Tài liệu Các kỹ thuật chạm nổi 3d và ứng dụng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Vũ Duy Tuyên CÁC KỸ THUẬT CHẠM NỔI 3D VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ Thái Nguyên – 2010 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Vũ Duy Tuyên CÁC KỸ THUẬT CHẠM NỔI 3D VÀ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS. Đỗ Năng Toàn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Thái Nguyên – 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi, Vũ Duy Tuyên xin cam đoan toàn bộ nội dung bản luận văn này là do tôi tự sưu tầm, tra cứu và sắp xếp cho phù hợp với nội dung yêu cầu của đề tài. Nội dung luận văn này chưa từng được công bố hay xuất bản dưới bất kỳ hình thức nào và cũng không được sao chép từ bất kỳ một công trình nghiên cứu nào. Phần mã nguồn của chương trình đều do tôi tự thiết kế và xây dựng, trong đó có sử dụng một số thư viện chuẩn và các thuật toán được các tác giả xuất bản công khai và miễn phí trên mạng Internet. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Người Cam Đoan Vũ Duy Tuyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CÁM ƠN Sau thời gian nghiên cứu, tìm hiểu và viết luận văn, giờ luận văn của em đã hoàn thành. Lời đầu tiên em xin được chân thành cảm ơn sự giúp đỡ, sự chỉ bảo và hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo PGS.TS Đỗ Năng Toàn – Viện Công nghệ Thông tin thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam là giáo viên hướng dẫn em trong suốt thời gian làm luận văn. Em xin chân thành cảm ơn các thầy giáo, cô giáo, các anh, chị công tác tại phòng Thực tại ảo – Viện Công nghệ thông tin, các thầy cô giáo công tác tại Khoa công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên, cùng tập thể các bạn học viên lớp cao học Khóa 6 đã luôn giúp đỡ chia sẻ kinh nghiệm trong suốt khóa học. Xin chân thành cám ơn Ban lãnh đạo Ngân hàng Nông nghiệp và Phát triển Nông thôn Việt Nam chi nhánh Hải Phòng cùng các bạn đồng nghiệp trong phòng Điện Toán đã tạo điều kiện giúp đỡ để tôi hoàn thành được khóa học . Thái Nguyên, ngày 10 tháng 10 năm 2010 Học viên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Vũ Duy Tuyên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i    MỤC LỤC Trang DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ................................................... iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ................................................................................. iv PHẦN MỞ ĐẦU ...................................................................................................... 1 Chương 1: KHÁI QUÁT THỰC TẠI ẢO VÀ CHẠM NỔI 3D ............................. 2 1.1. Khái quát thực tại ảo ......................................................................................... 2 1.2. Ứng dụng cơ bản của thực tại ảo....................................................................... 4 1.2.1. Giáo dục và khoa học............................................................................. 4 1.2.2. Y học ...................................................................................................... 5 1.2.3. Thiết kế xây dựng .................................................................................. 7 1.2.5. Hàng không ............................................................................................ 8 1.2.4. Quân sự .................................................................................................. 