Nghiên cứu kỹ thuật mô phỏng hệ hô hấp bằng công nghệ thực tại ảo

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN THỊ QUYÊN

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT MÔ PHỎNG HỆ HÔ HẤP
BẰNG CÔNG NGHỆ THỰC TẠI ẢO

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Hà Nội - Năm 2013


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN THỊ QUYÊN

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT MÔ PHỎNG HỆ HÔ HẤP
BẰNG CƠNG NGHỆ THỰC TẠI ẢO

Ngành: Cơng nghệ thơng tin
Chun ngành: Hệ thống thông tin
Mã số: 60 48 05

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. ĐỖ NĂNG TOÀN

Hà Nội - Năm 2013

1
MỤC LỤC
Mục lục .......................................................................................................... 3
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt .......................................................... 5
Danh mục hình vẽ ......................................................................................... 6
MỞ ĐẦU .............................................................................................................. 8
Chƣơng 1. KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ BÀI TỐN MƠ
PHỎNG HỆ HƠ HẤP ........................................................................................ 10
1.1. Khái quát về thực tại ảo .................................................................. 10
1.1.1. Thực tại ảo là gì? ................................................................. 10
1.1.2. Đặc điểm của một hệ thống thực tại ảo ............................... 11
1.1.3. Một số loại hệ thống thực tại ảo .......................................... 12
1.1.4. Các thành phần của một hệ thống thực tại ảo ...................... 13
1.1.5. Một số ứng dụng chính của VR ........................................... 15
1.2. Bài tốn mơ phỏng hệ hô hấp ......................................................... 22
1.2.1. Cấu tạo của hệ hô hấp .......................................................... 22
1.2.2. Mô phỏng cấu tạo của hệ hô hấp ......................................... 23
1.2.2.1. Hệ thống dẫn khí .................................................... 23
1.2.2.2. Hệ thống trao đổi khí .............................................. 26
Chƣơng 2. MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG MƠ PHỎNG CẤU TRÚC 3D .......... 29
2.1. Cơng cụ xây dựng mơ hình hóa 3D ............................................... 29
2.2. Các kỹ thuật dựng hình chính ........................................................ 31
2.3. Các kỹ thuật tạo đối tƣợng ............................................................. 32
2.3.1. Các loại mơ hình tạo đối tƣợng ........................................... 32
2.3.1.1. Mơ hình đa giác (Polygon) ..................................... 32
2.3.1.2. Mơ hình dựa trên kết nối đƣờng cong (NUBRS) ... 37
2.3.1.3. Chia nhỏ bề mặt (Subdivision Surface) ................. 41
2.3.2. Hai hƣớng tạo mơ hình ........................................................ 43
2.3.2.1. Tạo mơ hình theo hƣớng liên tục ........................... 43

2.3.2.2. Tạo mơ hình theo hƣớng rời rạc ............................. 44


2
2.3.2.3. Kết hợp hai hƣớng trên .......................................... 48
2.3.3. Nghệ thuật tạo mơ hình ...................................................... 48
2.4. Kỹ thuật tạo kết xuất ...................................................................... 49
2.4.1. Thiết lập vật liệu và texture .................................................. 49
2.4.2. Ảnh Texture ......................................................................... 50
2.4.3. Kết xuất................................................................................. 51
Chƣơng 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM ................................................. 52
3.1. Bài tốn............................................................................................ 52
3.2. Chƣơng trình thử nghiệm ............................................................... 57
KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ................................................. 61
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 63


3
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

STT

Ký hiệu/
Chữ viết tắt

1

VR

Virtual Reality

Thực tại ảo

2

3D

3 Dimentional

3 Chiều

3

HMD

Head Mounted
Displays

Mũ đội đầu có màn hiển
thị

4

CV

Control vertex

Điểm điều khiển

5

EP

Edit point

Điểm nằm trên đƣờng
cong

Viết đầy đủ

Ý nghĩa


4
DANH MỤC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Giao diện giữa ngƣời sử dụng và hệ thống máy tính 3D ............ 10
Hình 1.2. Thiết bị mơ phỏng HMD-1960 ................................................... 12
Hình 1.3. Đền Ngọc Sơn đƣợc tái hiện bằng cơng nghệ VR ...................... 16
Hình 1.4. Mô phỏng trong thiết kế kiến trúc Flamingo Đại Lải Resort ..... 16
Hình 1.5. Hệ thống tập lái xe ảo 3D ........................................................... 17
Hình 1.6. Hệ thống mơ phỏng phẫu thuật ảo .............................................. 18
Hình 1.7. Hệ thống mơ phỏng các binh sĩ đang tập bắn súng .................... 19
Hình 1.8. Ứng dụng cơng nghệ VR trong Du lịch ...................................... 20
Hình 1.9. Phịng trƣợt tuyết ảo tại Nhật Bản .............................................. 21
Hình 1.10. Các logo phim dùng 3D ảo ....................................................... 21
Hình 1.11. Hệ thống trong lĩnh vực giải trí ................................................. 22
Hình 1.12. Các phần của hệ hơ hấp ............................................................ 23
Hình 1.13. Các sụn thanh quản ................................................................... 25
Hình 1.14. Khí quản .................................................................................... 26

Hình 1.15. Cấu tạo phổi ở ngƣời ................................................................. 27
Hình 2.1. Từ trái sang phải là các thao tác dịch chuyển, xoay, co giãn, ứng
với mỗi trục toạ độ là một màu ........................................................................... 30
Hình 2.2. Các khung nhìn khác nhau .......................................................... 31
Hình 2.3.1. Khung dựng của một quả bóng, đƣợc tạo ra sau bƣớc tạo mơ
hình ...................................................................................................................... 32
Hình 2.3.2. Quả bóng sau khi đã qua bƣớc thể hiện ................................... 32
Hình 2.4. Điểm, cạnh, mặt .......................................................................... 33
Hình 2.5. Các đối tƣợng nguyên thuỷ của polygon .................................... 34
Hình 2.6. Các kiểu làm trơn cho Polygon ................................................... 35
Hình 2.7.1-2.7.2. Minh họa tiến trình dựng một chiếc búa bằng mơ hình
Polygon ................................................................................................................ 35
Hình 2.8. Mặt phẳng Nurbs và Polygons .................................................... 36
Hình 2.9. So sánh số điểm điều khiển giữa mơ hình polygon và Nurbs ... 37
Hình 2.10. Các thành phần chính của một đƣờng cong Nurbs ................... 38


