Nghiên cứu một số kỹ thuật định vị trong trưng bày ảo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

PHẠM TUÂN
CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

LUẬN VĂN THẠC SĨ
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT
ĐỊNH VỊ TRONG TRƯNG BÀY ẢO

2014 – 2016

PHẠM TUÂN

HÀ NỘI – 2016


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT
ĐỊNH VỊ TRONG TRƯNG BÀY ẢO

PHẠM TUÂN
CHUYÊN NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
MÃ SỐ: 60.48.02.01

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. ĐỖ NĂNG TOÀN

HÀ NỘI – 2016


LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là Phạm Tuân – học viên lớp cao học Công nghệ Thông tin Khóa 2
(2014 – 2016) Viện Đại học Mở Hà Nội, xin cam đoan: Luận văn “Nghiên cứu một
số kỹ thuật trưng bày ảo” là công trình nghiên cứu của bản thân dưới sự hướng dẫn
của PGS.TS.Đỗ Năng Toàn.Các kết quả trong luận văn tốt nghiệp thạc sỹ này là
trung thực, không phải là sao chép toàn văn của bất kỳ công trình nào khác hoặc là
được trích dẫn từ các nguồn tài liệu và chú thích đầy đủ.
Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2016
Tác giả luận văn

Phạm Tuân

i


LỜI CẢM ƠN
Học viên xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới tập thể các thầy cô giáo
Viện Công nghệ Thông tin, các thầy cô giáo Viện Đại học Mở Hà Nội đã mang
lại cho học viên những kiến thức vô cùng quý giá và bổ ích trong suốt quá trình
học tập chương trình cao học tại trường. Đặc biệt tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn
sâu sắc tới PGS.TS.Đỗ Năng Toàn đã định hướng khoa học và đưa ra những góp
ý, quan tâm và tạo điều kiện thuận lợi cho tác giả trong quá trình hoàn thành luận
văn này.
Cuối cùng, học viên xin chân thành cảm ơn các bạn bè đồng nghiệp, gia
đình và người thân đã quan tâm, giúp đỡ và chia sẻ với học viên trong suốt quá

trình học tập.
Do thời gian và kiến thức có hạn nên luận văn chắc không tránh khỏi
những thiếu sót nhất định. Học viên rất mong nhận được những sự góp ý quý
báu của thầy cô và các bạn.

Hà Nội, ngày 30 tháng 11 năm 2016
Tác giả

Phạm Tuân

ii


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................ ii
MỤC LỤC ................................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT ............................... vi
DANH MỤC CÁC HÌNH ........................................................................ vii
LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................... ix
CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ TRƯNG BÀY ẢO VÀ BÀI TOÁN ĐỊNH
VỊ TRONG TRƯNG BÀY ẢO .................................................................. 1
1.1. Khái quát về trưng bày ảo ................................................................ 1
1.2. Ưu điểm của hệ thống trưng bày ảo ................................................. 6
1.2.1. Ánh sáng................................................................................... 6
1.2.2. Quy mô ..................................................................................... 6
1.2.3. Tầm nhìn ngoại vi ..................................................................... 6
1.3. Bài toán định vị trong trưng bày ảo................................................ 11
1.3.1. Giới thiệu bài toán .................................................................. 11
1.3.2. Mục tiêu của việc định vị trong trưng bày ảo .......................... 12

1.3.2. Cách thức thực hiện ................................................................ 12
1.4. Kết luận chương 1 ......................................................................... 12
CHƯƠNG 2. MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐỊNH VỊ ........................................ 14
TRONG TRƯNG BÀY ẢO ..................................................................... 14
2.1. Khái niệm định vị và các hệ tọa độ thường dùng trong định vị ...... 14
2.1.1. Hệ toạ độ sao .......................................................................... 14
2.1.2. Hệ tọa độ Trái đất ................................................................... 15
2.1.3. Hệ tọa độ địa phương (Hệ tọa độ địa diện chân trời) ............... 16
iii


2.2. Kỹ thuật xử lý đồ họa 3 chiều ........................................................ 17
2.2.1. Các đối tượng cơ sở và các thuật giải cơ bản ......................... 18
2.2.2. Hệ tọa độtrong đồ hoạ ............................................................. 22
2.3. Một số kỹ thuật định vị .................................................................. 30
2.3.1. Kỹ thuật định vị dựa trên wifi ................................................. 30
2.3.2. Kỹ thuật định định vị theo rà quét rada ................................... 36
2.3.3. Kỹ thuật định định vị dựa vào phân vùng giám sát và các đường
ranh giới ảo ...................................................................................... 39
2.4. So sánh các phương pháp định vị................................................... 45
2.4.1.Với phương dùng wifi.............................................................. 45
2.4.2. Với phương pháp định vị bằng rada ........................................ 45
2.4.3. Với phương pháp phân vùng giám sát ..................................... 46
2.5. Kết luận chương 2 ......................................................................... 46
CHƯƠNG 3. CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM .................................... 47
3.1. Giới thiệu bài toán ......................................................................... 47
3.2. Phân tích lựa chọn công cụ ............................................................ 47
3.2.1. Thư viện sử dụng .................................................................... 47
3.2.2. Công cụ hỗ trợ lập trình .......................................................... 48
3.3. Mô hình hoá việc định vị trong trưng bày ảo ................................. 48

3.3.1. Tạo không gian trưng bày ....................................................... 48
3.3.2. Mô phỏng vật thể trưng bày .................................................... 49
3.3.3. Mô phỏng người ảo tham quan bảo tàng ................................. 50
3.3.4. Xử lý kỹ thuật định vị ............................................................. 50

iv


3.4. Cài đặt chương trình ...................................................................... 51
3.4.1. Tạo khung cảnh trưng bày ...................................................... 51
3.4.2. Tạo đối tượng trưng bày ......................................................... 52
3.4.3. Tạo người tham quan .............................................................. 55
3.4.4. Cài đặt điều khiển nhân vật ..................................................... 57
3.4.5. Tạo các đường ranh giới ảo..................................................... 58
3.4.6. Nạp audio ............................................................................... 59
3.4.7. Xử lý va chạm với đường ranh giới ảo .................................... 60
3.5. Kết quả của chương trình ............................................................... 62
3.5.1. Giao diện chính....................................................................... 62
3.5.2. Các đường ranh giới ảo bằng lưới ........................................... 62
3.5.3. Khi đối tượng giao cắt với các đường ranh giới ảo.................. 63
3.6.Demo chương trình............................................................................. 64
3.7.Kết luận chương 3 .............................................................................. 67
KẾT LUẬN.............................................................................................. 68
HƯỚNG PHÁT TRIỂN ........................................................................... 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................ 69

v


DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT

Từ viết tắt

Tiếng Anh

Tiếng Việt

3D

Three dimensionalComputer

Đồ hoạ không gian 3 chiều

Graphic
VCD

video compact disc

Đĩa video nén

DVD

digital video disc

Đĩa video dạng số

GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị toàn cầu

OVL

Observation Vertical Line.

Đường ranh giới ảo

GNSS

Global Navigation Satellite

Hệ thống định vị vệ tinh

System
AP

Access Point

Điểm truy cập

NOVL

None Observation Vertical Line.

Không dùng đường ranh giới
ảo

2D

Two Dimension Computer

Đồ hoạ hai chiều

Graphic
HLSL

High Level Shader Language

vi

Ngôn ngữ tô bóng bậc cao


DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1: Một góc bảo tang phật giáo việt nam số hóa.........................................2
Hình 1.2: Giao diện lỗi vào bảo tàng phật giáo khi di chuyển ..............................3
Hình 1.3: Người tham quan có thể “đi” qua các vật phẩm trưng bày bằng sử dụng
phần mềm ............................................................................................................4
Hình 1.4: Mô hình vật thể trưng bày, có thể di chuyển nguồn sáng ......................7
Hình 1.5: 3D Lab của đại học Michigan, quét 3D và dựng hình ...........................7
Hình 1.6: Hệ thống mô phỏng hệ mặt trời 3D ......................................................8
Hình 1.7: Mô hình phòng trưng bày cổ vật ảo .................................................... 11
Hình 2.1: Hệ tọa độ sao ..................................................................................... 14
Hình 2.2: Hệ toạ độ trái đất................................................................................ 15
Hình 2.3: Hệ toạ độ địa phương ......................................................................... 17
Hình 2.4: Biểu diễn 1 điểm bằng hệ toạ độ địa phương ...................................... 17
Hình 2.5: Mô tả biểu diễn đoạn thẳng ............................................................... 19
Hình 2.6: Mô tả chuỗi các đường thẳng Polyline ............................................... 20
Hình 2.7: Mô tả phương pháp tô mầu cho đa giác theo đường thẳng quét .......... 21
Hình 2.8: Ảnh một mặt cong cơ bản .................................................................. 22

Hình 2.9: Mô tả một số hệ tọa độ 3 chiều thường dùng ...................................... 23
Hình 2.10: Biểu diễn phép quay một điểm trong không gian 2D ........................ 24
Hình 2.11: Mô tả phép chiếu phối cảnh ............................................................. 25
Hình 2.12: Tiến trình thực thi Vertex shader và Pixel shader ............................. 28
Hình 2.13: Định vị bằng GPS ............................................................................ 30
Hình 2.14: Phương pháp đo tam giác ................................................................. 31
Hình2.15: Dữ liệu đo cường độ sóng wifi .......................................................... 32
Hình 2.16: Hồi quy hàm số bằng matlab ............................................................ 32
Hình 2.17: Kết quả định vị bằng đo dùng 3 điểm truy cập ................................. 33
Hình 2.18: Bản đồ lấy mẫu ................................................................................ 34
Hình 2.19: Mẫu cường độ sóng.......................................................................... 35
Hình 2.20: Kết quả so sánh mẫu ........................................................................ 35
Hình 2.21: Mô hình rada.................................................................................... 37