9 1.2.6. Nghệ thuật ............................................................................................ 10 1.2.7. Điện ảnh ............................................................................................... 11 1.2.8. Game và giải trí.................................................................................... 11 1.2.9. Hội thảo từ xa....................................................................................... 11 1.3. Kỹ thuật chạm nổi 3D ..................................................................................... 13 Chương 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT CHẠM NỔI .................................................... 14 2.1. Kỹ thuật Bump mapping ................................................................................. 14 2.1.1. Kỹ thuật Emboss bump mapping ......................................................... 16 2.1.2. Kỹ thuật Dot Product 3 ........................................................................ 17 2.1.3. Kỹ thuật Environment mapping........................................................... 17 ii    2.2. Kỹ thuật Normal mapping............................................................................... 22 2.3. Kỹ thuật Displayment mapping ...................................................................... 25 2.3.1. Không gian tiếp tuyến .......................................................................... 30 2.3.2. Tính toán các bản đồ chiều cao: .......................................................... 33 2.3.3. Ánh xạ thay thế trên mỗi đỉnh ............................................................. 33 2.3.4. Ánh xạ thay thế trêm mỗi điểm ảnh..................................................... 37 2.3.5. Ánh xạ thay thế trên mỗi điểm ảnh cùng với hàm khoảng cách.......... 41 2.4. Kỹ thuật Parallax mapping .............................................................................. 50 2.4.1. Parallax mapping ................................................................................. 51 2.4.2. Steep parallax mapping:....................................................................... 54 2.4.3. Parallax mapping cùng với độ dốc thông tin: ...................................... 55 Chương 3: CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM..................................................... 58 3.1. Đặt vấn đề ....................................................................................................... 58 3.2. Kỹ thuật chạm nổi ánh xạ thay thế sử dụng hàm khoảng cách ....................... 58 3.3. Một số hình ảnh kết quả của chương trình ...................................................... 59 PHẦN KẾT LUẬN ................................................................................................ 63 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 64 iii    DANH MỤC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Binormal Véc tơ nửa pháp tuyến Bitangent Véc tơ nửa tiếp tuyến BRDF Hàm phân bố năng xuất phản xạ hai chiều (Bidirectional Reflectance Distribution Funtion) CPU Bộ xử lý trung tâm (Center Processing Unit) 3D 3 chiều (3Dimension) FS Tô bóng mảnh (Fragment shader) GPU Đơn vị xử lý đồ họa (Graphic Processor Unit) Mipmap Tập hợp nhóm các loại cỡ của mảng hình chất liệu NURB Là một kiểu của Basis spline (Non-Uniform Rational BSplines) PS Tô bóng điểm ảnh (Pixel Shader) VS Tô bóng đỉnh (Vertex Shader) Texel Là đơn vị cơ bản của không gian kết cấu (Texture element – texture pixel) iv    DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Hình ảnh của dự án nghiên cứu về tay của con người ............................. 