5
Hình 2.11. Bề mặt Nurbs ............................................................................. 39
Hình 2.12. Minh họa tiến trình dựng một chiếc cốc đơn giản bằng Nurbs 40
Hình 2.13. Các đối tƣợng nguyên thủy của Nubrs ...................................... 41
Hình 2.14. Minh hoạ một quá trình tạo một bàn tay bằng subdivision
surface ................................................................................................................. 42
Hình 2.15.1-2.15.4. Minh họa cách tạo bàn tay theo hƣớng liên tục .......... 44
Hình 2.16.1-2.16.7. Minh họa mơ hình ngƣời theo hƣớng rời rạc ....... 45-47
Hình 2.17. Tạo khn mặt .......................................................................... 47
Hình 2.18. Tạo các ngón tay ....................................................................... 47
Hình 2.19. Tạo bàn tay ................................................................................ 48
Hình 2.20. Tạo khơng gian .......................................................................... 49
Hình 2.21. Texture 2D ................................................................................ 51

Hình 2.22. Texture 3D ................................................................................ 51
Hình 3.1. Lƣu đồ bài tốn ........................................................................... 53
Hình 3.2. Mơ hình Màng phổi phải biểu diễn dƣới dạng lƣới các đa giác . 55
Hình 3.3. Mơ hình lá phổi ........................................................................... 55
Hình 3.4. Hệ hơ hấp 3D biểu diễn dƣới dạng lƣới ...................................... 56
Hình 3.5. Ảnh bề mặt cho đối tƣợng ........................................................... 57
Hình 3.6. Hình ảnh mặt trƣớc của lá phổi ................................................... 58
Hình 3.7. Hình ảnh mặt sau lá phổi ............................................................ 58
Hình 3.8: Hình ảnh mặt trong lá phổi ......................................................... 59
Hình 3.9. Hình ảnh mặt trong lá phổi phải và mặt ngồi lá phổi trái ......... 59
Hình 3.10. Hình ảnh lá phổi ở một góc quan sát ......................................... 60
Hình 3.11. Hình ảnh lá phổi khi đang thực hiện thao tác xoay .................. 60


6
MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, công nghệ thông tin đã đƣợc ứng dụng mạnh
mẽ đã đem lại những thành tựu đáng kể cho nhiều lĩnh vực nhƣ y tế, giáo dục,
kiến trúc, du lịch, giải trí, … Sự phát triển của công nghệ thông tin đã làm cho
một số lĩnh vực trƣớc đây khó phát triển, nay đã có khả năng phát triển và đã đạt
đƣợc những thành tựu đáng kể, nhƣ các hệ chuyên gia, các hệ xử lý thời gian
thực v.v.. và một lĩnh vực đang đƣợc phát triển mạnh trên thế giới, đó là cơng
nghệ thực tại ảo.
Công nghệ thực tại ảo là một thuật ngữ mới xuất hiện khoảng thập kỷ 90,
nhƣng thực sự phát triển mạnh trong vòng những năm trở lại đây. Trên thế giới,
công nghệ thực tại ảo đã và đang trở thành một công nghệ mũi nhọn nhờ khả
năng ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực nhƣ giáo dục, quân sự, y học... và
đặc biệt là lĩnh vực giải trí nhƣ game, đồ họa ,.... Đối với Việt Nam, công nghệ
thực tại ảo đã có những ứng dụng tích cực, nhiều bài tốn mơ phỏng đã đƣợc
triển khai và ứng dụng nhƣ việc tái tạo các khu di tích, đền thờ, các danh lam

thắng cảnh, các tình huống giao đơng, các kịch bản quân sự... Khi chúng ta
muốn hiểu toàn bộ cơng nghệ thì phải nắm đƣợc phƣơng pháp thể hiện hay mô
phỏng đối tƣợng trong môi trƣờng thực tại ảo.
Bên cạnh sự phát triển của công nghệ thực tại ảo trên thế giới, việc xây
dựng các phần mềm y khoa đã và đang đƣợc cổ vũ và phát triển mạnh mẽ trong
điều kiện thực tế ở Việt Nam. Hiện nay, ở nƣớc ta giáo dục trong y học vẫn cịn
tình trạng giảng chay, thiếu điều kiện thực hành quan sát. Nhất là trong thực
hành, không phải lúc nào cũng có điều kiện thực hành để nâng cao trình độ, kỹ
năng và kinh nghiệm, đặc biệt là ngoại khoa. Hiện nay, các sinh viên ngành y
dƣợc đang phải thực hành nhiều trên động vật, mơ hình bằng nhựa và những xác
ngƣời chết đã qua xử lý, một số bộ phận khơng cịn chính xác. Và cũng khơng
có nhiều xác để cho sinh viên học tập nên sinh viên khó hình dung chính xác
đƣợc một số bộ phận trên cơ thể ngƣời. Chính vì vậy, việc áp dụng cơng nghệ
thực tại ảo trong việc mô phỏng các bộ phận cơ thể ngƣời, các quá trình giải
phẫu, các bệnh là một nhu cầu rất cần thiết. Với những phần mềm này nó khơng
chỉ hỗ trợ cho giảng viên, sinh viên có điều kiện quan sát kỹ hơn, có thể xem xét
từng thành phần bộ phận, có thể quan sát ở nhiều góc độ khác nhau với một mẫu
vật, mà đáng lẽ trƣớc đây chỉ có thể quan sát thơng qua những ảnh 2D đƣợc
chụp ở nhiều góc độ khác nhau. Ngồi ra, các mơ hình ảo này sẽ giúp bác sỹ rèn
luyện các kỹ năng lâm sàng, phục vụ số đông sinh viên, tiết kiệm đƣợc chi phí


7
và giúp sinh viên tiếp thu kiến thức một cách dễ hiểu và trực quan hơn các kỹ
thuật thực hành trong nghành y tế.
Xuất phát từ những vấn đề nêu trên tôi đã lựa chọn đề tài “Nghiên cứu kỹ
thuật mô phỏng hệ hô hấp bằng công nghệ thực tại ảo” nhằm nghiên cứu một
số kỹ thuật mô phỏng hệ hô hấp, phục vụ trong việc giảng dạy và học tập của
sinh viên nghành y khoa.
Luâ ̣n văn gồm phần mở đầu, phần kết luận và 3 chƣơng nội dung