vii


Hình 2.22: Một số hình thức phân vùng giám sát ............................................... 41
(a) Trong môi trường 1D; (b) Trong môi trường 2D .......................................... 41
Hình 2.23: Đường ranh giới ảo .......................................................................... 42
Hình 2.24: Đường ranh giới ảo và khu vực giám sát của mỗi camera................. 43
Hình 2.25: Vị trí của đối tượng với đường ranh giới ảo ..................................... 43
Hình 2.67: Phép biến đổi homography ............................................................... 44
Hình 2.27: Đối tượng chuyển động và đường ranh giới ảo trong môi trường 3D44
Hình 3.1: Một bảo tàng đã được ảo hóa trong Art Project .................................. 49
Hình 3.2: Quét khung cảnh để tái tạo mọi thứ vào không gian 3D ..................... 49
Hình 3.3: Thế giới ảo mô phỏng trong 3D ......................................................... 50
Hình 3.4 : Tạo khung cảnh trưng bày sử dụng code và thư viện sẵn có .............. 52
Hình 3.5: Tạo đối tượng trưng bày bằng việc nạp các đối tượng sẵn có ............. 55
Hình 3.6: Tạo đối tượng người tham quan bằng việc nạp các đối tượng sẵn có .. 56

Hình 3.7: Cài đặt các phím chức năng để điều khiển nhân vật ........................... 58
Hình 3.8: Tạo các đường ranh rới ảo xung quanh vật thể trưng bày ................... 58
Hình 3.9: Tính toán bằng so sánh vị trí theo toạ độ ............................................ 59
Hình 3.10: Nạp file audio để chuẩn bị play ........................................................ 59
Hình 3.11 : Cập nhật vị trí và tính lại liên tục để so sánh khoảng cách ............... 61
Hình 3.12: Khi chương trình khởi chạy vào giao diện ........................................ 62
Hình 3.13: Khi đối tượng đến gần bức tranh ...................................................... 63
Hình 3.14: Đối tượng chuẩn bị va chạm với bức tranh ....................................... 64
Hình 3.15: Khởi chạy chương trình ................................................................... 64
Hình 3.16: Không gian trưng bày khi đi từ cửa vào ........................................... 65
Hình 3.17: Đối tượng người tham quan đang quan sát bức tranh ....................... 65
Hình 3.18: Đối tượng người tham quan đi đến khu trung tâm ............................ 66
Hình 3.19: Phân chia 3 camera giám sát ở 3 góc độ khác nhau của .................... 66
phòng trưng bày ................................................................................................ 66

viii


LỜI MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây việc sử dụng nhập vai trong thực tại ảo là một xu
hướng công nghệ tương đối mới và thích thú của cộng đồng nghiên cứu và phát triển
khoa học, quân sự và công nghiệp. Tuy nhiên như các công nghệ VR chính thức,
nghiên cứu được mở rộng trong quân sự, khoa học và áp dụng vào nhiều lĩnh vực
như giáo dục, nghệ thuật, văn hóa.v.v. Nghiên cứu công nghệ thực tại ảo trong bảo
tàng, tái tạo không gian cổ xưa giúp người dùng có cái nhìn trực quan hơn, gìn giữ
phát huy những giá trị tốt đẹp của nhân loại, hay những bài toán trong công nghiệp
áp dụng công nghệ 3D có thể tạo ra các sản phẩm có hình dạng phức tạp, giá thành
rẻ mà trước đây chỉ thủ công mới làm được.
Ứng dụng công nghệ thực tại ảo khối công việc được chia làm hai mảng
chính là: mô hình hóa và điều khiển. Để có một ứng dụng tốt, đẹp mắt và chân thực

nhiệm vụ mô hình hóa là việc hết sức quan trọng nó là bước được đánh giá còn quan
trọng hơn nhiều so với việc lập trình điều khiển, nhất là đối với những ứng dụng đòi
hỏi độ chân thực cao như trong lĩnh vực bảo tàng hay những lĩnh vực liên quan đến
bảo tồn lưu trữ. Nó đòi hỏi độ chính xác cao về kích thước và hình dáng, màu sắc...
Học viên nhận thấy công mô phỏng các đối tượng 3D và ứng dụng các mô hình
trong công nghệ ảo hoá là rất quan trọng vì vậy luận văn lựa chọn đề tài “Nghiên
cứu một số kỹ thuật trong trưng bày ảo” nhằm tìm hiểu về các kỹ thuật định vị và
triển khai ứng dụng tiếp theo đảm bảo yêu cầu về thời gian thực trong các ứng dụng
thực tại ảo.
Cấu trúc của luận văn bao gồm “Phần mở đầu”, “Phần kết luận” và nội dung
của 3 chương như sau:
Chương 1: “Khái quát về trưng bày ảo và bài toán định vị trong trưng
bày ảo”. Nội dung chính của “Chương 1” là những vấn đề cơ bản về đồ họa 3D,
đồng thời cũng nêu lên bài toán định vị và các ứng dụng trong các mô hình trưng
bày ảo.
Chương 2: “Một số kỹ thuật định vị trong trưng bày ảo”. Đây là nội dung
chính của luận văn, tập trung trình bày các kỹ thuật định vị, các vấn đề liên quan đến
xử lý để định vị được đối tượng người tham quan và vật thể trưng bày.