5 Hình 1.2. Bên trái- Quả tim người, Bên phải- Mắt con người ................................. 6 Hình 1.3. Hình ảnh ứng dụng của thực tại ảo trong xây dựng ................................. 7 Hình 1.4. Ứng dụng của thực tại ảo trong huấn luyện quân sự ............................... 9 Hình 2.1. Bump mapping ......................................................................................... 13 Hình 2.2. Các ảnh kết cấu cho bản đồ khối.............................................................. 17 Hình 2.3. a- Environment map, b- Tính toán véc tơ phản chiếu .............................. 18 Hình 2.4. Ý tưởng cơ bản của displacement mapping ............................................. 26 Hình 2.5. Không gian tiếp tuyến .............................................................................. 28 Hình 2.6. Displacement mapping trên thiết bị tô bóng đỉnh .................................... 31 Hình 2.7. Ánh xạ thay thế trên mỗi điểm ảnh .......................................................... 34 Hình 2.8. Ray tracing của trường chiều cao............................................................. 35 Hình 2.9. Một trường hợp khó khăn cho các thuật toán Displacement ................... 39 Hình 2.10. Việc kết xuất văn bản được thay thế ...................................................... 39 Hình 2.11. Một ví dụ ánh xạ khoảng cách trong hai đơn vị độ dài .......................... 40 Hình 2.12. Sphere stracing ....................................................................................... 41 Hình 2.13. Displacement mapping cùng với việc vẽ hình cầu ................................ 44 Hình 2.14. Ánh xạ song song (Parallax mapping) ................................................... 47 Hình 2.15. Ánh xạ song song cùng với offset limiting ............................................ 48 Hình 2.16. Parallax mapping with slope information .............................................. 50 Hình 3.1. Ảnh màu -ảnh chiều cao - ảnh pháp tuyến của quạt ................................ 54 Hình 3.2. Ảnh quạt của kỹ thuật chạm nổi............................................................... 54 v    Hình 3.4. Ảnh màu - ảnh chiều cao - ảnh pháp tuyến của bức tường đá ................. 55 Hình 3.5. Ảnh bức tường đá của kỹ thuật chạm nổi ................................................ 55 Hình 3.6. Hình kết quả thay đổi độ sâu bump và số lần lặp .................................... 56 Hình 3.7. Hình kết quả khi thay đổi độ sâu về 0.50 ................................................. 56 Hình 3.8. Kết quả thay đổi lần lặp về 0.................................................................... 57 Hình 3.9. Kết quả khi thay đổi hướng ánh sáng....................................................... 57 Hình 3.10. Ảnh màu - ảnh chiều cao - ảnh pháp tuyến của đoạn văn bản ............... 58 Hình 3.11. Ảnh chữ của kỹ thuật chạm nổi.............................................................. 58 Hình 3.12. Kết quả giảm độ sâu về 0.30 của ảnh text .............................................. 