Chƣơng 1: Khái quát về thực tại ảo và bài toán mô phỏng hệ hô hấp
Trong chƣơng này chúng ta sẽ tìm hiểu một cách khái quát về thực tại ảo,
phân loại các hệ thống, các thành phần và ứng dụng của hệ thống thực tại ảo, tìm
hiểu về cấu tạo của hệ hơ hấp nói chung và hệ hơ hấp phổi nói riêng.
Chƣơng 2: Một số vấn đề trong mơ phỏng cấu trúc 3D
Chƣơng này nghiên cứu một số kỹ thuật xây dựng mơ hình 3D trên cơ sở 2
phần mềm tạo mơ hình 3 chiều thơng dụng hiện nay là Maya và 3DS Max, đó là
kỹ thuật tạo mơ hình (modelling), kỹ thuật kết xuất (rendering). Trong đó, luận
văn tập trung tìm hiểu các kĩ thuật tạo đối tƣợng và kết xuất.
Chƣơng 3: Chƣơng trình thử nghiệm
Từ cơ sở trình bày lý thuyết ở chƣơng 2 em ứng dụng vào để xây dựng mô
phỏng hệ hô hấp bao gồm có bài tốn và chƣơng trình thử nghiệm.
Do thời gian và khả năng có hạn, hơn nữa đây là lần đầu tiên nghiên cứu về
lĩnh vực thực tại ảo nên luận văn cũng nhƣ chƣơng trình thử nghiệm khơng thể
tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận đƣợc những ý kiến đóng góp của các thầy
cơ giáo và bạn bè để tơi có thể phát triển thêm hƣớng nghiên cứu mới, đó là tìm
hiểu về các kỹ thuật tạo đối tƣợng có xƣơng để xây dựng hình ảnh mơ phỏng các
các bộ phận khác trên cơ thể ngƣời đáp ứng cho việc giảng dạy môn “Giải phẫu”
ở trƣờng ĐHSP Hà Nội 2.


8

Chƣơng 1: KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO
VÀ BÀI TOÁN MÔ PHỎNG HỆ HÔ HẤP
1.1. Khái quát về thực tại ảo
1.1.1. Thực tại ảo là gì?
Thực tế ảo hay cịn gọi là thực tại ảo (VR - Virtual Reality) là một thuật ngữ
mới xuất hiện khoảng đầu thập kỷ 90 nhƣng thực sự phát triển mạnh trong vòng
vài năm trở lại đây. Ở Mỹ và châu Âu, VR đã và đang trở thành một công nghệ

mũi nhọn nhờ tiềm năng kinh tế và khả năng ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh
vực: nghiên cứu và công nghiệp, giáo dục và đào tạo, du lịch, dịch vụ bất động
sản, thƣơng mại và giải trí, … Thuật ngữ "virtual reality" - thực tại ảo - đƣợc
đƣa ra bởi Jaron Lanier, ngƣời sáng lập công ty VPL Research, tại Redwood California, một trong những công ty đầu tiên cung cấp các sản phẩm cho mơi
trƣờng ảo. Hiện nay, có khá nhiều định nghĩa về thực tại ảo, tuy nhiên định
nghĩa sau đây của C. Burdea và P. Coiffet là tƣơng đối chính xác và đƣợc chấp
nhận rộng rãi:
VR- Thực tế ảo là một hệ thống giao diện cấp cao giữa người sử dụng và máy
tính. Hệ thống này mơ phỏng các sự vật và hiện tượng theo thời gian thực và có
tương tác với người sử dụng qua tổng hợp các kênh cảm giác. Đó là ngũ giác
gồm: thị giác, thính giác, xúc giác, khứu giác, vị giác [6].

Hình 1.1. Giao diện giữa ngƣời sử dụng và hệ thống máy tính 3D
Hay nói một cách cụ thể VR là công nghệ sử dụng các kỹ thuật mơ hình hố
khơng gian ba chiều với sự hỗ trợ của các thiết bị đa phƣơng tiện hiện đại để xây
dựng một thế giới mô phỏng bằng máy tính - Mơi trƣờng ảo (Virtual
Environment) để đƣa ngƣời ta vào một thế giới nhân tạo với không gian nhƣ


9
thật. Trong thế giới ảo này, ngƣời sử dụng không cịn đƣợc xem nhƣ ngƣời quan
sát bên ngồi, mà đã thực sự trở thành một phần của hệ thống. Thế giới “nhân
tạo” này không tĩnh tại mà lại phản ứng, thay đổi theo ý muốn của ngƣời sử
dụng nhờ những cử chỉ, hành động, ... Tức là ngƣời sử dụng nhìn thấy sự vật
thay đổi trên màn hình ngay theo ý muốn của họ.
Một cách lý tƣởng, ngƣời sử dụng có thể tự do chuyển động trong khơng
gian ba chiều, tƣơng tác với các vật thể ảo, quan sát và khảo cứu thế giới ảo ở
những góc độ khác nhau về mặt không gian. Ngƣợc lại, môi trƣờng ảo lại có
những phản ứng tƣơng ứng với mỗi hành động của ngƣời sử dụng, tác động vào
các giác quan nhƣ thị giác, thính giác, xúc giác của ngƣời sử dụng trong thời

gian thực và tuân theo những quy tắc vật lý rất tự nhiên, làm ngƣời sử dụng có
cảm giác nhƣ đang tồn tại trong một thế giới thực [7]
1.1.2. Đặc điểm của một hệ thống thực tại ảo
Chỉ bằng một hệ thống mơ phỏng có sử dụng đồ họa máy tính, cơng nghệ
VR có thể đƣa ngƣời ta vào một thế giới nhân tạo với không gian 3 chiều “nhƣ
thật”. Hơn nữa, thế giới "nhân tạo" này không tĩnh tại mà lại phản ứng, thay đổi
theo ý muốn (tín hiệu vào) của ngƣời sử dụng nhờ hành động, lời nói, … Ngƣời
sử dụng tƣơng tác với mơ hình ảo, trong đó tƣơng tác đƣợc mơ phỏng từ thao tác
với các đối tƣợng thực. Điều này xác định một đặc tính chính của VR, đó là
tương tác thời gian thực (real-time interactivity). Thời gian thực ở đây có nghĩa
là máy tính có khả năng nhận biết đƣợc tín hiệu vào của ngƣời sử dụng và thay
đổi ngay lập tức thế giới ảo. Ngƣời sử dụng nhìn thấy sự vật thay đổi trên màn
hình ngay theo ý muốn của họ và bị thu hút bởi sự mô phỏng này. Điều này
chúng ta có thể nhận thấy ngay khi quan sát trẻ nhỏ chơi video game.
Tƣơng tác và khả năng thu hút của VR góp phần lớn vào cảm giác đắm
chìm (immersion), cảm giác trở thành một phần của hành động trên màn hình
mà ngƣời sử dụng đang trải nghiệm. Nhƣng VR cịn đẩy cảm giác này "thật"
hơn nữa nhờ tác động lên tất cả các kênh cảm giác của con ngƣời. Trong thực tế,
ngƣời dùng khơng những nhìn thấy đối tƣợng đồ họa 3D nổi, điều khiển (xoay,
di chuyển, …) đƣợc đối tƣợng trên màn hình nhƣ trong game, mà cịn sờ và cảm
thấy chúng nhƣ có thật. Ngồi khả năng nhìn (thị giác), nghe (thính giác), sờ
(xúc giác), các nhà nghiên cứu cũng đã nghiên cứu để tạo các cảm giác khác nhƣ
ngửi (khứu giác), nếm (vị giác). Tuy nhiên hiện nay trong VR các cảm giác này
cũng ít đƣợc sử dụng đến.
Nhƣ đã trình bày ở trên, hai đặc tính chính của VR là “tƣơng tác” và “đắm
chìm”, đây là hai "I" (Interactive, Immersion) mà nhiều ngƣời đã biết. Tuy nhiên