ix


Chương 3: “Chương trình thử nghiệm”. Đây là chương học viên trình bày
kết quả thử nghiệm bằng một chương trình phần mềm mô phỏng. Đây là một sản
phẩm thể hiện những kết quả đã được trình bày, tổng hợp trong luận văn.

x


CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT VỀ TRƯNG BÀY ẢO VÀ BÀI

TOÁN ĐỊNH VỊ TRONG TRƯNG BÀY ẢO
1.1. Khái quát về trưng bày ảo
Trong bối cảnh toàn cầu hóa về kinh tế, quốc tế hóa về văn hóa hiện nay, bảo
tàng ngày càng khẳng định vai trò quan trọng là công cụ đắc lực để bảo vệ và phát
huy giá trị di sản văn hóa vì lợi ích và sự phát triển của các dân tộc, quốc gia trên thế
giới. Việc Luật Di sản văn hóa được Quốc hội nước Cộng hòa Xã hội Chủ nghĩa
Việt Nam ban hành năm 2001 và Luật sửa đổi bổ sung năm 2008, đặc biệt, từ năm
2005, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt Quy hoạch tổng thể phát triển hệ thống
bảo tàng Việt Nam đến năm 2020, đã mở ra cơ hội phát triển thuận lợi cho các bảo
tàng Việt Nam trong tương lai.
Bảo tàng là nơi hội tụ tri thức của nhiều ngành khoa học và chuyên môn khác
nhau. Tổ chức và hoạt động của bảo tàng hiện đại không ngừng phát triển và biến
đổi, do vậy, nếu chỉ dựa vào những kiến thức, kinh nghiệm đã có sẵn và hình thức
hoạt động truyền thống thì không thể thích ứng với nhu cầu phát triển xã hội trong
thời đại ngày nay. Khi hoạt động của ngành Bảo tàng có quy mô ngày càng lớn, yêu
cầu về hội nhập quốc tế càng sâu rộng thì càng phải đặc biệt chú trọng đến việc ứng
dụng khoa học công nghệ vào các hoạt động của bảo tàng.
Việc xây dựng hệ thống Bảo tàng ảo tương tác 3D mang lại cho Bảo tàng
Lịch sử quốc gia một hệ thống trưng bày điện tử trực quan, hiện đại ứng dụng các
công nghệ mới nhất trên thế giới hiện nay trong lĩnh vực trưng bày bảo tàng (công
nghệ tương tác 3D, công nghệ không gian trưng bày ảo) góp phần nâng cao hình ảnh
của Bảo tàng Lịch sử quốc gia . Hơn thế nữa, hệ thống còn cung cấp công cụ lưu trữ,
quản lý thông tin một cách có hệ thống, hiệu quả các hiện vật, tư liệu trưng bày. Đề
án bảo tàng ảo tương tác 3D được thực hiện với mục đích xây dựng công cụ quảng
bá hữu hiệu đến khách tham quan một cách nhanh chóng, thuận lợi, không bị hạn
chế bởi không gian, thời gian, khoảng cách địa lý. Nó được truyền qua mạng
Internet, các thiết bị di động và được lưu trữ bằng các ấn phẩm CD/DVD.

1

Hình 1.1:Một góc bảo tang phật giáo việt nam số hóa

Trưng bày trong Bảo tàng ảo 3D phong phú, hiện vật gắn với thông tin tư
liệu đa phương tiện như văn bản, hình ảnh, băng âm thanh, phim tư liệu, chủ động
và linh hoạt hơn trong công tác trưng bày nhất là trưng bày lưu động và trưng bày
chuyên đề, đặc biệt là thuận tiện trong việc trao đổi hiện vật giữa các bảo tàng trong
và ngoài nước.
Công tác quản lý hiện vật và bảo quản hiện vật cũng được nâng lên một bước
bằng việc tư liệu hóa, số hóa những tài liệu, hiện vật hiện có, bảo tồn và quản lý một
khối lượng lớn các hiện vật, tài liệu - di sản văn hóa của bảo tàng dưới dạng số hóa
các dữ liệu hiện vật, văn tự… được quản lý bằng công nghệ tương tác 3D.
Bảo tàng ảo tương tác 3D đáp ứng nhu cầu rất đa dạng trong quá trình phổ
biến giá trị di sản văn hóa của Việt Nam trên các phương tiện truyền thông, trong
công tác giảng dạy từ bậc tiểu học đến đại học và sau đại học, trong hoạt động
nghiên cứu, trong hoạt động giao lưu văn hóa với các nước trên thế giới. Nó tăng
tính trực quan, tính khám phá tìm tòi khi tham quan bảo tàng
Hơn nữa, Bảo tàng ảo tương tác 3D có thể tham quan ở bất kỳ đâu, bất kỳ khi
nào trên Internet, qua các thiết bị di động, qua các ấn phẩm CD... Đặc biệt là đồng
bào vùng sâu, vùng xa, đồng bào dân tộc, biên giới, hải đảo chưa có điều kiện đến
trực tiếp tham quan bảo tàng hoặc bảo tàng chưa có khả năng đem những hiện vật
quí hiếm đi trưng bày để giới thiệu.

