LỜI CẢM ƠN Trước hết nhóm chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Hùng, cô Hiền Anh, thầy cô giúp đỡ em nhiều định hướng nghiên cứu, hướng dẫn cho chúng em suốt thời gian học tập môn Cuốn báo cáo nhóm chúng em hồn thành theo thời gian quy định nhà trường khoa không nỗ lực chúng em mà cịn giúp đỡ, bảo thầy,cơ hướng dẫn bạn sinh viên lớp giúp đỡ Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy cô giảng dạy chúng em, đặc biệt thầy cô giáo khoa CNTT Xin cảm ơn bạn sinh viên lớp giúp đỡ nhiều mặt: phương tiện, sách vở, ý kiến … Mặc dù nhóm cố gắng hoàn thành nghiên cứu song khơng tránh khỏi sai sót, mong thầy bạn đóng góp ý kiến q báu để nghiên cứu thành cơng Nhóm sinh viên thực hiện: Nguyễn Trần Vân Lê Huyền Trang Vũ Quý Trung Trương Văn Khải Mai Văn Thanh Page Mục lục Page LỜI MỞ ĐẦU Đồ họa máy tính lĩnh vực quan tâm ngành cơng nghệ thơng tin nói chung khoa học máy tính nói riêng Chúng ta bắt gặp nhiều ứng dụng đồ họa máy tính nhiều lĩnh vực đời sống: khoa học – y tế - quân - xây dựng kiến trức, giải trí v.v… Trong ứng dụng việc mô lại giới thực cách xây dựng giới thực cách xây dựng mơ hình “ảo” máy tính ln vấn đề lớn mà đồ họa máy tính hướng tới giải Từ mà công nghệ “thực ảo” đời, với khả mô cách sống động hầu hết mơ hình giới thực, từ đơn giản cụ thể phức tạp trừu tượng Ngôn ngữ mô hình hóa thực ảo VRML xây dựng từ nhu cầu phát triển công nghệ “thực ảo” – mà dựa đó, người có thẻ giải tốn mơ phịng lại giới thực máy tính Nội dung báo cáo chia thành chương cụ thể sau: • • • • Chương I: Tổng quan Thực ảo Chương II: Tổng quan ngơn ngữ mơ hình hóa thực ảo VRML Chương III: Tìm hiểu chi tiết ngơn ngữ mơ hình hóa thực ảo VRML Chương IV: Ứng dụng VRML – Viết chương trình mơ dao động lắc đơn không gian Page Chương I: Tổng quan Thực ảo Thực ảo hay gọi thực ảo (tiếng Anh virtual reality, viết tắt VR) thuật ngữ miêu tả mơi trường mơ máy tính Đa phần môi trường thực ảo chủ yếu hình ảnh hiển thị hình máy tính hay thơng qua kính nhìn ba chiều, nhiên vài mơ có thêm loại giác quan khác khác âm hay xúc giác Công nghệ thực tế ảo thuật ngữ xuất khoảng đầu thập kỷ 90, thực phát triển mạnh vịng vài năm trở lại Theo dự đốn Gartner (tổ chức nghiên cứu thị trường toàn cầu), VR đứng đầu danh sách 10 công nghệ chiến lược năm 2009 Tại Mỹ châu Âu thực tế ảo (VR) trở thành công nghệ mũi nhọn nhờ khả ứng dụng rộng rãi lĩnh vực (nghiên cứu công nghiệp, giáo dục đào tạo, du lịch, dịch vụ bất động sản, thương mại giải trí, ) tiềm kinh tế, tính lưỡng dụng (trong dân dụng quân sự) Trong loạt viết sau, tơi trình bày có hệ thống VR: khái niệm, ứng dụng, phần mềm, phần cứng, mạng liên kết, nhằm giúp bạn trẻ Việt Nam có nhìn tổng quát công nghệ VR giới, khả ứng dụng phần mềm để thiết kế giới ảo xây dựng hệ thống VR Việt Nam VR hệ thống mơ đồ họa máy tính sử dụng để tạo giới "như thật" Hơn nữa, giới "nhân tạo" không tĩnh tại, mà lại phản ứng, thay đổi theo ý muốn (tín hiệu vào) người sử dụng (nhờ hành động, lời nói, ) Điều xác định đặc tính VR, tương tác thời gian thực (real-time interactivity) Thời gian thực có nghĩa máy tính có khả nhận biết tín hiệu vào người sử dụng thay đổi giới ảo Thực ảo có ứng dụng hết lĩnh vực sống, khơng có thực ảo, nhiều vấn đề khó khăn khó giải được, với hiệu thấp chi phí tốn nhiều Page Chương II: Tổng quan ngôn ngữ mơ hình hóa thực ảo VRML VRML (Virtual Reality Modeling Language) ngơn ngữ mơ hình hóa thực tế ảo, định dạng tập tin sử dụng việc mô tả giới đối tượngđồ họa tương tác ba chiều VRML thiết kế dùng môi trường Internet,Intranet hệ thống máy khách cục (local client) VRML dự trù trở thành chuẩn trao đổi đa cho đồ họa ba chiều tích hợp truyền thơng đa phương tiện VRML sử dụng nhiều lĩnh vực ứng dụng chẳng hạnnhư trực quan hóa khái niệm khoa học kỹ thuật, trình diễn đa phương tiện, giảitrí giáo dục, hỗ trợ web chia sẻ giới ảo Về VRML đơn giản định dạng trao đổi 3D Nó định nghĩa vấn đề thường sử dụng ứng dụng 3D, chẳng hạn biếnđổi phân cấp (hierarchical tranformations), nguồn ánh sáng (líght sources), điểm nhìn(view points), hình học (geometry), sương mù (fog), thuộc tính chất liệu (material properties) đồ kết cấu (texture mapping) Ngôn ngữ VRML ngôn ngữ sử dụng mơ hình phân cấp việc thể hiệncác tương tác với đối tượng mơ hình, VRML sử dụng để phát triển nhữnghình ảnh 3D quang cảnh Web Các file VRML có kích thức nhỏ, thường khơng q 1Mb Ngơn ngữ mơ hình hóa thực ảo VRML chuẩn khơng thức đểmô tả thực tế ảo mà không phụ thuộc vào hệ điều hành thông qua Internet Chỉ với mộtfile text bạn mơ tả, tương tác, điều khiển giới ảo mà không bị hạn chếnhiều VRML cho phép truyền mạng hình ảnh 3D Với kích thước khả nhỏ so với băng thơng, phần lớn giới hạ n khoảng 100 - 200Kb nên file VRML truyền cách dễ dàng Nếu HTML định dạng văn thìVRML định dạng đối tượng 3D Hiện VRML có lợi đơn giản, hỗ trợ dịch vụ web 3D Page CHƯƠNG III : TÌM HIỂU CHI TIẾT NGƠN NGỮ MƠ HÌNH THỰC TẠI ẢO VRML Làm việc với file VRML Chúng ta tạo file VRML đơn giản cách dùng trình soạn thảo văn Notepad hay WordPad, sau lưu file vớ i phần mở rộng rl Bên cạnh , giúp cho viêc soạn thảo code VRML hiệu Việc dịch chạy file *.wrl lại yêu cầu Player trợ giúp cho hiển thị hiệu ứng VRML Trong nhiều Player hỗ trợ VRML hiệnnay, em chọn sử dụng Cortona 3D viewer đượ cung cấp miễn phí Cấu trúc file VRML *.wrl file VRML (*.wrl) có thành phần : • • • Tiêu đề: Dùng để nhận dạng tập tin VRML cách mã hóa Phần thích: Bắt đầu dấu # chương trình bỏ qua dịch chạy Các node: hay cịn gọi thẻ, thành phần file VRML bao gồm phần tổng quát