. ....................................................................................4 1.1.1. Thực tại ảo. ....................................................................................................4 1.1.2. Các sản phẩm của Thực tại ảo .......................................................................5 1.2. Môi trường và ngôn ngữ lập trình ........................................................................8 1.2.1. Công cụ, phần mềm sử dụng .........................................................................8 1.2.2. Bài toán mô phỏng thực tại ảo ....................................................................10 1.2.3. Ứng dụng thực tại ảo trong trưng bày ảo ....................................................12 1.3. Kết luận ..............................................................................................................14 CHƯƠNG 2. MỘT SỐ KỸ THUẬT HIỂN THỊ MÔ HÌNH 3D .............................16 2.1. Ánh sáng ......................................................................................................16 2.2. Một số đơn vị đo lường ánh sáng ................................................................18 2.3. Hàm phân phối phản xạ hai chiều (BRDF) .................................................22 2.4. Nguồn sáng và phân loại nguồn sáng ..........................................................25 2.5. Phương trình chiếu sáng ..............................................................................27 2.6. Thuật toán Occlusion – Culling ..................................................................28 2.7. Thuật toán Bump Mapping .........................................................................33 2.8. Kỹ thuật biểu diễn bóng đổ .........................................................................45 2.9. Phát triển bài toán ứng dụng .......................................................................51 Chương 3. MÔ PHỎNG HIỆU ỨNG BÓNG ĐỔ TỪ HAI NGUỒN SÁNG TRONG BIỂU DIỄN VẬT THỂ 3D ........................................................................53 3.1. Bài toán mô phỏng hiện vật tại bảo tàng .....................................................53 3.1.1. Yêu cầu với thực nghiệm ............................................................................54 3.1.2. Xây dựng cơ sở dữ liệu mô phỏng ..............................................................55 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
6 3.2. Phân tích, lựa chọn công cụ ........................................................................55 3.3. Một số kết quả thực nghiệm tối ưu mô hình ...............................................56 3.4. Kết luận .......................................................................................................61 KẾT LUẬN ...............................................................................................................62 TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................63 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