10
VR cần có một đặc tính thứ ba mà ít ngƣời để ý tới. VR không chỉ là một hệ

thống tƣơng tác ngƣời - máy tính mà các ứng dụng của nó cịn liên quan tới việc
giải quyết các vấn đề thật trong kỹ thuật, y học, quân sự, ... Các ứng dụng này
do các nhà phát triển VR thiết kế, điều này phụ thuộc rất nhiều vào khả năng
tƣởng tƣợng của con ngƣời, đó chính là đặc tính "I" (Imagination) thứ ba của
VR. Do đó có thể coi VR là tổng hợp của ba yếu tố: Tƣơng tác - Đắm chìm Tƣởng tƣợng (Interactive - Immersion - Imagination).
1.1.3. Một số loại hệ thống thực tại ảo
Hệ thống Window on a World còn gọi là Desktop VR, là các chƣơng trình
thực tại ảo chạy trên các máy tính cá nhân. Các hệ thống này ra đời từ rất sớm,
tuy nhiên chúng chỉ là các ứng dụng đồ họa máy tính nhỏ ln gặp phải khó
khăn là làm thế nào để hình ảnh, âm thanh và các đối tƣợng hoạt động nhƣ trong
thực tế.

Hình 1.2. Thiết bị mơ phỏng HMD-1960
Hệ thống kết hợp các hình ảnh video với các hình ảnh đồ hoạ 2D làm cho
chúng ta có cảm giác ngƣời đƣợc quay video đang tƣơng tác với các đối tƣợng.
Phƣơng pháp này đƣợc áp dụng từ cuối những năm 1960 và đƣợc mô tả chi tiết
trong 2 cuốn sách "Artificial Reality" và "Artificial Reality II" của Myron
Kruger. Nó đã đƣợc áp dụng vào hệ thống thƣơng mại Mandala của kênh truyền
hình cáp Nickelodeon cho chƣơng trình giải trí mà trong đó những ngƣời dự thi
xuất hiện với những hình ảnh rất lớn và ngộ nghĩnh.
Hệ thống immersive là các hệ thống mà ngƣời sử dụng dùng thiết bị đặc
biệt nhƣ màn hình gắn trên đầu (head-mounted display HMD), kính đặc biệt, các
bộ cảm ứng và đắm chìm vào bên trong thế giới ảo do các thiết bị này tạo ra. Hệ
thống quan sát từ xa (telepresence systems) kết nối các bộ cảm biến từ xa đặt
trong thế giới thực với các giác quan của ngƣời vận hành. Ví dụ, chúng ta gắn
các bộ cảm biến vào các cơ quan trên cơ thể và đeo một chiếc kính thực tại ảo.


11
Chiếc kính này nhận các tín hiệu quan sát đƣợc từ vị trí của một robot ở một

khoảng cách xa và chúng ta sẽ thấy những gì mà robot thấy để rồi có các phản
ứng nhƣ chính ta đang nhìn thấy các hình ảnh đó. Các phản ứng này, theo các bộ
cảm biến đƣợc nối với máy tính sẽ chuyển đến các bộ phận tƣơng ứng của robot,
kết quả là robot sẽ bắt chƣớc các hoạt động của chúng ta. Điều này thực sự ý
nghĩa nếu robot đƣợc đặt trên một hành tinh xa xơi hay trong lịng núi lửa.
1.1.4. Các thành phần của một hệ thống thực tại ảo
Hệ thống thực tại ảo bao gồm ba thành phần chính sau: Phần cứng
(Hardware), bộ giả lập thực tại (reality simulator), phần mềm (Software)
 Phần cứng
Phần cứng của một VR bao gờ m:
Máy tính (PC hay Workstation với cấu hình đồ họa mạnh).
Các thiết bị đầu vào (Input devices): là các thiết bị có khả năng kích thích
các giác quan để tạo nên cảm giác về sự hiện hữu trong thế giới ảo. Chẳng hạn
nhƣ bộ dị vị trí (position tracking) để xác định vị trí quan sát, bộ giao diện định
vị (Navigation interfaces) để di chuyển vị trí ngƣời sử dụng, bộ giao diện cử chỉ
(Gesture interfaces) nhƣ găng tay dữ liệu, chuột, bàn phím,…
Các thiết bị đầu ra (Output devices): gồm thiết bị hiển thị đồ họa (nhƣ kính
mắt Shutter Glasses, màn hình rộng, thiết bị HDM, …) để nhìn đƣợc đối tƣợng
3D. Thiết bị âm thanh (loa) để nghe đƣợc âm thanh vòm (nhƣ Hi-Fi, Surround,
…). Bộ phản hồi cảm giác (Haptic feedback nhƣ găng tay, …) để tạo xúc giác
khi sờ, nắm đối tƣợng. Bộ phản hồi xung lực (Force Feedback) để tạo lực tác
động nhƣ khi đạp xe, đi đƣờng xóc, ...
 Bộ giả lập thực tại (reality simulator)
Là trái tim của hệ thống thực tại ảo, bao gồm hệ thống máy tính và phần
cứng ngoại vi, thiết bị đồ họa và multimedia; cung cấp cho bộ tác động những
thông tin giác quan cần thiết. Trong hệ thống mơ phỏng cabin lái, thì mơ hình
cabin là thành phần này.
 Phần mềm (Software)
Phần mềm luôn là linh hồn của VR cũng nhƣ đối với bất cứ một hệ thống
máy tính hiện đại nào. Về mặt nguyên tắc có thể dùng bất cứ ngơn ngữ lập trình

hay phần mềm đồ họa nào để mơ hình hóa (modelling) và mô phỏng
(simulation) các đối tƣợng của VR.