2


Hình 1.2: Giao diện lỗi vào bảo tàng phật giáo khi di chuyển

Công nghệ Bảo tàng ảo tương tác 3D lưu trữ chi tiết toàn bộ không gian
trưng bày, các hiện vật của bảo tàng, đảm bảo tính chân thực, độ chính xác cao.

Không giống các hình thức lưu trữ hình ảnh khác, công nghệ 3D cho phép xem
được hiện vật trong không gian 3 chiều, trong khi với ảnh chụp thì chỉ có thể phản
ánh hình ảnh hiện vật trong không gian 2 chiều vốn thấy. Việc tương tác giúp cho
người xem trực tiếp và chủ động hơn trong việc thu nhận thông tin về hiện vật, góp
phần làm sống động hơn các hiện vật được trưng bày và hấp dẫn sự tìm tòi, khám
phá của người xem.
Bảo tàng Lịch sử quốc gia xây dựng dự án Bảo tàng ảo tương tác 3D trên cơ
sở kế thừa phương pháp nghiên cứu, tính năng công nghệ mà các bảo tàng trên thế
giới đã triển khai như: Bảo tàng Lịch sử Tự nhiên quốc gia Smithsonian - Hoa Kỳ;
Bảo tàng Louver - Pháp; Bảo tàng Vatican - Ý. Đồng thời, ứng dụng các công nghệ
mới nhất hiện nay cho phép để xây dựng các tính năng hiện đại hơn và mang đậm
bản sắc riêng ở trình độ ứng dụng công nghệ đạt chuẩn quốc tế.
Đây là dự án tiên phong ứng dụng công nghệ này trong lĩnh vực bảo tàng tại
Việt Nam, có tác dụng to lớn không chỉ về mặt khoa học mà còn có tác dụng về thực
tiễn và kinh tế.

3


Về hiệu quả khoa học: Đây là một đề án ứng dụng công nghệ hiện đại nhất
trong lĩnh vực bảo tàng. Nếu ứng dụng thành công, Bảo tàng Lịch sử quốc gia không
chỉ hoàn thiện, phong phú thêm hệ thống trưng bày mà còn trở thành bảo tàng hàng
đầu tại Việt Nam và khu vực trong việc ứng dụng công nghệ cao vào công tác trưng
bày, quảng bá và phát huy các giá trị di sản văn hóa của Bảo tàng tới công chúng.

Hình 1.3:Người tham quan có thể “đi” qua các vật phẩm trưng bày bằng sử
dụng phần mềm

Về hiệu quả xã hội: Với hình thức tương tác 3D sống động, trực quan, thông
tin phong phú và khả năng truyền bá rộng rãi, Bảo tàng ảo sẽ thu hút được đông đảo

công chúng, đặc biệt là giới trẻ quan tâm hơn tới bảo tàng, quan tâm hơn đến văn
hóa và lịch sử dân tộc.
Về hiệu quả kinh tế: Bảo tàng ảo tương tác 3D sẽ là công cụ quảng bá rất hữu
hiệu ra phạm vi toàn cầu, thu hút du khách trong nước và quốc tế đến tham quan
Bảo tàng. Đặc biệt, đối với công tác trưng bày chuyên đề, trưng bày lưu động dưới
hình thức trưng bày điện tử trong và ngoài nước sẽ đem lại lợi ích lớn về kinh tế, xã
hội. Ngoài ra, còn có thể sử dụng trong việc quảng bá trên Internet, xuất bản thành
các ấn phẩm CD/DVD để lưu trữ, phát huy và khai thác dưới góc độ kinh tế một
cách hiệu quả nếu được sự cho phép của các cơ quan chủ quản[7].

4


Trên thế giới việc xây dựng Bảo tàng ảo tương tác 3D không chỉ ứng dụng
đối với lĩnh vực di sản văn hóa bảo tàng mà còn được ứng dụng ở các lĩnh vực khác
như thời trang, khoa học. Việc ứng dụng công nghệ ảo 3D vào các lĩnh vực nhằm
phục vụ và nâng cao chất lượng sống cho mọi người là yêu cầu cấp thiết trong xã
hội hiện đại; tạo sức hấp dẫn, sự phong phú và đa dạng trong việc tiếp cận những giá
trị văn hóa, khoa học. Chính điều này đã thúc đẩy Bảo tàng Lịch sử quốc gia nỗ lực
vươn tới.
Khái niệm bảo tàng ảo hiện vẫn đang trong quá trình thiết tạo và phát triển,
với nhiều thuật ngữ khác nhau chỉ loại hình bảo tàng liên quan đến những nguồn
thông tin số hóa. Ví dụ như khái niệm bảo tàng điện tử (electronic museum), bảo
tàng kỹ thuật số (digital museum), bảo tàng trên mạng (online museum), bảo tàng
siêu thông tin (hypermedia museum), siêu bảo tàng (meta-museum), bảo tàng mạng
(web museum) và bảo tàng không gian điều khiển (Cyberspace museum), bảo tàng
ghi trên đĩa VCD và DVD (VCD and DVD museum).v.v. Tất cả những thuật ngữ
này đều có chung một khái niệm về thông tin bảo tàng được số hóa bằng khả năng
tiếp cận trên mạng những bộ sưu tập nghệ thuật.
Như vậy có thể hiểu một cách tương đối bảo tàng ảo dựa trên bảo tàng thật