59 1    PHẦN MỞ ĐẦU Ngày nay với sự phát triển như vũ bão của ngành công nghệ thông tin cũng như ứng dụng rộng khắp của nó vào trong đời sống kinh tế xã hội của con người. Đi liền với sự phát triển của ngành công nghệ thông tin là lĩnh vực đồ họa máy tính, lĩnh vực này được rất nhiều nhà khoa học quan tâm nghiên cứu từ thế kỷ trước để ứng dụng vào thực tế. Nghiên cứu các đối tượng ảnh 3D là một trong những cách mô phỏng thực tế nhất các đối tượng trong thế giới thực. Các kỹ thuật xử lý ảnh 3D sẽ giúp cho việc hiển thị, mô phỏng một cách tốt nhất thế giới bên ngoài trên máy tính. Một trong các kỹ thuật xử lý ảnh 3D là kỹ thuật chạm nổi, kỹ thuật này cho phép làm nổi bật các thành phần của hình ảnh giống như thật. Cùng với việc ứng dụng rộng khắp của đồ họa 3D đã thôi thúc tác giả tìm hiểu về các kỹ thuật đồ họa 3D. Do đó luận văn tốt nghiệp nghiên cứu về “Một số kỹ thuật chạm nổi 3D và ứng dụng”. Luận văn gồm các phần như sau: phần mở đầu, phần kết luận, phần nội dung. Phần nội dung có 3 chương cụ thể như sau: Chương 1: Khái quát thực tại ảo và kỹ thuật chạm nổi 3D Phần này đề cập đến khái niệm thực tại ảo, so sánh thực tại ảo với một số lĩnh vực khác, ứng dụng của thực tại ảo, kỹ thuật chạm nổi: Khái niệm và một số vấn đề về kỹ thuật chạm nổi. Chương 2: Các kỹ thuật chạm nổi Tổng hợp một số các kỹ thuật chạm nổi: kỹ thuật tạo bề mặt sần, kỹ thuật ánh xạ thay thế, kỹ thuật ánh xạ pháp tuyến, kỹ thuật ánh xạ song song. Chương 3: Chương trình thử nghiệm Giới thiệu bài toán kỹ thuật chạm nổi sử dụng phương pháp ánh xạ thay thế dựa trên hàm khoảng cách, một số hình ảnh kết quả của chương trình. 2    Chương 1 KHÁI QUÁT THỰC TẠI ẢO VÀ CHẠM NỔI 3D 1.1. Khái quát thực tại ảo Thực tại ảo mô phỏng môi trường không gian ba chiều trên máy tính, trong môi trường mô phỏng đó con người có thể quan sát và thực hiện những thao tác mà mình mong muốn. Với tất cả những gì có trong môi trường mô phỏng thông qua thiết bị đầu vào với kết quả trả lại là những thay đổi của môi trường đó mà con người có thể quan sát hay cảm nhận được thông qua các thiết bị đầu ra. Theo như định nghĩa trên có thể nhận ra các thành phần của thực tại ảo là: môi trường không gian ba chiều, mô hình tạo trên máy tính, sự tương tác, các thiết bị vào, ra. Thực tại ảo là một thế giới thực song lại ảo, vì một phần của thế giới thực sẽ được tái tạo trên máy tính, thông qua các thiết bị đầu vào con người có thể chìm đắm trong môi trường không gian ba chiều và cho phép con người có khả năng quan sát, tương tác với môi trường ảo đó. Những tương tác đó đều được chương trình xử lý và thông qua thiết bị đầu ra sẽ đem lại cho con người cảm nhận về thay đổi của môi trường ấy như trong thực tế và tất cả mọi thứ diễn ra trong không gian ba chiều. Chúng ta thấy rằng khái niệm trên là khái niệm khá rõ ràng, song đôi khi chúng ta vẫn cảm thấy có sự mập mờ giữa thực tại ảo với multimedia hay thực tại ảo với game 3D hoặc thực tại ảo với television. Điều đó không có gì ngạc nhiên vì thực tại ảo là một lĩnh vực hiện còn khá mới mẻ, nhưng giữa chúng có những điểm khác biệt quan trọng. Trong thế giới Multimedia mọi thứ chỉ là 2D còn trong thế giới Thực tại ảo mọi thứ có thể mô phỏng 3D. Trong multimedia thì vấn đề đã được xếp đặt và lên chương trình trước, thông tin được đóng gói với một kịch bản xác định và tương tác của người sử dụng với các đối tượng chỉ là những tương tác có sẵn, người sử dụng không thể thay đổi được bất cứ cái gì và không thể thêm cái gì vào đó được. Thực tại ảo thì khác, tương tác trở lên tốt hơn và dễ dàng hơn, thậm chí một số hệ thống còn cho phép thêm vào và kết hợp với các tương tác, với âm thanh, hình ảnh, phần 3    mềm và phần cứng trợ giúp làm cho con người có thể đắm mình trong thế giới thực tại. Khi nói đến truyền thanh hay truyền hình