12
Các đối tƣợng của VR đƣợc mơ hình hóa (modelling) tức là tạo dựng mơ
hình nhờ chính phần mềm này hay mơ hình hóa từ mơ hình 2D thành mơ hình
3D nhờ cơng cụ đặc biệt từ các phần mềm nhƣ Maya, 3D Max.
Mơ phỏng (simulation) là q trình “bắt chƣớc” hay mô tả các sự vật hiện
tƣợng, cảnh vật có thực trong thiên nhiên hoặc trong trí tƣởng tƣợng của con
ngƣời.
Cho đến nay, nhìn chung có 2 xu hƣớng để thực hiện mơ phỏng mơ hình
3D:
- Phƣơng pháp thứ nhất: Thể hiện các mơ hình 3D nhờ các ngơn ngữ lập
trình. Ví dụ nhƣ: C, C++, Java 3D, Open GL, Open Scene Graph, VRML, X3D,
People Shop, … Cách này khơng địi hỏi cấu hình mạnh của phấn cứng , hơn
nữa nó có thể thực hiện các dạng mơ phỏng phức tạp địi hỏi độ chính xác cao.
Tuy nhiên nó khơng đƣợc nhiều ngƣời sử dụng vì nó khơng phải là cơng việc
đơn giản, nó địi hỏi độ lập trình cao, các thuật toán phức tạp, mất nhiều thời
gian. Do vậy ít đƣợc ƣa thích nhƣng đơi khi nó lại là lựa chọn duy nhất cho
những ai muốn mô phỏng chính xác các đối tƣợng đúng với bản chất của nó. Nó
chỉ phù hợp với những mơ phỏng có quy mô nhỏ, phù hợp với việc học tập.
- Phƣơng pháp thứ hai: Sử dụng các công cụ mô phỏng đã đƣợc xây dựng
sẵn. Cách này khơng địi hỏi trình độ lập trình cao, khơng tốn nhiều thời gian
thực hiện, nó phù hợp với các mơ phỏng có tính chất mơ hình khơng u cầu độ
chính xác cao. Một nhƣợc điểm là nó u cầu cấu hình hệ thống mạnh để cài đặt
và chạy chƣơng trình, nhất là khi kết xuất (Rendering). Một số bộ công cụ mô
phỏng thông dụng nhƣ là: 3DS Max, Maya, Autocad, Flash, … Đang rất phổ
biến, rất đƣợc ƣa chuộng trong các công việc làm Game 3D, Web 3D, Phim 3D.
Tóm lại, một hệ mơ phỏng đƣợc thiết kế tốt, kết hợp với các thiết bị trình

chiếu hiện đại và các thiết bị tƣơng tác ngoại vi sẽ giúp con ngƣời tiếp cận đƣợc
với thế giới ảo đó nhƣ đang ở trong thế giới thực. Việc tạo ra các mơ hình đối
tƣợng có độ chân thực và sức hấp dẫn hoàn toàn phụ thuộc vào cách ta lựa chọn
phƣơng pháp để thể hiện chúng. Mỗi phƣơng pháp có những ƣu điểm và nhƣợc
điểm riêng, vì thế tùy vào mức độ quan trọng của đối tƣợng trọng hệ mà ta có
thể chọn phƣơng pháp phù hợp để xây dựng.
 Không gian trong thế giới ảo (World Space)
Bản thân thế giới ảo cũng cần đƣợc định rõ trong một không gian gọi là
„world space‟. Do bản chất tự nhiên của thế giới ảo là một mô phỏng máy tính,
nên thế giới ảo có hạn chế nhất định. Vị trí của mỗi điểm của mỗi đối tƣợng trong


13
thế giới đó đều phải đƣợc gán cho một giá trị số (toạ độ). Các toạ độ này thƣờng
đƣợc mô tả trong hệ toạ độ Đê-các-tơ với các thứ nguyên X, Y và Z (biểu diễn độ
dài, độ cao, độ sâu). Cũng có thể sử dụng các hệ toạ độ khác nhƣ hệ toạ độ cầu,
nhƣng hệ toạ độ Đê-các-tơ vẫn là chuẩn cho hầu hết các ứng dụng.
 Cơ sở dữ liệu cho thế giới ảo (World Database)
Lƣu trữ thông tin về các đối tƣợng và thế giới ảo là một phần quan trọng
trong việc thiết kế hệ thống thực tại ảo VR. Những thơng tin chính đƣợc lƣu trữ
trong World Database (hoặc World Description Files) là các đối tƣợng ở trong
thế giới đó, các kịch bản (scripts) mơ tả các hành động của các đối tƣợng hoặc
ngƣời sử dụng (những kịch bản, phản ứng xảy ra đối với ngƣời sử dụng), ánh
sáng, các điều khiển chƣơng trình, và hỗ trợ thiết bị phần cứng. Có nhiều cách
lƣu trữ thông tin về thế giới ảo: một file đơn, một tập các file, hoặc là cả một cơ
sở dữ liệu. Phƣơng pháp sử dụng nhiều file là một trong những hƣớng tiếp cận
thƣờng gặp nhất trong những package phát triển về thực tại ảo. Mỗi một đối
tƣợng có một hoặc nhiều file: file lƣu trữ về hình dạng hình học, file lƣu trữ
scripts, v.v... và có một số file tồn cục sử dụng chung cho thế giới ảo đó có tác
dụng load các file khác. Một số hệ thống còn bao gồm cả một file cấu hình định

nghĩa về các kết nối giao diện phần cứng. Đơi khi tồn bộ cơ sở dữ liệu đƣợc
load trong khi chƣơng trình khởi động, các hệ thống khác chỉ việc đọc các file
mà hệ thống cần tại thời điểm đó. Với cách tiếp cận về sau, các thông tin đƣợc
lƣu trữ trong một cơ sở dữ liệu, một hệ thống cơ sở dữ liệu thực sẽ giúp ích rất
nhiều. Một cơ sở dữ liệu hƣớng đối tƣợng (Object Oriented Database) sẽ thích
hợp nhất cho một hệ thống thực tại ảo, nhƣng chƣa thấy có một dự án nào sử
dụng cách tiếp cận này. Các file dữ liệu đa phần thƣờng đƣợc lƣu trữ dƣới dạng
các file văn bản sử dụng mã ASCII (con ngƣời có thể đọc đƣợc). Tuy nhiên,
trong nhiều hệ thống, các file này đƣợc thay thế bởi các file lƣu trữ dƣới dạng
mã nhị phân (máy tính có thể đọc đƣợc). Một số hệ thống dịch trực tiếp các
thông tin về thế giới ảo đó vào ứng dụng.
1.1.5. Một số ứng dụng chính của VR
Ngày nay, ứng dụng của thực tại ảo có thể thấy đƣợc rất nhiều trong thế
giới hàng ngày của chúng ta. Từ các trò chơi 3D cực kì sống động đến những
mơ phỏng phức tạp trong công nghiệp (mô phỏng các vụ thử hạt nhân, mô
phỏng thế giới ảo dùng để huấn luyện phi công …). Hay việc mô phỏng các phát
thanh viên ảo, diễn viên ảo, tái tạo các khu di tích, đền thờ, văn miếu, … từ
những trƣờng hợp đơn giản đến các trƣờng hợp cực kỳ quan trọng. Bên cạnh
những ứng dụng ở trên, cũng có một số ứng dụng thực tại ảo ngày nay có


14
khuynh hƣớng phát triển nhanh và mạnh chúng ta phải kể đến, đó là xây dựng
và thiết kế kiến trúc, giáo dục và đào tạo, y học, quân sự và quốc phịng, thƣơng
mại và du lịch, giải trí, …