và giúp mở rộng, hiện đại hóa và thay đổi cách thức trưng bày, phổ biến thông tin
các sưu tập hiện vật bảo tàng thật một cách cập nhật, nhanh chóng và đầy đủ hơn.
Bảo tàng ảo trong điều kiện hiện nay là giải pháp hữu hiệu giải quyết nghịch lý giữa
trưng bày và bảo quản (hiện vật quý hiếm độc đáo, dễ hư hại), giữa số lượng/loại
hình hiện vật với không gian trưng bày, giữa nhu cầu kỹ thuật/mỹ thuật trưng bày
với không gian và kinh phí trưng bày, tương tác giữa sưu tập hiện vật với nhu
cầumục đích của khách tham quan.v.v. Như vậy Ảo và Thật cùng song hành và hỗ
trợ lẫn nhau.
Bảo tàng trên thực tế là một trong những phương tiện truyền thông đại chúng
cung cấp nguồn tư liệu cho nghiên cứu, đào tạo, giải trí...bằng cách lưu giữ và trưng
bày hiện vật và tri thức, bắt hiện vật kể chuyện bằng phương thức đặc biệt. Tuy
nhiên giữa bảo tàng và các phương tiện thông tin đại chúng có sự khác nhau rõ rệt.
Đó là hiện vật của bảo tàng mang tính vật thể còn thông tin của các phương tiện

5


thông tin đại chúng có tính chất phi vật thể. Với giải pháp bảo tàng ảo sự khác biệt
này không còn nữa và đã hình thành những cấu trúc mới trong giao tiếp, trao đổi và
học tập giữa bảo tàng và thông tin đại chúng tạo ra một hoạt động liên lĩnh vực năng
động giữa bảo tàng với thông tin đại chúng và với các lĩnh vực hoạt đông sống khác.

1.2. Ưu điểm của hệ thống trưng bày ảo
1.2.1. Ánh sáng
Có thể sử dụng ánh sáng theo mục đích của trưng bày (theo sưu tập, theo
từng hiện vật) mà không sợ làm ảnh hưởng đến hiện vật hay bối cảnh trưng bày.

1.2.2. Quy mô
Có thể trưng bày những hiện vật có kích thước rất nhỏ và đặt trong một bối
cảnh liên quan phù hợp, với thiết kế chiếu sáng phù hợp trưng bày ảo thu hút người

xem tập trung sự chú ý vào từng chi tiết của hiện vật.

1.2.3. Tầm nhìn ngoại vi
Trong một bảo tàng ảo, một hiện vật có thể được trưng bày từ mọi góc tọa độ
không bị giới hạn bởi không gian, góc nhìn hay các đối tượng khác

1.2.4. Tính biến ảo của trưng bày ảo
Tổ chức trưng bày năng động biến hóa theo chủ đề và tự người xem có thể tổ
chức lại trưng bày theo ý của mình. Sự can thiệp của người xem đối với trưng bày
ảo là vô hạn.
a. Tương tác với bối cảnh trong trưng bày
Từ những năm 80 của thế kỷ 20, theo quan điểm của bảo tàng học hiện đại
không phải hiện vật đóng vai trò trung tâm mà là hiện vật với bối cảnh (lịch sử, văn
hóa, môi trường, kỹ thuật, xã hội, tôn giáo, kinh tế...)và thông tin liên quan. Trưng
bày ảo cho phép tạo mối liên kết chặt chẽ và đa dạng hơn giữa hiện vật với hoàn
cảnh lịch sử hay môi trường sinh thái, nhờ vậy hiện vật cung cấp nhiều loại thông tin
hơn giúp người xem hình dung, trải nghiệm và tái tạo lại những giai đoạn lịch sử
văn hóa theo điều kiện không gian và thời gian.

6


Hình 1.4: Mô hình vật thể trưng bày, có thể di chuyển nguồn sáng

b. Xây dựng một studio hay lab nghiên cứu khoa học
Việc số hóa và sau đó là xây dựng cơ sở dữ liệu hiện vật số hóa cho phép các
nhà nghiên cứu tiếp xúc không hạn chế với hiện vật theo cả hai chiều không gian và
thời gian.