ai trong chúng ta cũng nghĩ tới những chương trình được tổ chức một cách công phu nhằm hấp dẫn những người theo dõi chương trình và cố gắng làm cho người theo dõi chương trình cảm thấy chương trình càng hấp dẫn, càng thu hút càng tốt. Như vậy chương trình truyền thanh hay truyền hình chỉ nhằm hướng người ta theo dõi chương trình chứ không hướng người ta tham gia vào các chương trình. Còn trong thực tại ảo thì hoàn toàn khác, không những chỉ hướng người sử dụng theo dõi chương trình mà còn làm cho người xem tham gia vào hệ thống một cách tự nhiên, thoải mái, thám hiểm hấp dẫn trong cái thế giới ảo đó. Trong thực tại ảo có thể thực hiện tương tác như trong thế giới thực và cũng cảm nhận sự tương tác ngược trở lại như trong thế giới thực. Thỉnh thoảng chúng ta có xem một số film khoa học viễn tưởng, chúng ta thấy được những viễn cảnh hoàn toàn không có thực trên thế giới này. Đó là sản phẩm với trí tưởng tượng phong phú của con người và chúng được mô hình hoá trên máy vi tính và được đưa vào phim. Như vậy chúng ta có thể thấy được rằng sự khác biệt ở đây sẽ càng khó phân biệt hơn khi chúng ta ứng dụng thực tại ảo vào Television. Thực tại ảo bao gồm Game3D vì nguyên nhân đầu tiên mà thực tại ảo ra đời là nhằm phục vụ giải trí đặc biệt là Game 3D và Game 3D chỉ nằm trong lĩnh vực giải trí còn thực tại ảo thì có thể bao trùm mọi lĩnh vực của đời sống xã hội. 1.2. Ứng dụng cơ bản của thực tại ảo Tại hội trợ triển lãm thương mại năm 1989 hai công ty VPL và Autodesk đã giới thiệu các thiết bị cho việc giao tiếp với thế giới ảo. Đây là bước đi đầu tiên cho việc khám phá rộng rãi các lĩnh vực ứng dụng mới của thực tại ảo và kỹ thuật chạm nổi. Những lĩnh vực đang ứng dụng thực tại ảo và chạm nổi một cách mạnh mẽ hiện nay là: Giáo dục và khoa học, Y học, Công nghệ thông tin, Hàng không, Xây dựng, Giải trí, Quân sự, Điện ảnh. 4    1.2.1. Giáo dục và khoa học Giáo dục con người là vấn đề hàng đầu của mỗi quốc gia. Tìm hiểu, nghiên cứu nhằm đưa ra phương pháp giáo dục hiệu quả đã khó, song còn có những vấn đề còn khó khăn hơn đó là làm sao kích thích được niềm say mê học tập, nghiên cứu của con người và tính tự giác, khả năng tư duy và tưởng tượng của mỗi con người và làm sao để cung cấp môi trường học tập nghiên cứu tốt nhất nhằm phát huy hết những khả năng của con người. Theo như cách giáo dục truyền thống nhiều khi chúng ta không thể cung cấp được môi trường nghiên cứu học tập tốt, không khơi dậy được niềm đam mê, hứng thú hay không thể phát huy hết được khả năng tưởng tượng và tư duy của con người làm cho hiệu quả giáo dục không cao. Những chương trình nhằm rèn luyện tư duy, những chương trình rèn luyện khả năng tưởng tượng, những chương trình cung cấp mô hình thực nghiệm, những chương trình kích thích trí tò mò là chưa nhiều hay có thể là chưa nhiều chương trình hiệu quả. Nguyên nhân là các chương trình được xây dựng chưa có khả năng phát huy hết được sự cảm nhận của con người, chưa gây được ấn tượng sâu sắc về vấn đề cần truyền đạt cho đối tượng cần truyền đạt, môi trường truyền đạt không gây được trí tò mò. Hiện nay có một xu hướng mới trong việc ứng dụng Công nghệ thông tin trong giáo dục mà rất được quan tâm nghiên cứu và phát triển đó là xây dựng mô hình thực tại ảo trên máy vi tính nhằm cung cấp các môi trường học tập và nghiên cứu. Những mô hình được xây dựng ở đây phải xây dựng làm sao để chuyển tải được thực tế vào môi trường mô phỏng đó, cung cấp khả năng tương tác của con người với môi trường mô phỏng đó, có khả