1 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong những năm gần đây thực tại ảo là một lĩnh vực được quan tâm phát triển, nó đang ngày càng chứng tỏ vai trò của mình trong sự phát triển của công nghệ thông tin nói riêng và các lĩnh vực của đời sống, xã hội nói chung. Hiện nay thực tại ảo đang được ứng dụng phổ biến trong nhiễu lĩnh vực khác nhau như là Quân sự, giáo dục, kỹ thuật - xây dựng, giải trí, vv… Trong các ứng dụng đồ họa ba chiều thời gian thực nói chung và trong các ứng dụng trưng bày ảo nói riêng là tạo ra những hình ảnh chân thật. Ánh sáng là yếu tố quan trọng và có ảnh hưởng nhiều đến việc biểu diễn bề mặt đối tượng, đây là yếu tố mà mọi ứng dụng ba chiều đều không thể bỏ qua. Việc tính toán ảnh hưởng của ánh sáng lên biểu diễn bề mặt đối tượng được thể hiện thông qua hai hiệu ứng chính đó là hiệu ứng bóng bề mặt (Shading) và hiệu ứng bóng đổ (Shadow). Bóng đổ là một phần của thế giới thực, đi đôi với ánh sáng là bóng, chúng luôn xuất hiện cùng nhau không thể tách rời vì vậy tính toán hiệu ứng bóng là một công việc không thể thiếu trong các hệ thống thực tại ảo và trưng bày ảo. Vì vậy em lựa chọn luận văn với đề tài “Nghiên cứu hiệu ứng bóng đổ từ hai nguồn sáng trong biểu diễn vật thể 3D” và cụ thể mô tả lại một số hiện vật trong bảo tàng, qua đó khách tham quan có thể đến bảo tàng, xem và hiểu biết thông tin về các hiện vật, v.v… 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là kỹ thuật chiếu sáng, các kỹ thuật biểu diễn sự biến đổi của đối tượng dưới sự tác động của ánh sáng và điều kiện môi trường trong lĩnh vực thực tại ảo và đồ họa ba chiều. Phạm vi nghiên cứu các kỹ thuật mô phỏng, hiển thị dữ liệu 3D trong thực tại ảo. Nghiên cứu các kỹ thuật tính toán bản đồ chiếu sáng và ứng dụng kết Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
2 hợp bản đồ chiếu sáng cho các ứng dụng trưng bày ảo. Và nghiên cứu tập trung vào vấn đề xác định và mô phỏng bóng của một vật thể được chiếu từ hai nguồn sáng, nguồn sáng có thể di chuyển, thay đổi theo các phương khác nhau, cường độ khác nhau; vật thể có kết cấu chiếm chỗ không gian khác nhau… 3. Mục tiêu nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu lý thuyết, thu thập, phân tích các tài liệu có liên quan của đề tài. Mô phỏng được sự ảnh hưởng của các nguồn sáng vào biểu diễn bề mặt của đối tượng ba chiều. Mục tiêu cụ thể là nghiên cứu các kỹ thuật chiếu sáng và hiệu ứng bóng bề mặt của vật thể trưng bày trong không gian ba chiều. Lựa chọn các vật thể và không gian thích hợp để phân tích các hình ảnh thực tiễn làm cơ sở đối chứng cho kết quả cài đặt Vận dụng thuật toán cài đặt chương trình mô phỏng thể hiệu ứng tạo bóng của một số vật thể dưới tác động của hai nguồn sáng. 4. Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu của đề tài luận văn được sử dụng là kết hợp giữa nghiên cứu lý thuyết với nghiên cứu thực nghiệm, cụ thể: a. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Thu thập tài liệu, đọc hiểu các kiến thức cơ bản về Đồ họa máy tính, Thực tại ảo; Nghiên cứu một số kỹ thuật mô phỏng, hiển thị dữ liệu 3D về hiệu ứng bóng đổ từ hai nguồn sáng. b. Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: Nghiên cứu xây dựng cơ sở dữ liệu ảnh 3D về hiệu ứng bóng đổ từ hai nguồn sáng. Nghiên cứu, đánh giá và lựa chọn phương pháp, giải pháp công nghệ cài đặt thử nghiệm với một số mẫu dữ liệu. 5. Ý nghĩa khoa học của đề tài Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
3 Phát triển thuật toán mô phỏng 3D vào các ứng dụng cụ thể (mô phỏng hiện tượng tự nhiên, trưng bày, hoạt hình) Hỗ trợ cho Bảo tàng văn hóa các dân tộc Việt Nam trưng bày hiện vật. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MÔ PHỎNG VÀ BÀI TOÁN HIỂN THỊ MÔ HÌNH 3D 1.1. Tổng quan về Thực tại ảo. 1.1.1. Thực tại ảo. Thực tại 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. 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 và bị thu hút bởi sự mô phỏng này. Tương tác và khả năng thu hút của VR góp phần lớn vào cảm giác đắm chìm, 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. Hình 1.1: Một hệ thống VR tại Viện Fraunhofer (CHLB Đức) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