sau: Loại node :  Tên node phải viết hoa  Các cặp dấu mở ngoặc {…} bắt buộc phải có  Các trường: có nhiều trường node  Các trường gồm nhiều giá trị phải nằm cặp […] Các đối tượng hình học Thế giới ảo xây dựng từ file VRML tạo nên từ đối tượng hình học bao gồm : hình hộp, hình cầu, hình trụ, hình nón văn Các đối tượng tạo node Shape với hai trường appearance geometry • Box – Hình hộp chữ nhật Hình hộp chữ nhật tạo từ node Box có tâm tọa độ ( 0,0,0) có kích thước quy định qua trường “sizex y z” với x,y,z kích thước hình hộp theo trục Ox, Oy, Oz hệ trục tọa độ Đê • Sphere – Hình cầu Hình cầu tạo từ node Sphere có tâm tọa độ (0,0,0) có bán kính quy định qua trường “radius” Giá trị trường radius phải lớn 0.0 Page • Cylinder – Hình trụ Hình trụ tạo từ node Cylinder có tâm tọa độ(0,0,0) , có bán kính quy định qua trường radius có chiều cao quy định qua trường height Ba trường lại node quy định tồn tại( mang giá trị TRUE) hoặckhông tồn ( mang giá trị FALSE ): tương ứng mặt đáy – top, mặt đáydưới – bottom ,và mặt bên – side Các mặt khơng tồn khơng xét tới tồn khối trụ tham gia vào kiện (ví dụ phát va chạm kích hoạt cảm biến) • Cone – Hình nón Hình nón tạo từ node Cone có tâm (0,0,0) , có bán kính mặt đáy quy định qua trường bottom Radius có chiều cao quy định qua trường height • Text Chuỗi văn tạo từ node Text quy định trường string,chuỗi mã hóa theo chuẩn mã hóa utf-8 Page Các phép biến đổi VRML Mặc định đối tượng xây dựng VRML đặt tọa độ gốc Biến đổi tạo hệ thống trục hệ tọa độ mà hệ trục có vị trí tương đối so với hệ tọa độ mặc định Các phép biến đổi như: di chuyển, quay, tỷ lệ Các phép biến đổi VRML thực đối tượng thông qua node Transform{…} Page Page Một số loại node sử dụng VRML • Shape • Geometry Node Geometry bao gồm node Box, Cone, Cylinder, Sphere, Text tƣơng ứng với đối tượng đượ c tạo node Shape đ : hình h ộ p, hình nón, hình tr ụ , hình c ầu, văn bản.Ngồi nodeGeometrycòn chứa nodeIndexedLineSetvàIndexedFaceSet để t ạo nên tƣơng ng đƣờ ng th ẳ ng m ặ t phẳng khơng gian • Appearance Page 10 • Texture • ImageTexture • MovieTexture Page 12 • IndexedFaceset • BackGround Page 13 • Viewpoint • PointLight Page 14 • CylinderSensor • SphereSensor Page 15 • TouchSensor Page 16 • TimeSensor Page 17 • Anchor Page 18 • Group • Switch • Transform • Inline • BillBoard Page 19 Chương IV: Ứng dụng VRML – Viết chương trình mơ dao động lắc đơn không gian Mô tả thí nghiệm Mơ tả thí nghiệm: Treo ba hịn bi thép có khối lượng vào sợi dây, cho dây song song thẳng đứng hịn bi tiếp xúc với Ta kéo cho hịn bên phải lệch góc a thả Nó chuyển động tới đập vào bi đứng yên dừng lại,lực tác động lên bi đứng bi bên trái, kết bi đứng yên bi bên trái chuyển động tiếp phía bên trái lệch góc a chuyển động ngược lại, đập