năng kích thích cao với người tham gia. Qua những lần thực nghiệm này thì chúng ta sẽ ngày càng đạt được hiệu quả cao hơn trong giảng dạy. 1.2.2. Y học Khi xã hội càng phát triển thì vấn đề sức khoẻ con người càng được quan tâm hơn. Càng ngày người ta càng cố gắng tìm ra các phương pháp, các cách thức chữa trị bệnh cho con người ngày một tốt hơn. Hiện nay Công nghệ thông tin đang phát triển và những ứng dụng của nó vào thực tế trở nên phổ biến, đồng thời những 5    thành quả to lớn của nó đem lại thì không ai có thể phủ nhận được, một trong các lĩnh vực mà ứng dụng Công nghệ thông tin một cách hiệu quả hiện nay là y học, cụ thể là đã có một số phần mềm hỗ trợ cho việc khám chữa bệnh: Phần mềm quản lý bệnh nhân, phần mềm nội soi, phần mềm mô phỏng các bộ phận cơ thể con người giúp cho việc điều trị bệnh. Ví dụ như dự án nghiên cứu của Châu Âu vào tháng 11 năm 1993, dự án này cho phép xây dựng lại mô hình cánh tay của con người trong không gian 3D từ những dữ liệu hình ảnh trong y học và mô phỏng tất cả sự thay đổi có thể có của các bộ phận như sự co giãn cơ. Dự án nghiên cứu nhằm đưa thực tại ảo vào việc chữa trị bệnh cho con người. Bằng cách xây dựng một chương trình mà cho phép các bác sĩ trên khắp thế giới có thể cùng tham gia quan sát, thảo luận để đưa ra phương pháp chữa trị hiệu quả nhất. Trong y học con người còn gặp rất nhiều những vấn đề mà nếu không có thực tại ảo thì không dễ tìm ra phương pháp giải quyết. Ví dụ như việc cung cấp môi trường thực hành cho việc nghiên cứu và học tập, đây cũng là vấn đề bức xúc và gặp nhiều khó khăn hiện nay, chúng ta thiếu các mẫu để thực tập phẫu thuật hay môi trường thực để quan sát. Đôi khi vì khả năng con người ví dụ như tầm quan sát của mắt chúng ta không thể quan sát được mạch máu của chúng ta như thế nào hay cấu trúc lược đồ gen của chúng ta ra sao hay trong phẫu thuật nhiều khi không thể thực hiện được do đối tượng thực hiện không có điều kiện sức khoẻ để thực hiện ca phẫu thuật lớn. Dưới đây là một số hình ảnh minh hoạ về việc nghiên cứu và ứng dụng thực tại ảo trong y học: Hình 1.1. Hình ảnh của dự án nghiên cứu về tay của con người Đây là dự án nghiên cứu của Châu Âu vào tháng 11 năm 1993, dự án này cho phép xây dựng lại mô hình cánh tay của con người trong không gian 3D từ 6    những dữ liệu hình ảnh trong y học và mô phỏng tất cả sự thay đổi có thể có của các bộ phận như sự co giãn cơ (theo địa chỉ: http://www.ligww.epfl.ch) . Hình 1.2. Bên trái- Quả tim người, Bên phải- Mắt con người Những vấn đề trên được giải quyết một cách hiệu quả khi có ứng dụng thực tại ảo. Chỉ bằng cách xây dựng các mô hình thực tại ảo cần thiết cho các đối tượng là chúng ta đã có ngay môi trường quan sát, nghiên cứu thực tập tốt thậm chí có thể nói là tốt hơn thực tế. 1.2.3. Thiết kế xây dựng Những chương trình đồ họa mạnh nhất hiện nay chủ yếu được phục vụ vào các lĩnh vực thiết kế và xây dựng như AUCAD, AUTODEST, 3DMAX, SHAPRE,… Những chương trình này đã giúp cho những nhà thiết kế xây dựng giảm được rất nhiều chi phí về thời gian và công sức thiết kế. Song hầu hết các chương trình này mới chỉ dừng lại ở mức các bản vẽ chứ chưa thực sự tạo ra cho người ta cảm giác hay một cái nhìn về những công trình mà họ thiết kế trên thực tế nó sẽ như thế nào. Thực tại ảo tạo ra cho người ta cảm giác chìm đắm trong một không gian như trên thực tế mà đã được xây dựng trên máy vi tính và sẽ giúp cho chúng ta có thể có một cái nhìn chi tiết về công trình đã được thiết kế. 7    Hình 1.3. Hình ảnh