5 1.1.2 Ứng dụng của Thực tại ảo. 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,... 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. Bên cạnh các ứng dụng truyền thống ở trên, cũng có một số ứng dụng mới nổi lên trong thời gian gần đây của VR như: VR ứng dụng trong sản xuất, VR ứng dụng trong ngành rôbốt, VR ứng dụng trong hiển thị thông tin (thăm dò dầu mỏ, hiển thị thông tin khối, ứng dụng cho ngành du lịch, ứng dụng cho thị trường bất động sản....) VR có tiềm năng ứng dụng vô cùng lớn. Có thể nói tóm lại một điều: Mọi lĩnh vực "có thật" trong cuộc sống đều có thể ứng dụng "thực tế ảo" để nghiên cứu và phát triển hoàn thiện hơn. 1.1.2. Các sản phẩm của Thực tại ảo Thực tế ảo (Virtual reality) đưa người xem đến một môi trường được giả lập hoàn toàn bằng 3D, nhằm đem lại những trải nghiệm thực tế nhất cho người xem như họ đang ở trong chính không gian đó. Ngoài thị giác, môi trường Thực tế ảo được tích hợp thêm giác quan khác như thính giác (âm thanh), cảm nhận về không gian, di chuyển, cầm nắm vật thể. Một số các sản phẩm của thực tại ảo là:  Trải nghiệm nhà mẫu ảo – Dễ dàng thu hút khách hàng ở xa, xóa bỏ rào cản địa lý. – Giúp khách hàng có cái nhìn tổng quan và chi tiết về dự án. – Khách hàng có thể di chuyển, đi lại trong không gian nhà mẫu – Hình ảnh đẹp, khám phá dưới nhiều góc nhìn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
6 Hình 1.2: Khám phá không gian dựán Bất Động Sản tại bất kỳ đâu.  Trải nghiệm du lịch khám phá – Trải nghiệm ấn tượng đem đến sức hút lớn cho khách hàng. – Giúp khách hàng dễ dàng đưa ra lựa chọn phù hợp và nhanh chóng. – Hình ảnh đẹp, choáng ngợp. Hình 1.3: Trải nghiệm du lịch tới mọi nơi trên thế giới. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
7  Trải nghiệm nội thất Tương tác với mọi đồ vật trong không gian ảo với trải nghiệm như thật. – Trải nghiệm hấp dẫn giúp thu hút khách hàng. – Giúp khách hàng có cảm nhận chân thực và dễ đưa ra quyết định mua hàng. – Dễ dàng xem từng chi tiết, cầm nắm các vật dụng. – Hình ảnh đẹp và chân thực.  Trải nghiệm không gian cửa hàng trưng bày mẫu xe Cửa hàng trưng bày mẫu xe sẽ được chụp và số hóa thành không gian ảo và tích hợp lên kính Thực tế ảo. Giúp khách hàng có thể di chuyển, tương tác với không gian này dù ở bất cứ đâu. – Thể hiện góc nhìn toàn cảnh, không bị hạn chế góc nhìn – Đi lại trải nghiệm từng góc cạnh của không gian cửa hàng – Cung cấp thông tin chi tiết về từng mẫu xe. Hình 1.4: Cửa hàng trưng bày ôtô Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
8  Trải nghiệm lái xe thực tế ảo Ứng dụng công nghệ VR cho phép khách hàng có thể đi lại và tương tác để khám phá đầy đủ chi tiết và thiết kế tuyệt đẹp của một chiếc xe. Cũng trong không gian đó, người dùng có thể mở và đóng từng cửa, khởi động và thay đổi cấp, màu của xe như chính mình đang lái trên một chiếc siêu xe thật sự. – Gây ấn tượng với khách hàng trong sự kiện ra mắt mẫu xe mới. – Gia tăng trải nghiệm của người dùng đối với sản phẩm – Thúc đẩy người dùng tương tác với thương hiệu của doanh nghiệp và có khả năng tiếp tục với quá trình bán hàng. Hình 1.5: Khám phá không gian xe 1.2. Môi trường và ngôn ngữ lập trình 1.2.1. Công cụ, phần mềm sử dụng  3DS max. 3DS Max là một ứng dụng mạnh, tích hợp các mô hình 3 chiều, hoạt cảnh, và tạo cảnh 3D (rendering). Môi trường dễ học của nó cho phép các nghệ sĩ nhanh chóng tạo dựng một cách nhanh chóng các sản phẩm. 3DS Max thường được sử dụng để tạo phim và các đoạn video nghệ thuật, phát triển game, thiết Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