Hình 1.5: 3D Lab của đại học Michigan, quét 3D và dựng hình

c. Xây dựng bài giảng trên mạng

7


Cụ thể là xây dựng loại bảo tàng ảo đào tạo sử dụng chương trình Power
Point (Virtual Educational Museums using Powerpoint) các môn lịch sử, văn hóa,
nhân học v.v.
Bảo tàng ảo - kênh thông tin đại chúng: Bảo tàng trên thực tế là một trong
những phương tiện truyền thông đại chúng cung cấp nguồn tư liệu cho nghiên cứu,
đào tạo, giải trí...bằng cách lưu giữ và trưng bày hiện vật và tri thức, bắt hiện vật kể
chuyện bằng phương thức đặc biệt. Tuy nhiên giữa bảo tàng và các phương tiện
thông tin đại chúng có sự khác nhau rõ rệt. Đó là hiện vật của bảo tàng mang tính
vật thể còn thông tin của các phương tiện thông tin đại chúng có tính chất phi vật
thể. Với giải pháp bảo tàng ảo sự khác biệt này không còn nữa và đã hình thành
những cấu trúc mới trong giao tiếp, trao đổi và học tập giữa bảo tàng và thông tin đại
chúng tạo ra một hoạt động liên lĩnh vực năng động giữa bảo tàng với thông tin đại
chúng và với các lĩnh vực hoạt đông sống khác.

Hình 1.6: Hệ thống mô phỏng hệ mặt trời 3D

8


d. Hoạt động trưng bày bảo tàng trong môi trường thông tin số ngày nay
Thiết kế và triển khai trưng bày bảo tàng sẽ thay đổi trong quá trình ứng dụng
công nghệ thông tin vào hoạt động của bảo tàng. Một trong những biến chuyển về
phương thức hoạt động của các bảo tàng ngày nay đang trong giai đoạn chuyển từ
hình thái bảo tàng truyền thống sang hình thái bảo tàng tin học, điện tử hóa một

phần để tiến tới bảo tàng điện tử. Sự phát triển đó dẫn đến một tất yếu là, phải thay
đổi phương thức, cách thức trưng bày sưu tập hiện vật trong bảo tàng. Trước đây, ở
bảo tàng truyền thống, việc trưng bày bảo tàng được triển khai phòng trưng bày (khu
trưng bày) cụ thể, trong đó là sự sắp xếp một cách thủ công các hiện vật và, cùng với
hoạt động trưng bày, là sự có mặt của hướng dẫn viên phục vụ khách tham quan bảo
tàng. Khi bảo tàng bước đầu có kho tư liệu số thì việc kết hợp khai thác thông tin số
hóa trong công tác trưng bày tạo ra những hiệu quả rõ rệt: Trong gian trưng bày của
bảo tàng, sẽ bố trí nhiều phương tiện máy móc điện tử như máy tính, máy hình,.v.v,
hỗ trợ khách tham quan tìm hiểu, nghiên cứu nội dung trưng bày rất tiện lợi.
Đặc biệt, sự kết hợp giữa cách trưng bày truyền thống với các thiết bị nghe
nhìn thông tin số hóa sẽ tạo ra môi trường trưng bày thực sự hấp dẫn. Với khả năng
lưu trữ của máy tính, chúng ta có thể thể hiện thông tin đầy đủ nhất, đa kênh nhất về
một hiện vật. Ví dụ: Khi khách tham quan đến một góc trưng bày xem một hiện vật
là một cây đàn cổ thì họ cũng được thưởng thức âm thanh của chính cây đàn đó; khi
tiếp cận một hiện vật là vật dụng sinh hoạt của một dân tộc thiểu số nào đó thì họ
cũng được xem những hình ảnh, được nghe những âm thanh, được cảm giác như
đang sử dụng hiện vật đó.v.v. Có thể nói rằng, các giá trị phi vật thể của hiện vật hòa
quyện với hình ảnh thực tại của hiện vật sẽ giúp cho khách tham quan có cái nhìn
chính xác, chân thực và toàn diện về hiện vật trong môi trường vốn gắn bó với hiện
vật, cùng những giá trị sử dụng của nó.
Mặt khác, với thông tin số hóa và máy móc, thiết bị kĩ thuật truyền thông
hiện đại, khách tham quan trưng bày không còn bị bó hẹp trong gian phòng trưng
bày mà thực sự được đến với hệ thống trưng bày như một phần của chính nó. Ở đây,
cần kể đến phương tiện thông tin báo chí, phát thanh, truyền hình và đặc biệt gần
đây là phương tiện website trên internet. Với sự phát triển của công nghệ thông tin