ứng dụng của thực tại ảo trong xây dựng 1.2.5. Hàng không Thời gian, nguồn đầu tư là vấn đề sống còn của tất cả các công ty tham gia hoạt động sản xuất kinh doanh đặc biệt là những ngành đòi hỏi phải có nguồn vốn lớn mà thời gian thu hồi vốn lâu và sức cạnh tranh cao như ngành hàng không vũ trụ. Chúng ta không thể đầu tư một chiếc tàu vũ trụ để phóng thử nghiệm vào không gian, chúng ta không thể giao một chiếc máy bay cho một viên phi công lần đầu tiên bước lên máy bay mà chưa qua huấn luyện vì chi phí cho chiếc máy bay không phải là nhỏ và quan trọng hơn nữa là vấn đề an toàn tính mạng con người. Trên thực tế người ta làm thế nào để giải quyết vấn đề đó, thực tế khi mà chưa có ứng dụng của Công nghệ thông tin thì người ta buộc tất cả những học viên phải trau dồi lý thuyết thật nhuần nhuyễn trước khi bước lên máy bay nhằm giảm thiểu những thiệt hại hay nguy hiểm. Tuy nhiên cách giải quyết này có nhược điểm là đòi hỏi quá nhiều thời gian và kinh phí đào tạo. Một vài năm khi Công nghệ thông tin phát triển và các ứng dụng của nó vào lĩnh vực này càng trở nên mạnh mẽ đặc biệt là trong vấn đề trợ giúp đào tạo phi công, người ta xây dựng rất nhiều chương trình mô phỏng cho phi 8    công tập luyện kết hợp với các thiết bị phần cứng để tạo ra một môi trường làm cho con người tưởng như ở trên một chiếc máy bay thật và mọi thứ diễn ra giống như thực tế. Một chương trình máy tính tạo ra không gian 3D kết hợp với thiết bị phần cứng cho phép người phi công thực hiện những chuyến bay đến các sân bay đã được xây dựng sẵn với các tình huống khác nhau nhằm nâng cao kỹ năng xử lý tình huống như trong thực tế cho phi công với cách này người ta đã giảm thiểu được thời gian đào tạo, chi phí đào tạo và nâng cao tính toán an toàn của mỗi chuyến bay. 1.2.4. Quân sự Vấn đề môi trường thực tế, điều kiện kinh tế, kỹ thuật, vấn đề an toàn tính mạng con người là những vấn đề khó khăn hàng đầu của các quốc gia về quân sự. Một trong lý do đầu tiên mà thực tại ảo ra đời là nhằm phục vụ cho quân sự. Chắc hẳn ai cũng biết rằng không phải là lúc nào cũng có chiến tranh, song khi có chiến tranh không phải là lúc chúng ta chuẩn bị lực lượng, vậy thì lấy đâu ra môi trường thực tế để rèn luyện, chuẩn bị lực lượng hay trên thực tế có thể tạo ra môi trường tập luyện thực sự. Do điều kiện kinh tế kỹ thuật không cho phép hơn nữa việc tập luyện ấy quá nguy hiểm tới tính mạng cho con người. Như vậy vấn đề ở đây là làm sao tạo ra được môi trường tập luyện như trên thực tế mà lại không quá tốn kém hay không nguy hiểm đến tính mạng con người trong khi đó hiệu quả tập luyện lại tốt như thực tế. Người ta đã giải quyết vấn đề trên một cách thực sự hiệu quả khi ứng dụng thực tại ảo. Điều này có thể thấy rõ như ở một số nước có quân sự mạnh như Mỹ, Nga, Trung Quốc,…Người ta đã xây dựng các hệ thống mô phỏng phục vụ cho việc tập luyện của bộ binh hay những hệ thống mô phỏng an ninh, mô phỏng trận địa phục vụ cho việc nghiên cứu, tập luyện nhằm tìm ra các biện pháp phòng thủ hay chiến đấu một cách hiệu quả và nâng cao chất lượng của quân sự. Khi ứng dụng thực tại ảo vào trong quân sự thì hiệu quả kinh tế mà nó mang lại là thực sự to lớn, người ta sẽ giảm được một lượng lớn kinh phí phục vụ cho việc tập luyện hay thực hiện được những vấn đề mà trên thực tế khó có thể thực hiện được hay những vấn đề trên thực tế phải áp dụng những quy tắc an toàn nghiêm ngặt song vẫn có mối nguy hiểm lớn đến tính mạng và tài sản 9    của con người. Hình ảnh sau là ảnh minh họa của chương