9 kế sản phẩm đa phương tiện multimedia… 3DS Max là đang dẫn đầu các phần mềm trong lĩnh vực thiết kế trực quan, phát triển game, thiết kế các hiệu ứng ảo và đào tạo. Khóa học hướng dẫn các bạn từ làm chủ giao diện, thao tác điều khiển sau đó tiến tới làm việc với qui trình chuẩn của một sản phẩm 3D tĩnh là: Modelling (dựng hình) – Mapping&Shading (Gán vật liệu) – Lighting (thiết lập ánh sáng) – Rendering (kết xuất ảnh). Hình 1.6:Giao diện phần mềm 3DS max  Thư viện xử lý đồ họa OpenGL. OpenGL( Open Graphics Library ) là một tiêu chuẩn kỹ thuật đồ họa có mục đích định ra một giao diện lập trình ứng dụng (tiếng Anh: API) đồ họa 3 chiều. OpenGL cho phép phát triển các ứng dụng đồ họa sử dụng nhiều ngôn ngữ lập trình khác nhau nhưC/C++, Java, Delphi,v.v…, tuy nhiên OpenGL cũng có thể được dùng trong các ứng dụng đồ họa 2 chiều. Giao diện lập trình này chứa khoảng 250 hàm để vẽ các cảnh phức tạp từ những hàm đơn giản. Nó được dùng rộng rãi trong các trò chơi điện tử. Ngoài ra nó còn dùng trong các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
10 ứng dụng CAD, thực tế ảo, mô phỏng khoa học, mô phỏng thông tin, phát triển trò chơi. Không gian trong OpenGL được miêu tả qua hình học xạ ảnh. Một điểm trong không gian này có tất cả bốn tọa độ. Cách thể hiện các điểm trong không gian bằng 4 tọa độ cho phép xử lý các điểm vô tận một cách tổng quát. 1.2.2. Bài toán mô phỏng thực tại ảo VR là một hệ mô phỏng có tương tác hai chiều và xử lý thời gian thực, đặc biệt với kỹ thuật Stereo 3D cho phép người quan sát được chìm đắm trong không gian ảo. Để xây dựng hệ VR thì việc xây dựng mô hình 3D là khâu quan trọng đầu tiên. Cho đến nay, nhìn chung có 2 xu hướng để thực hiện mô phỏng hình 3D:  Cách thứ nhất: thể hiện các mô hình 3D nhờ các ngôn ngữ lập trình truyền thống như C#, Cách này không đòi hỏi sự chạy đua về công nghệ cũng như cấu hình mạnh của phần cứng, hơn nữa nó có thể thực hiện các mô phỏng phức tạp đòi hỏi sự chính xác cao.Tuy nhiên nó không được nhiều người sử dụng vì đó không phải là công việc đơn giản, nó đòi hỏi trình độ lập trình cao, các thuật toán phức tạp, mất nhiều thời gian và nhất là rất khó trong việc tạo ra những cảnh rộng lớn. Mặc dù ít được ưa thích nhưng đôi khi nó lại là lựa chọn duy nhất cho những ai muốn mô phỏng chính xác các hiện tượng thiên nhiên đúng với bản chất của nó. Tuy nhiên nó chỉ phù hợp với những mô phỏng có quy mô nhỏ, phù hợp với việc học tập.  Cách thứ hai: sử dụng các công cụ mô phỏng đã được xây dựng sẵn. Cách này không đòi hỏi trình độ lập trình cao, không tốn nhiều thời gian thực hiện, nó phù hợp với các mô phỏng có tính chất mô hình không yêu cầu độ chính xác cao. Một nhược điểm là nó yêu cầu cấu hình hệ thống mạnh để cài đặt và chạy chương trình, nhất là khi kết xuất. Tuy nhiên, hiện nay cách này đang rất phổ biến, rất được ưa chuộng, nhất là trong các công việc làm Game 3D, Web3D, Phim 3D.v.v... Một số bộ công cụ mô phỏng thông dụng là: Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