Hình 1.3. Đền Ngọc Sơn đƣợc tái hiện bằng công nghệ VR


Xây dựng và thiết kế kiến trúc

Một trong những lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu nhất của VR mà chúng ta
phải kể đến đó là xây dựng và thiết kế kiến trúc. Khả năng mơ hình hố thế giới
thực của cơng nghệ VR dƣờng nhƣ đáp ứng một cách tự nhiên mục tiêu của
ngành thiết kế kiến trúc, đƣa ra mô hình trực quan nhất có thể về những cơng
trình cần thiết kế. Ngƣời ta cũng có thể thiết kế các tòa nhà, các cao ốc, các khu
thể thao hay các khu du lịch sinh thái, hay trang bị cho bạn một hệ thống tiện
nghi, mời bạn đi thăm thú các nơi trong tịa nhà tƣơng lai của mình, hay tính
tốn chi tiết một cơng trình xây dựng. Sau đây là một ví dụ về cơng trình thiết kế
khu du lịch Flamingo Đại Lải Resort do công ty cổ phần kiến trúc và xây dựng
E5 thiết kế trong tƣơng lai.

Hình 1.4. Mô phỏng trong thiết kế kiến trúc Flamingo Đại Lải Resort


15
Việc xây dựng các mơ hình khơng gian kiến trúc bằng hình ảnh lập thể với
đầy đủ mơ tả trực quan về các hình khối kiến trúc, cách bố trí nội thất bên trong,
thậm chí hoa văn hay màu sắc của từng vật, cùng với khả năng cho phép khách
hàng tự do thăm quan, khảo sát khuôn viên của họ trong tƣơng lai theo nhiều
góc độ và vị trí khác nhau thực sự đem lại hiệu quả trực quan mang tính cách
mạng trong lĩnh vực mang nhiều đặc điểm nghệ thuật này.


Giáo dục và đào tạo

Trong giáo dục, việc ứng dụng công nghệ thực tại ảo trong việc mô phỏng
về cấu trúc giải phẫu hay các thí nghiệm ảo có khả năng tƣơng tác khơng những
kích thích sự hứng thú trong học tập mà còn giúp cho học sinh, sinh viên dễ hình
dung và nắm bắt nhanh hơn các vấn đề mà lý thuyết đƣa ra.

Trong lĩnh vực này, ứng dụng của thực tại ảo lại trở nên vô cùng hữu hiệu
đối với việc địi hỏi chi phí tốn kém và nguy hiểm khi thực hành nhƣ: huấn
luyện tập nhảy dù, tập lái máy bay, lái tàu, lái xe, … Xây dựng các phần mềm
mô phỏng nhƣ phần mềm tập lái ơ tơ 3D, tạo cho ngƣời học có đƣợc những cảm
giác nhƣ khi đang lái xe thật, xử lý các tình huống thơng thƣờng, qua đó sẽ học
hỏi đƣợc các kinh nghiệm, tránh đƣợc các rủi ro không mong muốn khi đi xe
thật.

Hình 1.5. Hệ thống tập lái xe ảo 3D


Y học

Ngày nay, cơng nghệ hình ảnh mơ phỏng 3D đang thu hút sự chú ý của
nhiều ngƣời và lĩnh vực y học cũng không phải là một ngoại lệ. Y học là một
trong những lĩnh vực ứng dụng truyền thống và đầy tiềm năng của công nghệ


16
VR. Trên thế giới, ứng dụng của VR vào y học khá là phong phú nhƣ mô phỏng
bệnh nhân ảo, khám chữa bệnh từ xa, xong nổi bật và thiết thực nhất là việc áp
dụng công nghệ VR trong giả lập giải phẫu (Surgical Simulation)
Trên cơ sở các kỹ thuật đồ họa máy tính và thực tại ảo, hệ thống đào tạo y
học này bao gồm hai bộ phận cơ bản: Khối tƣơng tác ba chiều là mơ hình sinh
thể ảo cho phép ngƣời sử dụng thực hiện các thao tác giải phẫu thông qua các
dụng cụ giải phẫu ảo. Khối giao diện ngƣời dùng hai chiều cung cấp những
thông tin phản hồi trực quan từ mơ hình trong q trình giải phẫu cũng nhƣ
những thơng tin hƣớng dẫn trong phiên đào tạo.

Hình 1.6. Hệ thống mơ phỏng phẫu thuật ảo

Phƣơng pháp đào tạo có tính tƣơng tác cao này mang nhiều ƣu điểm so với
các phƣơng pháp truyền thống nhƣ thực hành trên mơ hình plastic hay trên bệnh
nhân thực.
Thứ nhất, khác với phƣơng pháp dùng mơ hình plastic, sinh thể giải phẫu
ảo có khả năng cung cấp những thông tin phản hồi sinh học một cách tự nhiên
nhƣ một sinh thể sống thực, chẳng hạn nhƣ sự thay đổi về nhịp tim, huyết áp,…
Điều này tạo cho học viên có cảm giác đang trải qua một ca mổ trong một tình
huống thực.
Thứ hai, khác với thực hành trên bệnh nhân thật, rõ ràng sai lầm của học
viên trong q trình thực tập khơng phải trả giá bằng những thƣơng tổn thực trên
cơ thể ngƣời bệnh. Điều này cũng làm giảm áp lực lên học viên khi thực hiện
phẫu thuật ảo. Từ đó, giúp họ tự tin và chủ động hơn trong học tập.


17
Phƣơng pháp không chỉ cho phép các học viên y khoa thực hành các ca
phẫu thuật trong tình huống thực, đem lại cho họ những kinh nghiệm cần thiết
trƣớc khi thực hiện ca phẫu thuật trên cơ thể con ngƣời, đây còn là cơ hội để cho
phép các bác sĩ có thể thử nghiệm phẫu thuật trên những bệnh nhân mơ phỏng
mà khơng cịn cảm giác lo sợ về hậu quả rủi ro xảy ra. Có nhƣ vậy, các bác sĩ
vừa nâng cao trình độ tay nghề, kỹ năng đặt ra những giả định về tình huống
bệnh nhân, cập nhật những dữ liệu bệnh lý mới để thực hiện kỹ thuật mới trong
điều trị, vừa giảm nguy hiểm cho ngƣời bệnh. Bác sĩ cũng có thể tự lập kế hoạch
mổ thử trên bệnh nhân ảo trƣớc khi mổ trên bệnh nhân thật do đó làm tăng mức
độ an tồn và hiệu quả điều trị, giảm thiểu sai lầm rủi ro đáng tiếc xảy ra.