9


bao gồm hai công nghệ quan trọng là công nghệ tin học (Informatic Technology) và

Công nghệ Truyền thông (Communication Technology), Website đã thực sự trở
thành cầu nối thông tin đa kênh đến tất cả mọi người, không phụ thuộc vào yếu tố
không gian và thời gian. Website thông tin bảo tàng là một kênh thông tin rất cần
thiết để thể hiện hệ thống trưng bày bảo tàng một cách sinh động và hiệu quả. Bảo
tàng số hóa với hệ thống trưng bày ảo đem đến cho công chúng tầng tầng lớp lớp
các trưng bày chuyên đề khác nhau. Khách tham quan có thể xem từ nội dung tổng
thể đến các nội dung trưng bày thành phần, đa dạng, tùy thuộc vào sự lựa chọn truy
xuất của họ lên hệ thống các chương trình phần mềm dựng sẵn. Điều này tỏ ra rất
hiệu quả vì tùy theo độ tuổi, trình độ nhận thức và mục đích đến bảo tàng mà mỗi
đối tượng khách tham quan có nhu cầu khai thác thông tin khác nhau.
Một điểm mới cần được đề cập là khả năng tổ chức, thiết kế những “trưng
bày văn hóa phi vật thể”. Trước đây, để tuyên truyền, giáo dục một số vấn đề văn
hóa phi vật thể, hoặc là chúng ta thu thập tư liệu dưới dạng phim ảnh, âm thanh để tổ
chức buổi triển lãm giới thiệu, hoặc mời nghệ nhân biểu diễn trước công chúng.
Cách làm này tuy thu được những hiệu quả nhất định nhưng thực sự chưa truyền tải
đầy đủ những nội dung phong phú, đa dạng về các di sản văn hóa phi vật thể. Giờ
đây, với khả năng lưu trữ và truy xuất của máy tính, hệ thống thông tin số hóa các
lĩnh vực văn hóa phi vật thể sẽ đem đến cho công chúng những thông tin đầy đủ, đa
chiều về những lĩnh vực này.

10


Hình 1.7: Mô hình phòng trưng bày cổ vật ảo

1.3. Bài toán định vị trong trưng bày ảo
1.3.1. Giới thiệu bài toán
Từ những yếu tố kể trên việc ảo hoá một hệ thống trưng bày chuyển đổi hoàn
toàn sang mô hình 3D trở thành xu thế tất yếu của tương lai trưng bày. Và để xây
dựng được một không gian trưng bày ảo, chuyển đổi sang số hoá và thực hiện việc

khám phá trưng bày trên máy tính. Thì cần phải thực hiện những công đoạn cụ thể
như, khởi tạo không gian trưng bày, quét các vật thể cần trưng bày cũng như bố trí
các vật thể trong không gian trưng bày để có thể mô phỏng hoàn toàn một không
gian trưng bày ảo như ngoài đời thực.
Như vậy khi người tham quan sẽ đóng vai trong môi trường trưng bày ảo thì
người tham quan sẽ được trải nghiệm những gì, có gì khác hơn với mô hình tham
quan truyền thống.
Việc đi tham quan sẽ tốn thời gian di lại cũng như tiền bạc, cần có người giới
thiệu hoặc đọc các tài liệu giới thiệu.

11


Để tự động hoá toàn bộ và vận dụng những tính biến ảo trong trưng bày, hay
thậm chí người tham quan có thể tương tác bằng cách chạm vào hoặc xoay các đối
tượng trưng bày để xem chi tiết có thể thực hiện được không.
Hay chỉ đơn giản là khi người tham quan đến gần vật thể trưng bày, tự động
có hệ thống ghi âm sẵn mở lên để đọc giới thiệu cho người tham quan để đưa thông
tin đến người thăm quan một cách sinh động và chi tiết nhất.
Từ những yêu cầu đó, để làm sao biết được người tham quan đang ở đâu, đi
đến khu vực trưng bày nào, hay đang xem mẫu vật gì đặt ra một bài toán làm sao
biết được vị trí của người tham quan và biết được vị trí của vật trưng bày rồi mở các
file âm thanh giới thiệu, đó là bài toán định vị trong môi trường 3D.

1.3.2. Mục tiêu của việc định vị trong trưng bày ảo
Tìm và ghi được và ghi lại vị trí của đối tượng người tham quan để làm dữ
liệu so sánh.
Khi người tham quan di chuyển sẽ cập nhật thông tin để có thể so sánh vị trí
với vật phẩm trưng bày.
Lưu thông tin của các vật phẩm trưng bày và các file âm thanh giới thiệu kèm

theo để chuẩn bị dữ liệu cho việc mở audio giới thiệu.
Cho phép người tham quan tương tác với vật phẩm trưng bày trong môi
trường ảokhi đến gần vật thể trưng bày ảo.

1.3.2. Cách thức thực hiện
Tạo không gian trưng bày bằng các công cụ dựng hình 3D.
Tạo mô hình vật thể trưn bày bằng các kỹ thuật mô phỏng như quét 3D, dựng
hình 3D.
Tạo nhân vật tham gia không gian trưng bày bằng các công cụ dựn hình đối
tượng 3D và cài đặt các sự kiện điều khiển chuyển động.
Tạo được phần lưu trữ giữ liệu để cập nhật và ghi lại liên tục được vị trí để
tính toán.

1.4. Kết luận chương 1
Trong chương này, học viên đã tìm hiểu được các khái niệm về trưng bày và
trưng bày ảo, nắm bắt được xu thế tất yếu của tương lai trưng bày ảo. Bên cạnh đó

12


trong việc chuyển đổi mô hình sang trưng bày ảo thì vấn đề định vị trong trưng bày
ảo là quan trọng nhất. Học viên đã lựa chọn các kỹ thuật trưng bày để trình bầy
trong chương sau.

13