11 3DsMax, Maya, Autocad, Painter3D, VirtualML, Softimage, Renderman, Houdili, Lightware, Flash.v.v... Trạng thái đối tượng mô phỏng có 2 dạng chính: mô phỏng tĩnh và mô phỏng động.  Mô phỏng tĩnh: Là dạng mô phỏng chỉ thể hiện được mô hình tĩnh, trong kết quả mô phỏng không có sự chuyển động, không có sự biến đổi. Đây là dạng mô phỏng thường chỉ áp dụng cho các vật tĩnh. Đây là dạng mô phỏng đơn giản nhất.  Mô phỏng động: mô phỏng động được tách thành 2 loại, đó là mô phỏng động theo thời gian thực và mô phỏng động không theo thời gian thực: - Mô phỏng động theo thời gian thực: là dạng mô phỏng đối tượng có sự chuyển động hoặc có tính chất thay đổi theo thời gian, không gian, và khi có tương tác thì hệ phải đáp ứng sự kiện đó trong một khoảng thời gian nhất định (quá thời gian đó thì kết quả không còn có ý nghĩa). Đây là dạng mô phỏng phức tạp nhất, khó khăn nhất. Nhưng đó lại là một đặc tính của Virtual Reality. - Mô phỏng động không theo thời gian thực: Đây là dạng mô phỏng không quan tâm tới thời gian đáp ứng của yêu cầu. Nó phù hợp cho xây dựng các hệ mô phỏng không có sự tương tác nhiều, không cần đáp ứng thời gian. Để thực hiện mô phỏng sự vật ta lại có 2 phương pháp chính: Phương pháp giả mô phỏng và phương pháp mô phỏng thật.  Phương pháp giả mô phỏng là ta dùng các kỹ thuật xử lý ảnh để tạo ra những đối tượng và những hiệu ứng giả đánh lừa mắt nhìn của con người. Ví dụ, như biến đổi ảnh không gian 2D thành hình ảnh của vật như trong không gian 3D, hay các phương pháp Texture.  Phương pháp mô phỏng thật là dùng các kỹ thuật tạo đối tượng và hiệu ứng dựa trên cơ sở khoa học là các thuật toán biểu diễn tính chất vật lý của đối tượng và các hàm biến đổi để thể hiện đối tượng một cách chính xác. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
12 Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, vì thế tuỳ vào mức độ quan trọng của đối tượng trong hệ mà ta có thể chọn phương pháp phù hợp để xây dựng. 1.2.3. Ứng dụng thực tại ảo trong trưng bày ảo Trưng bày ảo là một lĩnh vực đã và được ứng dụng trong giải quyết nhiều vấn đề của đời sống thực tế. Trong bảo tàng, trưng bày ảo được ứng dụng để tạo ra các phòng trưng bày ảo, qua đó khách tham quan có thể đến bảo tàng, xem và hiểu biết thông tin về các hiện vật, v.v. của bảo tàng mà không cần đến tận nơi. Trong thương mại đặc biệt là thương mại điện tử, trưng bày ảo là nơi cho phép các nhà sản xuất, nhà kinh doanh, v.v. giới thiệu quảng bá sản phẩm của mình đến người tiêu dùng một cách đầy đủ và chính xác. Trong lĩnh vực văn hóa nghệ thuật, trưng bày ảo chính là một công cụ hữu hiệu để các nghệ sỹ giới thiệu và quảng bá sản phẩm tinh thần của mình đến với độc giả. Trong hầu hết các lĩnh vực của thực tế chúng ta đều có thể tìm thấy một vấn đề có thể ứng dụng, sử dụng trưng bày ảo như là một công cụ trực tiếp hoặc gián tiếp để giả quyết vấn đề đó. Thời gian gần đây với sự phát triền mạnh mẽ của các công nghệ Thực tại ảo, Thực tại ảo trộn, Thực tại tăng cường, đã tạo một khả năng phát triển mạnh mẽ cho việc phát triển và ứng dụng của trưng bày ảo. Với sự hỗ trợ của các công nghệ mới này, người ta có thể đưa những hiện vật ảo ra ngoài không gian thực để người tham quan có thể xem thậm chí là tương tác và sử dụng hiện vật ảo đó như thật. Qua đó, giải quyết được nhiều vấn đề như: thiếu hiện vật, bảo quản hiện vật trong bảo tàng hoặc các vấn đề về kinh tế (chi phí làm sản phẩm mẫu) trong thương mại. Để xây dựng các ứng dụng thực tế sử dụng công nghệ trưng bày ảo có rất nhiều vấn đề được đặt ra cần nghiên cứu và giả quyết ví dụ như: vấn đề về xây dựng và tối ưu hóa mô hình để có thể sử dụng được, vấn đề về quản lý Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