Trong quân sự, quốc phòng

Với việc phát triển của VR, các binh sĩ sẽ đƣợc huấn luyện một cách trực

quan nhất các kĩ năng cần thiết nhƣ: lái máy bay, lái xe tăng… trƣớc khi tham
gia công việc thực tế. Điều này vừa bảo đảm an toàn cho binh sĩ, vừa tiết kiệm
đƣợc chi phí cho các huấn luyện thực tế. Quân đội Mỹ đã phát triển một game
đặc biệt nhằm huấn luyện binh sĩ chống lại khủng bố dƣới dạng chiến thuật
thực tại ảo. Đây sẽ là một game rất sống động, có tính hành động cao với môi
trƣờng và bối cảnh bám sát với thực tế. Những ngƣời lính sẽ phải vận dụng tất
cả những kỹ năng đã đƣợc rèn giũa trong quân đội.

Hình 1.7. Hệ thống mô phỏng các binh sĩ đang tập bắn súng


Thƣơng mại - du lịch

Trong thƣơng mại đặc biệt là trong nghành quảng cáo cơng nghệ VR đang
có một vị trí quan trọng. Nó giúp khách hàng tiếp cận gần hơn tới hàng hóa để
có thể đánh giá chất lƣợng mà khơng cần có hàng trực tiếp, … Chẳng hạn khi
tiến hành mua ô tô qua mạng, ngƣời mua rất cần thấy đƣợc hình ảnh trực quan


18
của chiếc ô tô cần mua, quan sát từ nhiều góc độ, thậm chí có thể thử độ rung
xóc, các hiệu ứng khi vận hành xe.
Trong du lịch các công ty du lịch có thể cho khách xem trƣớc khách sạn,
nhà hàng và ngắm nhìn một phần quang cảnh địa phƣơng nơi khách sắp đến du
lịch … Tiêu biểu là Công ty Giải pháp CNTT & Truyền thông DAGINET là
Công ty tại việt nam cung cấp ra thị trƣờng Việt Nam Giải pháp VR - Virtual
Reality 360 trên trang web

Hình 1.8. Ứng dụng cơng nghệ VR trong Du lịch


Giải trí

Thị trƣờng giải trí cũng là một ứng dụng tiêu biểu khác của các môi trƣờng
thực tại ảo. Trên thực tế, đây là nghành đạt đƣợc nhiều thành tựu và lợi nhuận về
tài chính.
Tại Nhật Bản, ngƣời ta đã xây dựng những "phịng trượt tuyết ảo". Tới đó,
ngƣời chơi khơng chỉ đƣợc trƣợt tuyết thỏa thích mà cịn tha hồ lựa chọn những
bãi tuyết đẹp trên thế giới. Còn ở Việt Nam, cũng khơng ít những cơng trình
đƣợc đƣa vào phục vụ cho ngành giải trí. Đầu tiên phải nhắc đến là cơng viên
văn hóa Đầm Sen, TP.Hồ Chí Minh - nơi đầu tiên đƣa công nghệ thực tại ảo vào
khai thác cho nhu cầu giải trí - đã thu hút lƣợng lớn khách vào tham quan.


19
Khơng chỉ có trẻ em mà ngay cả ngƣời lớn cũng thích nhìn thế giới của lồi
khủng long xƣa trong thế giới ảo mà nhƣ thực.

Hình 1.9. Phịng trƣợt tuyết ảo tại Nhật Bản
Trong giải trí có thể chia làm hai lĩnh vực chính đó là điện ảnh và game.
Trong điện ảnh ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật và cơng nghệ mơ phỏng
ngƣời ta đã có thể xây dựng các bộ phim 3D. Hiệu ứng kỹ xảo đặc biệt tạo nên
những hình ảnh sống động có chiều sâu chƣa từng có của 3D đang tạo lên cơn
sốt trên toàn thế giới. Khi xem các phim này các bạn sẽ có cảm giác nhƣ thể bạn
là một nhân vật của bộ phim chứ không phải bạn đang xem phim.

Hình 1.10. Các logo phim dùng 3D ảo
Trong lĩnh vực Game có rất nhiều cơng ty đang sản xuất ra các trị chơi có
sử dụng cơng nghệ VR. Các trị chơi sẽ cho bạn có cảm giác nhƣ đang thực sự
tham gia vào một vai diễn mà bạn đảm nhiệm trong trò chơi. Số lƣợng ngƣời bị

cuốn hút theo các trò chơi nhƣ vậy, đặc biệt là giới trẻ tăng theo cấp số nhân,
đánh dấu tiềm năng thƣơng mại vô cùng to lớn của công nghệ VR trong lĩnh vực
này.


20

Hình 1.11. Hệ thống trong lĩnh vực giải trí
Tóm lại, chúng ta có thể nói rằng các ứng dụng thực tại ảo trong giải trí đã
và đang đóng vai trị quan trọng trong việc định hƣớng đi cho công nghiệp thực
tại ảo.
Bên cạnh các ứng dụng truyền thống ở trên, một số ứng dụng mới nổi lên
trong thời gian gần đây của VR nhƣ trong sản xuất, chế tạo robot, hiển thị thơng
tin (thăm dị dầu mỏ, dự báo thời tiết, ...)
VR có tiềm năng ứng dụng vơ 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.
1.2. Bài tốn mơ phỏng hệ hơ hấp
1.2.1. Cấu tạo của hệ hô hấp
Hệ hô hấp là một hệ cơ quan có chức năng trao đổi khơng khí diễn ra trên
toàn bộ cơ thể. Để đáp ứng nhu cầu của cơ thể, mỗi ngày chúng ta hít thở
khoảng 20.000 lần và có đến 9.000 lít khơng khí lƣu thơng qua phổi. Cấu trúc
giải phẫu của hệ hô hấp gồm hệ thống dẫn khí (mũi, hầu họng, thanh quản, khí
quản, phế quản), và hệ thống trao đổi khí (2 buồng phổi) giữa máu và khơng khí.
Hệ hơ hấp đƣợc chia ra làm hai phần: Hệ hô hấp trên (mũi, miệng, hầu, thanh
quản) và hệ hơ hấp dƣới (khí quản, phế quản, phổi) [2].


21

Hình 1.12. Các thành phần cấu tạo lên hệ hơ hấp
1.2.2. Mô phỏng cấu tạo của hệ hô hấp
1.2.2.1. Hệ thống dẫn khí (Đƣờng hơ hấp)
Hệ thống dẫn khí , tƣ̀ trên xuố ng dƣới gồ m 5 phầ n, mỗi phầ n có đă ̣c điể m
cấ u ta ̣o khác nhau nhƣng chúng đề u thƣ̣c hiê ̣n chung mơ ̣t nhiê ̣m vu ̣ là dẫn khí ,
làm ẩm, làm ấ m khơng khí trƣớc khi đƣa vào và bảo vệ phổi [2].
Hệ thống dẫn khí gồm có: Mũi - Hầu - Thanh quản - Khí quản - Phế quản


Mũi

Mũi là cơ quan đầu tiên của hệ hơ hấp mà khơng khí phải đi qua để vào
phổi. Chức năng chính của mũi là để thở nhƣng nó cịn có một số chức năng
khác bởi vậy có cấu trúc rất tinh vi phức tạp. Riêng việc thở không khí vào qua
đƣờng mũi sẽ đƣợc sƣởi ấm làm lỏng bỏ bụi và vi khuẩn nhƣ một tiền đồ bảo vệ
cho đƣờng hô hấp.
Mũi là cửa ngõ của đƣờng hô hấp có nhiệm vụ dẫn khơng khí , lọc, sƣởi ấm
và làm ẩm khơng khí trƣớc khi đƣa vào phổi. Mũi còn là cơ quan khứu giác để
ngửi. Mũi gồm có 3 phần: mũi ngồi, mũi trong (hay hốc mũi) và các xoang
cạnh mũi.
Phần hốc mũi đƣợc cấu tạo bởi các xƣơng sụn và đƣợc phủ bởi một lớp
niêm mạc có nhiều mao mạch. Hốc mũi gồm 2 lỗ mũi, ngăn cách nhau bởi vách
mũi. Hốc mũi thông với xoang một số xƣơng nhƣ xƣơng trán, xƣơng bƣớm,
xƣơng sàng, xƣơng hàm trên.


22
Mũi có 2 cửa vào và 2 cửa ra. Cửa vào của mũi gọi là lỗ mũi trƣớc. Cửa ra
của mũi gọi là lỗ mũi sau. Thành trong khoang mũi đƣợc lót bởi lớp niêm mạc ,
có phủ biể u bì lơng , có nhiều mao mạch máu , giúp sƣởi ấm không khí trƣớc khi

vào phổi. Xen kẽ với các tế bào niêm mạc cịn có các tuyến nhầy thƣờng xuyên
tiết ra dịch nhầy có tác dụng nhƣ một hệ thống lọc khơng khí trƣớc khi đƣa vào
phổi và có khả năng ngăn cản, tiêu diệt vi khuẩn, khơng cho chúng xâm nhập
vào đƣờng hô hấp. Mỗi ngày các tuyến này tiết ra trung bình khoảng 2 lít nƣớc
mũi để giữ ẩm cho các cơ trong mũi, miệng, cổ họng ... Trong khoang mũi cịn
có nhiều lơng bằng chất sừng để cản bụi ; có đầu mút dây thầ n kinh khứu giác ,
giúp nhận kích thích mùi.
Nhờ có cấu tạo nhƣ vậy mà khi thở, khơng khí đi qua xoang mũi với tốc độ
chậm. Kết quả là không khí đã đƣợc lọc sạch, làm ẩm và đƣợc sƣởi ấm. Do đó
cần luyện tập thở bằng mũi thay cho thở bằng miệng để đảm bảo vệ sinh hô hấp.
Tuy nhiên trong khơng khí có nhiều bụi, nhiều vi khuẩn và các chất khơng thích
hợp thì màng nhầy tiết ra nhiều chất nhầy hơn, làm hẹp đƣờng thở. Khi bị viêm
mũi, các mao mạch tụ máu gây ra phù nề và dịch nhầy lại đƣợc tiết ra nhiều hơn
làm ngạt mũi, tắc mũi, khó thở.


Hầu họng

Là ngã tƣ đƣờng hơ hấp và tiêu hóa, họng đƣợc chia thành 3 phần:
Họng mũi: Phía trƣớc là lỗ mũi sau, trên có VA, hai bên 2 lỗ vịi nhĩ thơng
với tai giữa, dƣới thơng với họng miệng, có màn hầu và lƣỡi gà ngăn cách.
Họng miệng: Phía trƣớc thơng với khoang miệng qua eo họng, hai bên có 2
Amydale nằm giữa 2 cột trụ trƣớc và sau; phía sau là thành sau họng, phía dƣới
thơng với họng thanh quản.
Họng thanh quản: Phía trƣớc có sụn nắp thanh quản (có tác dụng đậy
thanh quản khi nuốt) và thanh quản, phía sau tƣơng ứng với các đốt C4,5,6; hai
bên liên quan với các cơ và bó mạch thần kinh cổ; dƣới thơng với thực quản.


Thanh quản

Thanh quản là đoạn đầu tiên của ống dẫn khí vào cơ thể. Thanh quản nằm
trƣớc thực quản, dƣới lớp da cổ, phần trên thông với hầu, phần dƣới thông với
khí quản. Thanh quản vừa là đƣờng dẫn khí vừa là bô ̣ phâ ̣n phát âm.


23

Hình 1.13. Các sụn thanh quản
1. Sụn giáp 2. Sụn nhẫn 3. Sụn khí quản
4. Sụn nắp 5. Sụn phễu 6. Sụn nhẫn
Thanh quản do nhiều mảnh sụn liên kết với nhau nhờ dây chằng và cơ.
Gồm các sụn là: sụn giáp, sụn nhẫn, sụn phễu, sụn thanh thiệt. Các sụn này nối
với nhau bằng các cơ. Trong đó su ̣n giáp là su ̣n lớn nhấ t của thanh quản , đƣơ ̣c
hình thành từ 2 mảnh sụn tứ giác. Sụn giáp là nơi bám của nhiề u cơ nhƣ cơ khít
hầ u, cơ căng dây thanh âm (cơ nhẫn giáp).
Bên trong thanh quản có lót một lớp niêm mạc ở mỗi bên có hai nếp gấp.
Đó là các dây thanh âm. Khoảng giữa hai dây thanh âm ở hai bên gọi là khe
thanh môn. Do áp lực của luồng khơng khí đi qua thanh quản, các dây thanh âm
lúc căng, lúc giãn, vì thế thanh mơn lúc mở, lúc khép. Điều này ảnh hƣởng đến
độ cao của âm phát ra. Khi các dây chằng hơi sát lại gần nhau thì có tiếng thở
dài. Khi khoảng cách các dây chằng thu nhỏ đến khoảng 3 mm thì có tiếng nói
thì thầm. Khi nói bình thƣờng cũng nhƣ khi hát các dây thanh âm tiếp sát vào
nhau.


Khí quản

Tiếp theo sụn nhẫn của thanh quản là ống khí quản dài 10 -11 cm, đƣờng
kính 2 cm, nằm phía trƣớc thực quản. Khí quản có cấu tạo là một ống sụn với 16

- 20 vòng sụn khuyết xếp chồng lên nhau, các vịng sụn đƣợc nối với nhau bằng
mơ liên kết đàn hồi. Mặt trong khí quản đƣợc lót một lớp niêm mạc. Trên bề mặt
niêm mạc đƣơ ̣c phủ lớp biểu mơ rung (tiêm mao), có chức năng cản bụi và tiết