vào bi giữa, rồi đứng yên Hòn bi bên phải lại chuyển động trình tiếp diễn Cơ sở lý thuyết Khi hai vật tác dụng tương hỗ động lượng truyền từ vật sang vật kia, nghĩa chúng trao đổi động lượng với Ta xét xem trao đổi diễn theo quy luật với thí nghiệm đơn giản sau: Treo hai hịn bi thép có khối lượng vào sợi dây, cho hai dây song song thẳng đứng hai hịn bi tiếp xúc với Ta kéo cho bên phải lệch góc a thả Nó chuyển động tới đập vào bi bên trái đứng yên dừng lại, bi bên trái chuyển động tiếp phía bên trái lệch góc a chuyển động lại, đập vào hịn bi bên phải đứng yên Hòn bi bên phải lại chuyển động trình tiếp diễn Giả sử khối lượng bi m, vận tốc bi bên phải trước lúc va chạm v Vì lúc hịn bi bên trái đứng yên nên động lượng hai bi trước lúc va chạm mv hướng bên trái Ngay sau lúc va chạm, vận tốc hịn bi phải v hai góc lệch nhau, đồng thời bi bên phải đứng n, động lượng hai hịn bi lúc mv hướng bên trái, nghĩa động lượng chúng trước lúc va chạm Vậy thí nghiệm chứng minh rằng: tác dụng tương hỗ hai vật không làm thay đổi động lượng tổng cộng chúng Yêu cầu toán Xây dựng mơ hình mơ tả chuyển động lắc đơn khơng gian 3D mà người sử dụng : Di chuyển xoay quanh mơ hình Xem hình ảnh Thấy chuyển động, va chạm lắc Thiết kế a Một giá đỡ b Một đứng c Một ngang d Thiết kế lắc: Gồm cầu treo vào sợi dây e Mô tả dao động lắc Dựng hình a) Giá đỡ Page 20 DEF Giado Transform { translation 70 children [ DEF Giado-TIMER TimeSensor { loop TRUE cycleInterval 3.333 }, DEF Cylinder12 Transform { translation -10 67.23 0.1 children [ Shape { appearance Appearance { material Material { diffuseColor 0.102 0.6941 0.3451 } } geometry DEF Cylinder12-FACES IndexedFaceSet { ccw TRUE solid TRUE coord DEF Cylinder12-COORD Coordinate { point [ 0, 0.5 -0.866, -0.5 -0.866, -1 0, -0.5 0.866, 0.5 0.866, 0, 0.5 -0.866, -0.5 -0.866, -1 0, -0.5 0.866, 0.5 0.866, 0, 0, 1.5 -2.598, -1.5 -2.598, -3 0, -1.5 2.598, 1.5 2.598, 0, 1.5 -2.598, -1.5 -2.598, -3 0, -1.5 2.598, 1.5 2.598, 0] } coordIndex [ 0, 7, 6, -1, 0, 1, 7, -1, 1, 8, 7, -1, 1, 2, 8, -1, 2, 9, 8, -1, 2, 3, 9, -1, 3, 10, 9, -1, 3, 4, 10, -1, 4, 11, 10, -1, 4, 5, 11, -1, 5, 6, 11, -1, 5, 0, 6, -1, 12, 14, 13, -1, 12, 15, 14, -1, 12, 16, 15, -1, 12, 17, 16, -1, 12, 18, 17, -1, 12, 13, 18, -1, 13, 20, 19, -1, 13, 14, 20, -1, 14, 21, 20, -1, 14, 15, 21, -1, 15, 22, 21, -1, 15, 16, 22, -1, 16, 23, 22, -1, 16, 17, 23, -1, 17, 24, 23, -1, 17, 18, 24, -1, 18, 19, 24, -1, 18, 13, 19, -1, 25, 19, 20, -1, 25, 20, 21, -1, 25, 21, 22, -1, 25, 22, 23, -1, 25, 23, 24, -1, 25, 24, 19, -1] } } ] }, Page 21 b) Thanh ngang DEF Cylinder02 Transform { translation 50 65 rotation -0.5774 0.5774 -0.5774 -2.094 children [ Transform { translation 75 children [ Shape { appearance Appearance { material Material { diffuseColor 0.6392 0.549 0.1922 ambientIntensity 0.1534 specularColor 0.72 0.72 0.72 shininess 0.2875 transparency } } geometry Cylinder { radius 1.5 height 150 } } ]} ] }, Page 22 c) Thanh đứng DEF Cylinder01 Transform { translation -70 -70 children [ Transform { translation 75 children [ Shape { appearance Appearance { material Material { diffuseColor 0.6392 0.549 0.1922 ambientIntensity 0.1534 specularColor 0.72 0.72 0.72 shininess 0.2875 transparency } } geometry Cylinder { radius height 150 } } ]} ] }, Page 23 d) Con lắc #Con lắc thứ DEF Conlac Transform { translation -10 75 center 55 children [ DEF Cylinder01_0 Transform { translation 55 children [ Transform { translation -45 children [ Shape { appearance Appearance { material Material { #Mầu dây diffuseColor 0 ambientIntensity 0.1033 specularColor 0.045 0.045 0.045 shininess 0.2875 transparency } } geometry Cylinder { radius 0.5 height 90 } } ]} ] }, DEF Sphere01 Transform { translation -45 children [ Shape { appearance Appearance { material Material { diffuseColor 1 ambientIntensity 0.1115 specularColor 0.045 0.045 0.045 shininess 0.2875 transparency } } geometry Sphere { radius 10 } } ] } ] } #Con lắc thứ đứng yên DEF Conlac2 Transform { translation 10 75 Page 24 center 55 children [ USE Cylinder01_0 USE Sphere01 ] } #Con lắc thứ DEF Conlac3 Transform { translation 30 75 center 55 children [ USE Cylinder01_0 USE Sphere01 ] } Page 25 e) Mô tả dao động #Tốc độ lắc : DEF Clock TimeSensor { cycleInterval 1.6 startTime 1.0 stopTime 0.0 loop TRUE } # Vị trí góc dao động theo thời gian DEF Daodong Script { eventIn SFFloat set_fraction eventOut SFRotation gocconlac1 eventOut SFRotation gocconlac3 url "vrmlscript: function set_fraction(frac, tm) { goc = Math.sin((2*frac-1) * Math.PI) * Math.PI/7; gocconlac1[0] = 0.0; gocconlac1[1] = 0.0; gocconlac1[2] = 1.0; if (goc < 0) gocconlac1[3] = goc; else gocconlac1[3] = 0; if (goc > 0) gocconlac3[3] = goc; else gocconlac3[3] = 0; }" } ROUTE Clock.fraction_changed TO Daodong.set_fraction ROUTE Daodong.gocconlac1 TO Conlac.set_rotation ROUTE Daodong.gocconlac3 TO Conlac3.set_rotation Page 26 ... động lượng chúng trước lúc va chạm Vậy thí nghiệm chứng minh rằng: tác dụng tương hỗ hai vật không làm thay đổi động lượng tổng cộng chúng Yêu cầu tốn Xây dựng mơ hình mơ tả chuyển động lắc đơn. .. Sphere01 ] } Page 25 e) Mô tả dao động #Tốc độ lắc : DEF Clock TimeSensor { cycleInterval 1.6 startTime 1.0 stopTime 0.0 loop TRUE } # Vị trí góc dao động theo thời gian DEF Daodong Script { eventIn... gocconlac1[3] = goc; else gocconlac1[3] = 0; if (goc > 0) gocconlac3[3] = goc; else gocconlac3[3] = 0; }" } ROUTE Clock.fraction_changed TO Daodong.set_fraction ROUTE Daodong.gocconlac1 TO Conlac.set_rotation