trình huấn luyện quân đội mới của hãng Cubic cho phép người lính có thể tự do di chuyển trong một môi trường thực tế ảo 360o. Thông qua một chiếc kính đeo trước mắt, họ có thể nhìn và tương tác với cảnh vật xung quanh trong môi trường ảo đó để di chuyển và tập luyện chứ không bị bó buộc phải đứng một chỗ như các hệ thống huấn luyện ảo như trước đây, thường phải thông qua các máy chiếu hoặc tập luyện trên các màn hình kích thước lớn Hình 1.4. Ứng dụng của thực tại ảo trong huấn luyện quân sự 1.2.6. Nghệ thuật Một dự án đang thiết kế và xây dựng Viện bảo tàng nghệ thuật ảo (The Networked Virtual Art Museum), dự án này hiện tại đang kết hợp thực tại ảo với viễn thông. Qua dự án này, người ta cũng đang đầu tư nhiều lĩnh vực hoặc đầu tư thêm vào lĩnh vực khác nhau như là phần mềm xây dựng thế giới, nghệ thuật ảo và kiến trúc ảo, viễn thông, lập trình máy tính, trí tuệ nhân tạo, giao thức truyền thông. Việc xây dựng bảo tàng ảo này cần đến nhiều sự cộng tác của các chuyên gia khác nhau như là nhà nghệ thuật, nhà kiến trúc, chuyên gia xây dựng công cụ trợ giúp máy tính, lập trình viên, nhà soạn nhạc, chuyên viên viễn thông để cùng phối hợp với đội thiết kế nhằm giải quyết vấn đề kết nối trong môi trường nhúng. Sự cài đặt ban đầu cho viện ảo này là toà nhà Fun House. Hay ở Việt Nam để kỷ niệm 1000 năm Thăng Long Hà Nội, đã có dự án phục dựng lại toàn bộ kinh thành Thăng Long bằng môi trường 3D,.. 10    1.2.7. Điện ảnh Như chúng ta đã biết hiện nay điện ảnh là một lĩnh vực đang lên ngôi, chắc hẳn ai trong chúng ta cũng đã từng xem phim và cũng đã từng thưởng thức những cảnh thú vị trong phim do các diễn viên, nhân vật trong phim thể hiện. Và chúng ta chỉ có thể nghĩ rằng những điều đó chỉ có thể có trong phim chứ không có trên thực tế. Đúng vậy những phim được coi là hay nhất, được ưa chuộng nhất hiện nay là những phim có những cảnh ngoạn mục, hoành tráng. Một vài những năm gần đây những phim đó đó ứng dụng thực tại ảo và những phương pháp xử lý đồ họa mạnh tạo ra những hiệu ứng, những cảnh mà trên thực tế không thể thực hiện được. 1.2.8. Game và giải trí Lý do đầu tiên mà thực tại ảo ra đời là phục vụ cho giải trí, như chúng ta đã thấy lịch sử ra đời của thực tại ảo là nhằm phục vụ cho giải trí, thực hiện việc mô phỏng các mô hình 3D, cung cấp các dịch vụ phục vụ tương tác của con người trong môi trường ảo với hình ảnh tuyệt vời kết hợp với âm thanh nổi, các thiết bị vào ra làm cho con người ở trong môi trường ảo mà như là ở trong môi trường thật. Thậm chí còn hấp dẫn hơn nhiều bởi trong môi trường đó con người có thể thực hiện những điều mà trên thực tế họ không thể thực hiện được. Với khả năng kết hợp với các thiết bị vào ra, các hiệu ứng đồ họa chỉ có thể thấy được trên máy tính đã làm cho thực tại ảo nhanh chóng trở thành một ứng dụng không thể thiếu trong Game và trong giải trí với những trò Game giải trí 3D làm say đắm con người. 1.2.9. Hội thảo từ xa Các công việc được trao đổi giữa những người ở các nơi khác nhau bằng cách chia sẻ thông tin thông qua mạng. Hội thảo từ xa là một ứng dụng của mục đích này. Sự cảm nhận không gian và sử dụng không gian cho việc gặp gỡ và trao đổi với nhau trong môi trường ba chiều có đặc điểm: Kích thích mạnh mẽ người tham gia trong hội thảo, Âm thanh vẫn giữ được tự nhiên, Có được các thao tác phối hợp như trong thế giới thực. Vì hội thảo ảo đóng một vai trò quan trọng trong viễn thông nên có nhiều nhà nghiên cứu tập trung vào các vấn đề trong công việc truyền thông và công việc