13 thông tin bao gồm cả các thông tin về vị trí trưng bày của từng hiện vật, vấn đề về tính toán va trạm gữa hiện vật ảo với môi trường thật, v.v. Một trong những vấn đề quan trọng cần nghiên cứu để xây dựng các ứng dụng trưng bày ảo đó là ảnh hưởng của môi trường đến biểu diễn bề mặt đối tượng đặc biệt là ảnh hưởng của ánh sáng thông qua các nguồn sáng đến biểu diễn bề mặt đối tượng. Ảnh hưởng của nguồn sáng lên biển diễn bề mặt đối tượng như đã biết gồm hai phần chính do là ảnh hưởng đến việc hiển thị đối tượng và ảnh hưởng thứ hai là làm thay đổi bề mặt đối tượng. Ảnh hưởng của nguồn sáng lên hiển thị đối tượng thông qua chiếu sáng là việc không thể thiếu được vì phải có chiếu sáng thì mời có đồ họa ba chiều và trưng bày ảo đồng thời trưng bày ảo có một số đặc điểm riêng biệt của nó vì vậy nghiên cứu về chiếu sáng và chiếu sáng trong trưng bày ảo là một vấn đề cần thiết. Trên thực tế các đối tượng thay đổi theo thời gian do đó nghiên cứu ảnh hưởng của nguồn sáng và các điều kiện môi trường đến bề mặt đối tượng không chỉ có tác đụng làm tăng chất lượng hình ảnh của ứng dụng trưng bày ảo mà các kết quả nghiên cứu này còn có thể sử dụng làm công cụ để trợ giúp cho việc trưng bày đối tượng thực làm để cho chúng ít bị thay đổi, phá hủy theo thời gian dưới sự tác động của ánh sáng và môi trường. Ứng dụng các kết quả đã nghiên cứu vào xây dựng một phần mềm trưng bày ảo cho một số hiện vật tại Bảo tàng Văn hóa các dân tộc Việt Nam tại TP Thái Nguyên với các lý thuyết phân tích về tác động của môi trường lên hiện vật. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn
14  Một số ứng dụng trong đồ họa 3D Đồ hoạ 3D đang được nghiên cứu ứng dụng trong mọi lĩnh vực một cách mạnh mẽ hiện nay là: 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. Bên cạnh các ứng dụng truyền thống ở trên, cũng có một số ứng dụng mới nổi lên trong thời gian gần đây của đồ hoạ 3D như: đồ hoạ 3D ứng dụng trong sản suất, trong ngành rôbốt, trong hiển thị thông tin (thăm dò dầu mỏ, hiển thị thông tin khối, …) đồ hoạ 3D có tiềm năng ứng dụng vô cùng lớn. Có thể nói: Mọi lĩnh vực “có thật” trong cuộc sống đều có thể ứng dụng “thực tế ảo” để nghiên cứu và phát triển hoàn thiện hơn. Một lĩnh vực đầy hứa hẹn là việc sử dụng trưng bày ảo 3D trong giáo dục - giải trí, cụm từ này đang được sử dụng rộng rãi, nó thể hiện cho một nền giáo dục hiện đại không theo khuôn phép truyền thống, điều đó có nghĩa là vừa có thể học và vừa có thể giải trí trong khi học sinh đang tham gia một kịch bản nhập vai nào đó hoặc có thể tham gia một trò chơi... trên thực tế tương tác nhập vai có thể nắm bắt được sự chú ý của người sử dụng hệ thống, cùng một lúc có thể cung cấp nhiều thông tin không giống như phương pháp trước đây khi sử dụng hệ thống không phải là đa phương tiện. Ngoài ra, trưng bày ảo 3D là một cách thể hiện rất hiện đại của sự tương tác giữa người dùng và máy tính nó không dừng lại ở việc người dùng chỉ sử dụng máy tính với những mục đích cho công việc, mà nó còn mở ra vô vàn những thứ hấp dẫn khác với người sử dụng hệ thống mà người dùng như đang hóa thân thành nhân vật đượckhám phá nhiều nơi mà mình chưa biết. 1.3. Kết luận Có thể nói ứng dụng thực tại ảo vào đời sống giải quyết được rất nhiều vấn đề, bởi những vấn đề khó khăn mà nếu không có thực tại ảo thì có thể nói là khó lòng mà giải quyết, hay nếu có thể giải quyết được thì hiệu quả không Số hóa bởi Trung tâm Học liệu và Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn