Báo cáo đề tài thực tế ảo

Mục lục
Tran

Danh mục hình vẽ....................................................................................................4
Bảng thuật ngữ và các từ viết tắt............................................................................5
Lời nói đầu................................................................................................................6
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THỰC TẾ ẢO........................................................7
1.1. Thực tế ảo là gì?.............................................................................................7
1.2. Lịch sử phát triển của cơng nghệ thực tế ảo....................................................7
1.3. Đặc tính cơ bản và các thành phần của một hệ thống thực tại ảo...................8
1.3.1. Đặc tính cơ bản của một hệ thống thực tế ảo.............................................8
1.3.2. Các thành phần một hệ thống VR............................................................10
1.4. Một số thiết bị thực tế ảo...............................................................................11
1.4.1. Leap Motion.............................................................................................11
1.4.2. Giới thiệu một số kính thực tế ảo............................................................12
1.5. Xu thế phát triển của VR...............................................................................12
CHƯƠNG 2. KÍNH THỰC TẾ ẢO HTC VIVE VÀ ENGINE UNITY............16
2.1. Giới thiệu HTC Vive.....................................................................................16
2.2. Cách lắp đặt bộ kính HTC Vive....................................................................17
2.3. Engine Unity trong mơ phỏng 3D................................................................24
2.3.1. Giới thiệu Engine Unity..........................................................................24
2.3.2. Tính năng của Unity................................................................................24
2.3.3. Giới thiệu giao diện làm việc...................................................................25
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG LÁI MÁY BAY TRỰC
THĂNG VÀ LÁI XE Ô TÔ SỬ DỤNG KÍNH THỰC TẾ ẢO HTC VIVE.....27
3.1. Bài tốn.........................................................................................................27
3.2. u cầu đặt ra và hướng giải quyết...............................................................27
3.2.1. Xây dựng máy bay trực thăng.................................................................27
3.2.1. Xây dựng ô tô quân sự.............................................................................30
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ........................................................................32
1. Kết luận............................................................................................................32

2. Khuyến nghị.....................................................................................................32
3


TÀI LIỆU THAM KHẢO.....................................................................................33

Danh mục hìn
Hình 1. 1: Ba đặc tính cơ bản của một hệ thống VR.................................................9
Hình 1. 2: Các thành phần chính của hệ thống VR.................................................10
Hình 1. 3: Leap motion............................................................................................11
YHình 2. 1:Kính thực tế ảo HTC Vive và các thiết bị đi kèm ................................... 17
Hình 2. 2: Vị trí lắp đặt............................................................................................19
Hình 2. 3: Chỉnh base station..................................................................................19
Hình 2. 4: Mode Button Base Station......................................................................20
Hình 2. 5: Link box.................................................................................................21
Hình 2. 6: Linkbox tới kính.....................................................................................21
Hình 2. 7: Controller................................................................................................22
Hình 2. 8: Kết nối SteamVR sẵn sàng.....................................................................23
Hình 2. 9: IPD Left..................................................................................................23
Hình 2. 10: IPD Right..............................................................................................24
Hình 2. 11: Giao diện Editor của Unity...................................................................25
YHình 3. 1: Helicopter UpForce ............................................................................... 28
Hình 3. 2: Helicopter Turn Torque..........................................................................29
Hình 3. 3: Helicopter FPS.......................................................................................29
Hình 3. 4: Military Car............................................................................................30
Hình 3. 5: Military Car FPS....................................................................................31
Hình 3. 6: Military Car Physical..............................................................................31

4

Bảng thuật ngữ và các từ viết tắt
STT

Thuật ngữ

Giải thích

1.

3D (three dimensional) Không gian 3 chiều

2.

API (Application
Programing Interface)

Giao diện lập trình ứng dụng

3.

Channel

Kênh hiển thị hình ảnh

4.

FOV (Field of view)

Góc mở của trường nhìn trong các ứng dụng đồ họa

5.

Frame

Khung hình được vẽ trong vịng lặp render của
các ứng dụng mơ phỏng

6.

GUI (Graphic User
Interface)

Giao diện người dùng đồ họa

7.

HDM

Head-mount display

8.

Holographic

Hình nổi ba chiều

9.

IPD

Distance between lense

10. Node

Thành phần trong scenegraph

11. OSG

OpenSceneGraph - thư viện lập trình đồ họa mã
nguồn mở

12. Perspective

Phép chiếu phối cảnh trong đồ họa 3D

13. Projection

Phép chiếu trong đồ họa 3D

14. Render

Kỹ thuật hiển thị trong lập trình đồ họa

15. Scene

Khái niệm trong Unity, dùng để dựng các cảnh và
chứa toàn bộ các đối tượng trong ứng dụng
Thực tại ảo

16. VR (Virtual reality)

5


Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THỰC TẾ ẢO
1.1. Thực tế ảo là gì?
Thực tế ảo - Virtual Reality( VR ) là một hệ thống mơ phỏng trong đó đồ họa
máy tính được sử dụng để tạo ra một thế giới "như thật". Hơn nữa, thế giới "nhân tạo"
này không tĩnh tại, mà lại phản ứng, thay đổi theo ý muốn (tín hiệu vào) của người sử
dụng (nhờ hành động, lời nói,..). Điều này xác định một đặc tính chính của VR, đó là
tương tác thời gian thực (real-time interactivity). Thời gian thực ở đây có nghĩa là máy
tính có khả năng nhận biết được tín hiệu vào của người sử dụng và thay đổi ngay lập
tức thế giới ảo. Người sử dụng nhìn thấy sự vật thay đổi trên màn hình ngay theo ý
muốn của họ và bị thu hút bởi sự mơ phỏng này.
Điều này chúng ta có thể nhận thấy ngay khi quan sát trẻ nhỏ chơi video game.
Theo báo Bild (Đức), có hai trẻ nhỏ ở Anh bị thu hút và mải mê chơi Nintendo đến nỗi
ngay cả khi nhà chúng đang bị cháy cũng không hề hay biết! Tương 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 người sử dụng đang trải nghiệm. Nhưng
VR còn đẩy cảm giác này "thật" hơn nữa nhờ tác động lên tất cả các kênh cảm giác
của con người. Trong thực tế, người dùng khơng những nhìn thấy đối tượng đồ họa 3D
nổi (như hình nổi ở trang cuối báo Hoa học trò đã đăng trước kia), điều khiển (xoay, di
chuyển,..) được đối tượng trên màn hình (như trong game), mà cịn sờ và cảm thấy
chúng như 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 như ngửi (khứu giác),
nếm (vị giác). Tuy nhiên hiện nay trong VR các cảm giác này cũng ít được sử dụng
đến.
Từ các phân tích trên, chúng ta có thể thấy định nghĩa sau đây của C. Burdea và
P. Coiffet về VR là tương đối chính xác: VR- Thực Tế Ảo là một hệ thống giao diện

cấp cao giữa Người sử dụng và Máy tính. Hệ thống này mô phỏng các sự vật và
hiện tượng theo thời gian thực và 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.
1.2. Lịch sử phát triển của công nghệ thực tế ảo
Khái niệm thực tế ảo đã có trong nhiều thập niên nhưng nó chỉ thực sự được
6


nhận thức vào đầu những năm 90. Vào giữa những năm 50 Morton Heilig (Mỹ) đã
phát minh ra thiết bị mơ phỏng SENSORAMA. Đó là 1 thiết bị điều khiển 1 người sử
dụng gồm có : một màn hình thực thể kính, quạt, máy tạo mùi, loa âm thanh và 1 chiếc
ghế có thể di chuyển được. Ơng cũng phát minh ra màn hình truyền hình được gắn vào
đầu để có thể xem phim 3D. Tuy là những sản phẩm phục vụ cho điện ảnh nhưng
những khái niệm của Heilig đã trở thành tiền đề cho VR sau này.
Những kỹ sư của Công ty Philco là những người đầu tiên phát triển HMD vào
1961, gọi là Headsight. Cái mũ sắt bao gồm một màn ảnh và hệ thống theo dõi video
đã những kỹ sư liên kết tới một hệ thống camêra mạch đóng. Họ dự định sử dụng
HMD trong các tình huống nguy hiểm - một người có thể quan sát một mơi trường
thực sự từ xa, điều chỉnh góc quay camera bằng cách quay đầu. Bell Laboratories đã
sử dụng HMD cho những phi công lai máy bay trực thăng. Họ liên kết HMD với
những camera hồng ngoại gắn bên ngồi máy bay giúp phi cơng có thể nhìn rõ ngay
cả trong môi trường thiếu ánh sáng.
Vào 1965, một nhà khoa học máy tính có tên Ivan Sutherland hình dung điều mà
ông ta gọi là "Ultimate Display". Sử dụng hiển thị này, một người có thể thấy một thế
giới ảo hiện ra như thế giới vật lý thật. Điều này đã định hướng tồn bộ tầm nhìn về
VR. Khái niệm của Suntherland bao gồm :


Một thế giới ảo mà ta có thể quan sát thơng qua một HMD



Một máy tính để duy trì các mơ hình trong thời gian thực



Các khả năng cho người sử dụng để thao tác những đối tượng thực tế một
cách trực quan nhất.

1.3. Đặc tính cơ bản và các thành phần của một hệ thống thực tại ảo
1.3.1. Đặc tính cơ bản của một hệ thống thực tế ảo
Như trên đã trình bày, 2 đặc tính chính của VR là Tương tác và Đắm chìm, đây
là hai "I" (Interactive, Immersion) mà nhiều người đã biết. Tuy nhiên VR cần có 1 đặc
tính thứ 3 mà ít người để ý tới. VR không chỉ là một hệ thống tương tác Người- 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 Tưởng tượng của con người, đó chính là đặc tính "I"
7


(Imagination) thứ 3 của VR. Do đó có thể coi VR là tổng hợp của 3 yếu tố: Tương tácĐắm chìm- Tưởng tượng (Interactive- Immersion- Imagination)

Hình 1. 1: Ba đặc tính cơ bản của một hệ thống VR
Tính tương tác
Máy tính có khả năng nhận biết được tín hiệu vào của người dùng và thay đổi
ngay lập tức thế giới ảo. Người dùng nhìn thấy sự vật thay đổi trên màn hình ngay
theo ý muốn của họ và bị thu hút bởi sự mơ phỏng này.
Tính đắm chìm
Người dùng cảm thấy mình là một phần của thế giới ảo, hịa lẫn vào thế giới đó.
VR cịn đẩy cảm giác này "thật" hơn nữa nhờ tác động lên các kênh cảm giác khác.

Người dùng khơng những nhìn thấy đối tượng đồ họa 3D, điều khiển (xoay, di
chuyển…) được đối tượng mà cịn sờ và cảm thấy chúng như có thật.
Tính tưởng tượng
Có hai khía cạnh của tính tưởng tượng trong một thế giới ảo: sự du hành bên
trong thế giới và động lực học của môi trường. Sự du hành là khả năng của người
dùng để di chuyển khắp nơi một cách độc lập, cứ như là đang ở bên trong một mơi
trường thật. Nhà phát triển phần mềm có thể thiết lập những áp đặt đối với việc truy
cập vào những khu vực ảo nhất định, cho phép có được nhiều mức độ tự do khác nhau
(Người dùng có thể bay, xuyên tường, đi lại khắp nơi hoặc bơi lặn…). Một khía cạnh
khác của sự du hành là sự định vị điểm nhìn của người dùng. Sự kiểm sốt điểm nhìn
là việc người dùng tự theo dõi chính họ từ một khoảng cách, việc quan sát cảnh tượng
thông qua đôi mắt của một con người khác, hoặc di chuyển khắp trong thiết kế của
một cao ốc mới như thể đang ngồi trong một chiếc ghế đẩy… Động lực học của môi
trường là những quy tắc về cách thức mà người, vật và mọi thứ tương tác với nhau
trong một trật tự để trao đổi năng lượng hoặc thông tin
8


1.3.2. Các thành phần một hệ thống VR

Thành phần chính của phần cứng của VR gồm VR engine hay hệ thống máy
Hình 1. 2: Các thành phần chính của hệ thống VR
tính, các thiết bị đầu vào và thiết bị đầu ra.
Thiết bị đầu vào
Thiết bị đầu vào được sử dụng để tương tác với môi trường ảo và các đối
tượng trong mơi trường đó. Chúng gửi những tín hiệu đến hệ thống về những cử động
của người sử dụng, để trả về những phản ứng tương ứng những hành động đó thơng
qua thiết bị đầu ra (output devices) trong trong thời gian thực để kích thích các giác
quan để tạo nên cảm giác về sự hiện hữu và tương tác trong thế giới ảo.
VR Engine

VR Engine hay hệ thống máy tính được lựa chọn theo yêu cầu của từng ứng
dụng. Phát sinh hình ảnh và hiển thị hình ảnh là một trong những yếu tố quan trọng
nhất và tốn nhiều thời gian nhất trong một hệ thống VR. Việc lựa chọn VR Engine nào
còn phục thuộc vào lĩnh vực của ứng dụng, người dùng, các thiết bị đầu cuối, mức độ
đắm chìm và yêu cầu đầu ra của hệ thống. Bởi vì nó chịu trách nhiệm tính tốn, tạo ra
các mơ hình đồ họa, dựng hình các đối tượng, ánh xạ, mô phỏng và hiển thị trong thời
gian thực. Các máy tính cũng xử lý các tương tác với người dùng và hoạt động với
một giao diện người dùng và các thiết bị nhập/xuất.
Thiết bị đầu ra
Các thiết bị đầu ra sẽ gửi các phản hồi từ VR engine và chuyển nó đến người
dung thơng qua các thiết bị tương ứng để kích thích các giác quan. Có thể phân loại
thiết bị đầu ra dựa trên các giác quan là: đồ họa (thị giác), âm thanh (thính giác),
9


những cảm giác có được khi đụng chạm, tiếp xúc bằng da qua tay, chân. (xúc giác),
mùi và hương vị.
Phần mềm luôn là "linh hồn" của hệ thống thực tế ảo cũng như đối với bất cứ
một hệ thống máy tính hiện đại nào. Về ngun tắc có thể dùng bất cứ ngơn ngữ lập
trình hay phần mềm đồ họa nào để mơ hình hóa và mơ phỏng các đối tượng của hệ
thực tại ảo. Ví dụ các ngơn ngữ như OpenGL, C++, Java3D, VRML, … hay các phần
mềm thương mại như Unity3D, WorldToolKit, Peopleshop, … Phần mềm trong hệ
thống thực tế ảo có các nhiệm vụ chính: tạo hình, mô phỏng và lưu trữ lại trong cơ sở
dữ liệu (database). Các đối tượng trong hệ thực tế ảo được mơ hình hóa dưới dạng 3D
sau đó được mơ phỏng các hoạt động và ứng xử tương tự như trong đời sống thực.
1.4. Một số thiết bị thực tế ảo
1.4.1. Leap Motion
Leap Motion được phát triển bởi tập đoàn Leap motion do Michael Buckwald
và David Holz thành lập. Leap Motion được ra mắt thị trường lần đầu tiên vào tháng 7
năm 2013 và đã thu hút được cộng đồng lập trình viên phát triển ứng dụng cho thiết bị

Leap Motion sử dụng Hình
3Hình
camera
đơn sắc và 3 đèn LED hồng ngoại,
1.
1.3:
3:hồng
Leap
Leapngoại
motion
motion
với các camera này thiết bị có thể quan sát trong một vùng hình cầu với bán kính
khoảng 1m (3.28084 feet). Các đèn LED tạo ra các mẫu hình ảnh ít ánh sáng hồng
ngoại, mỗi camera sẽ tạo ra khoảng 300 khung hình mỗi giây cho các dữ liệu phản
chiếu, sau đó các dữ liệu này được gửi qua cổng USB đến máy chủ. Tại máy chủ, các
dữ liệu được phần mềm của Leap Motion phân tích bằng cách sử dụng các phương
pháp toán học phức tạp. Tuy nhiên, các phương pháp này chưa được Leap Motion
công bố. Một trong các phương pháp này có thể là tổng hợp các dữ liệu 3D về vị trí
bằng cách so sánh các khung hình 2D được tạo ra bởi 2 camera khác nhau.
10


Với khu vực quan sát nhỏ hơn và độ phân giải cao. Leap motion thích hợp cho
việc theo dõi tồn bộ cơ thể người trong một khơng gian có kích thước cỡ một phịng
khách.
Hiện tại, tính năng của Leap motion gồm có: Điều hướng bằng việc nhận dạng
cử chỉ chạm vào màn hình, chỉ vào các điểm trên màn hình; tương tác với các dữ liệu
3D ảo bằng các cử chỉ của tay như cầm, nắm; hỗ trợ các thao tác vẽ trên màn hình.
Thiết bị Leap Motion khá nhỏ gọn, giá thành tương đối rẻ so với Kinect, chỉ là

79.99 USD. Ưu điểm nổi bật của Leap Motion là cho phép nhận dạng chuyển động
của ngón tay nhanh với độ chính xác cao. Các ứng dụng sử dụng Leap Motion có thể
phát triển trên nhiều mơi trường khác nhau như Mac OS, Linux, Windows.
1.4.2. Giới thiệu một số kính thực tế ảo
- Google Cardboard
- Lenovo ANT VR
- Moonflor 3D
- Samsung Gear VR
- Hololens
- Oculus Rift
- HTC Vive
1.5. Xu thế phát triển của VR
Thời điểm hiện tại, VR được ứng dụng ở hầu hết các lĩnh vực ngành nghề như:
Khoa học, kỹ thuật, kiến trúc, quân sự, giải trí, du lịch, địa ốc… và đáp ứng mọi nhu
cầu: Nghiên cứu - Giáo dục - Thương mại - dịch vụ. Y học, du lịch là lĩnh vực ứng
dụng truyền thống của VR. Bên cạnh đó VR cũng được ứng dụng trong giáo dục, nghệ
thuật, giải trí, du lịch ảo (Virtual Tour), bất động sản… Trong lĩnh vực quân sự, VR
cũng được ứng dụng rất nhiều ở các nước phát triển.
Bên cạnh các ứng dụng truyền thống ở trên, cũng có một số ứng dụng mới nổi
lên trong thời gian gần đây của VR như: giả lập môi trường game, tương tác ảo. Khi
đeo loại kính thực tại ảo, các game thủ sẽ thấy mình như được hịa mình vào thế giới
11


khơng gian 3D với góc nhìn rộng lên tới 110 độ, thật hơn rất nhiều so với khi chúng ta
ngồi trước màn hình máy tính với góc nhìn chỉ 45 độ. Bạn sẽ cảm thấy choáng ngợp
đặc biệt khi chơi các game nhập vai hay FPS (First Person Shooter).
*Thế giới
Tại lĩnh vực giáo dục, lợi ích lớn nhất của thực tế ảo là khả năng tương tác độc
đáo, cho phép con người trên khắp thế giới giao tiếp với nhau một cách thoải mái mà

khơng cịn bị hạn chế bởi vấn đề kinh tế hay địa lý. Trong số này, giáo dục là một
trong những ngành được hưởng lợi nhiều nhất, bởi giáo viên và người học sẽ có được
cái nhìn thực tiễn và trực quan hơn bao giờ hết. Việc ứng dụng công nghệ thực tế ảo
vào cá giờ học sẽ mang đến cái nhìn trực quan và tồn diện nhất cho học sinh.
Khơng chỉ hữu ích trong giáo dục, thực tế ảo cịn là cơng nghệ đầy hứa hẹn
trong ngành y tế, giúp ích cho cơng tác chữa bệnh, nghiên cứu lẫn quá trình hồi phục
của bệnh nhân. Hiện nay, VR đang được các nhà nghiên cứu tại Đại học Louisville Mỹ
thử nghiệm trong việc chữa trị chứng rối loạn và ám ảnh tinh thần, trong khi Đại học
Stanford, Mỹ đã sử dụng kính VR trong mơi trường thực hành phẫu thuật.
Bên cạnh Giáo dục và Y tế, một lĩnh vực đầy húa hẹn cùng thực tế ảo trong
tương lai đó chính là phim ảnh. Trong đó, rất nhiều chuyên gia trong ngành nhận định,
kính VR dần dần sẽ thay thế kính 3D, trong khi cơng nghệ chiếu phim thực tế ảo sẽ
“sốn ngơi” chuẩn định dạng 3D hay IMAX như hiện nay. Không chỉ trong phim ảnh,
những nội dung thông thường như video được đăng tải trên YouTube, các trận cầu
bóng đá được phát trên tivi… được ứng dụng công nghệ thực tế ảo cũng mang đến trải
nghiệm thú vị cho người xem.
Đặc biệt, theo dự đoán của các chuyên gia, sự phát triển của công nghệ thực tế
ảo sẽ biến đổi nền công nghiệp du lịch, mang đến lợi tích cho cả du khách lẫn những
nhà cung cấp dịch vụ. Hơn thế nữa, với VR, những người khơng có thời gian hoặc
khơng đủ điều kiện, vẫn có thể du lịch tại gia với trải nghiệm dặc biệt chưa từng có.
Trong khi đó, sự phát triển của kính thực tế ảo có thể giúp người dung trải nghiệm một
địa điểm mới trước khi đưa ra quyết định có đến đó hay khơng.
Trong q trình huấn luyện qn sự, các binh lính sẽ buộc phải thực hiện các
bài tập luyện cần có kỹ năng và có mức độ nguy hiểm cao như nhảy dù, rà phá bom
mìn, tập trận... Tuy nhiên, khi ứng dụng thực tế ảo trong qn đội, cơng nghệ này có
thể giúp các binh sĩ được tập luyện trong môi trường giả chiến thực tế giống thật
nhưng có độ an tồn cao hơn. Trên thực tế, mơ phỏng chiến tranh cho mục đích huẩn
12

luyện đã được thực hiện từ những năm 1920. Quân đội đang tiếp tục đầu tư hàng tỷ đô
để phát triển và ứng dụng công nghệ thực tế ảo vào lĩnh vực của mình. Tầm quan
trọng thực sự của VR trong quân đội nằm ở khả năng chuẩn bị cho những người lính
trong các bài tập tình huống hết sức nguy hiểm nhưng thực sự lại không khiến họ gặp
nguy hiểm. Chiến tranh hay tái hiện các tình huống chiến đấu với sự trợ giúp của một
mơ hình mơ phỏng thực tế ảo cho phép các binh sĩ học được cách phản ứng tại mỗi
tình huống, hồn cảnh. Trên hết, VR góp phần bảo vệ các binh sĩ mới tuyển dụng có
thể tránh khỏi những chấn thương tiềm ẩn cũng như những nguy cơ tử vong. Mô
phỏng đào tạo thực tế ảo VR đem lại sự hứng thú, quan tâm của binh linh, mang lại
hiệu quả về chi phí so với phương pháp huấn luyện quân sự truyền thống.
Một số ứng dụng VR phổ biến nhất trong quân đội bao gồm trại khởi động ảo,
mô phỏng chuyến bay, chiến trường, huấn luyện cứu thương trên chiến trường…
Với khả năng ứng dụng không giới hạn, tiềm năng của VR ngày càng được ứng
dụng rộng rãi và sẽ thay đổi nhiều ngành nghề khác trong tương lai.
Trong lĩnh vực y học, Khoa Y – Trường Đại học Duy Tân, Đà Nẵng đã áp dụng
công nghệ VR để mô phỏng cơ thể ảo phục vụ công tác giảng dạy, học tập, nghiên cứu
cho Bộ mơn Giải phẫu. Mơ hình mơ phỏng các bộ phận chính của cơ thể con người,
thơng qua mơ hình và hệ thống phần cứng điều khiển, tương tác, sinh viên làm quen
với việc thưc hành trên các thiết bị nội soi và thực hành giải phẫu thay vì học trực tiếp
trên xác, tiêu bản hoặc tranh.
Viện Công nghệ thông tin và truyền thơng CDIT(Học viện Cơng nghệ Bưu
chính Viễn thông), một trong những cơ sở đi đầu trong nghiên cứu ứng dụng công
nghệ VR tại Việt Nam, đã xây dựng và đưa công cụ này vào hỗ trợ giảng viên dạy
môn kỹ thuật nhiếp ảnh và kỹ thuật quay phim. Mơ hình này đã giải quyết được tình
trạng thiếu trang thiết bị thực hành cho sinh viên và một lượng kiến thức cơ bản đã
được số hóa vào trong ứng dụng do đó giáo viên khơng cần giảng đi giảng lại kiến
thức mà chỉ tập trung giải thích những thắc mắc sinh viên nêu ra.

13

CHƯƠNG 2. KÍNH THỰC TẾ ẢO HTC VIVE VÀ ENGINE
UNITY
2.1. Giới thiệu HTC Vive
HTC Vive là kính thực tế ảo do hãng HTC hợp tác cùng Valve phát triển, được
giới thiệu vàng tháng 4 năm 2016. Khơng như các kính thực tế ảo khác dùng màn hình
điện thoại để hiển thị, HTC Vive lại truyền nội dung từ máy tính của chúng ta trực tiếp
lên kính. Xung quanh kính có rất nhiều cảm biến nhỏ dùng để theo dõi vị trí của người
dung trong phịng, nhìn như một cái tổ ong vô cùng lạ mắt.
HTC Vive được chế tạo rất nhẹ để chúng ta có thể đeo trong thời gian dài mà
khơng bị mỏi. Hơn thế nữa, nó có tốc độ làm tươi rất cao: 90Hz cho trải nghiệm hình
ảnh tốt hơn. Ấn tượng hơn nữa, Vive có hai màn hình (nằm bên trong hai thấu kính
trịn) và mỗi màn hình có độ phân giải 1200x1080, mật độ phân giải rất cao so với
thiết bị VR.
HTC Vive được tích hợp con quay hồi chuyển, cảm biến xoay và cảm biến định
vị laser. Bộ ba cảm biến này sẽ đo lường các cử động đầu của chúng ra với độ chính
xác rất cao, lên tới 1/10 độ. Tính năng này nhằm bảo đảm hình ảnh sẽ được thay đổi
chính xác và dễ chịu hơn, đồng thời nó có thể kết hợp với một đế Steam VR nữa để
theo dõi cử chỉ của toàn bộ cơ thể trong phạm vi 5x5m, tạo ra một trải nghiệm thực tế
ảo sâu hơn và thực hơn. HTC Vive cịn có một cần điều khiển khơng dây để chúng ta
tương tác với các vật thể trong môi trường thực tế ảo xung quanh.
Một bộ HTC Vive bao gồm:
 1 HTC Vive Headset
 2 HTC Controller
 2 Base Station
 1 Link Box
 Đầy đủ cáp, phụ kiện với sách hướng dẫn sử dụng
14

HTC Vive u cầu một máy tính với cấu hình mạnh để có thể vận hành trơn tru. Theo
như nhà sản xuất đưa ra, cấu hình tối thiểu để chạy được HTC Vive như sau:
 Card đồ họa: NVIDIA GTX 970 hoặc AMD 290, tương đương hoặc
mạnh hơn
 CPU: Intel i5-4590, tương đương hoặc mạnh hơn
 RAM: 8 GB trở lên
 Có cổng output video HDMI 1.3 hỗ trợ Direct Output ở xung nhịp 297
MHz
 2 cổng USB 3.0
 Hệ điều hành: Windows 7 SP1 trở lên

Hình 2. 1:Kính thực tế ảo HTC Vive và các thiết bị đi kèm
2.2. Cách lắp đặt bộ kính HTC Vive
15


A. CHUẨN BỊ
I. Bộ thiết bị HTC Vive gồm:
- 1 kính (headset).
- 2 Base station (Light house).
- 2 tay cầm điều khiển (controller).
- 1 hộp kết nối (Link box).
- Cáp USB, cáp video (HDMI hoặc Display port - Mini Display port), cáp đồng
bộ.
- 3 bộ cáp sạc cung cấp nguồn cho Base station và Link box.
- Giá treo (nếu có).
II. Khơng gian lắp đặt
- Kích thước phịng tối thiểu là 2 x 1.5 m.
- Khoảng cách tối đa giữa hai base station nên là là 5 m.
- Khơng gian phịng cần trống trải, loại bỏ các chướng ngại vật gây cản trở.

B. CÁC BƯỚC LẮP ĐẶT
I. Lắp đặt base station
1. Chọn vị trí lắp đặt
- Base station nên được lắp đặt tại 2 góc đối diện nhau của căn phịng sao cho

bao quát hết khu vực hoạt động của người dùng.
- Khoảng cách tối đa giữa hai base station là 5 m.
- Chú ý lựa chọn vị trí có nguồn điện thuận tiện cho việc cung cấp điện cho base
station.

16


Hình 2. 2: Vị trí lắp đặt
2. Lắp đặt
- Treo trên tường hoặc sử dụng giá treo đi kèm sao cho base station cao quá đầu
(chiều cao lý tưởng là 2 m).
- Chỉnh cho base station cúi xuống một góc 30 - 45° so với mặt phẳng nằm
ngang (base station có thể quét được góc 120° với phương thẳng đứng), hai base
station hướng vào nhau và có thể bao quát hết khu vực người dùng.

Hình 2. 3: Chỉnh base station
17


- Cấp nguồn điện cho các base station: cấp điện cho các base station bằng cáp
sạc đi kèm, sau đó kiểm tra bằng cách quan sát đèn trạng thái phía trước chuyển xanh
và đèn led hiển thị kênh ‘b’ hoặc ‘c’ cho từng Base station.

Hình 2. 4: Mode Button Base Station

- Trường hợp 2 base station khơng nhìn thấy nhau do vật cản hoặc không gian
lắp đặt không cho phép (treo quá thấp, khoảng cách trên 5 m…), lúc này đèn trạng thái
chuyển màu tím thơng báo chúng khơng thể đồng bộ với nhau. Sử dụng cáp đồng bộ
nối trực tiếp hai Base station với nhau, sau đó nhấn nút phía sau base station sao cho 1
Base station ở kênh ‘A’ và chiếc còn lại ở kênh ‘B’.
II. Cài đặt Link box
Link box gồm hai đầu kết nối:
- Với phần có các cổng phía màu đen phía đối diện dành cho kết nối tới máy
tính.

18


Hình 2. 5: Link box
- Với phần có các cổng màu cam dành cho kết nối tới kính.

Hình 2. 6: Linkbox tới kính
Lưu ý: Làm đúng theo thứ tự các bước hướng dẫn để tránh phát sinh lỗi kết nối
Kết nối kính với Link box: cắm dây nguồn, HDMI và USB lần lượt vào các
cổng tương ứng trên Link box.
Cấp nguồn cho Link box: cấp nguồn cho Link box bằng cáp sạc đi kèm, cắm
vào cổng nguồn trên Link box phía đối diện.
Kết nối Link box với máy tính:
- Kết nối Link box với máy tính qua dây USB, sau đó đợi trong khoảng 10 giây
19


để việc cấu hình cho kính trên máy tính được hồn tất.
- Kết nối dây tín hiệu video (cáp HDMI đối với máy tính hỗ trợ cổng HDMI,
cáp Display port - Mini Display port đối với máy tính hỗ trợ cổng Display port) từ

Link box tới máy tính.
(Lưu ý: việc sử dụng các loại adapter, dây chuyển đổi giữa hai chuẩn HDMI và
Display port nhằm kết nối cổng Display port trên card đồ họa với cổng HDMI trên
Link box hoặc ngược lại có thể dẫn tới lỗi kết nối)
Khởi động tay điều khiển:
- Nhấn phím System trên hai tay cầm điều khiển để khởi động.

Hình 2. 7: Controller
Cài đặt trên máy tính
- Cài đặt Steam VR: Sau khi cài đặt, khởi động Steam VR, lúc này chắc chắn
rằng biểu tượng kính, hai tay điều khiển, hai base station đều được thông báo đã kết
nối.

20


Hình 2. 8: Kết nối SteamVR sẵn sàng
- Cài đặt Room Setup theo hướng dẫn:
Bổ sung: Hiệu chỉnh khoảng cách giữa hai thấu kính
- Hiệu chỉnh khoảng cách giữa hai thấu kính nhằm đưa trục chính của từng thấu
kính đi qua con ngươi mắt một cách chính xác, giúp nâng cao trải nghiệm của từng
người sử dụng, tránh tác dụng phụ của VR khi sử dụng lâu (gây mỏi mắt, mất thăng
bằng, …)
- Cần đo IPD (Distance between lenses), tức là khoảng cách giữa hai mắt người
sử dụng:
Bước 1: Đứng trước gương, nhắm một bên mắt, đặt vạch 0 của thước thẳng với
con ngươi mắt.

Hình 2. 9: IPD Left
Bước 2: Nhắm mắt, mở mắt còn lại và đọc giá trị IPD.

21


Hình 2. 10: IPD Right
Ngồi ra có thể sử dụng phần mềm đo.
- Hiệu chỉnh khi đã đeo kính bằng cách vặn núm hiệu chỉnh phía bên của kính,
màn hình hiển thị khoảng cách, điều chỉnh cho đúng với giá trị vừa đo được.
2.3. Engine Unity trong mô phỏng 3D
2.3.1. Giới thiệu Engine Unity
Khác với những ứng dụng được phát triển trên nền Flash căn bản và buồn chán
với những chuyển động cứng nhắc, Unity 3D mang lại sức mạnh kỳ diệu cho nhân vật
mà chúng ta muốn thể hiện sống động hơn trong không gian 3 chiều đầy huyền ảo.
Công nghệ cao này tạo ra một bước đột phá mới về sự khác biệt trong công nghệ làm
game 3D hiện nay, mang đến cho người chơi 1 cảm giác rất khác lạ và hào hứng trong
từng chuyển động.
Unity 3D được dùng để làm video game 3D, hoặc những nội dung có tính
tương tác như thể hiện kiến trúc, các hệ thống mô phỏng thời gian thực. Giống như
Director, Blender game engine, Virtools hay Torque Game Builder, Unity dùng môi
trường đồ họa tích hợp ở q trình phát triển game là chính.
Với khả năng phát triển ứng dụng đa nền tảng, Unity được sử dụng khá rộng
rãi. Trình biên tập có thể chạy trên Windows và Mac OS, và có thể xuất ra game cho
Windows, Mac, Wii, iOS, Android. Game cũng có thể chơi trên trình duyệt web thơng
qua plugin Unity Web Player. Unity mới bổ sung khả năng xuất ra game trên widget
cho Mac, và cả Xbox 360, PlayStation 3.
2.3.2. Tính năng của Unity
 Mơi trường phát triển được tích hợp với tính năng kế thừa, khả năng chỉnh sửa
22

đồ họa, chức năng kiểm tra chi tiết, và đặc biệt tính năng xem trước game ngay
trong lúc xây dựng (live game preview).
- Triển khai được trên nhiều nền tảng: Chương trình độc lập trên
Windows và Mac OS, web, Mac OS Dashboard widget, Nintendo
Wii, iPhone, iPad application...
 Tài nguyên (model, âm thanh, hình ảnh ...) được tải vào trong Unity và tự động
cập nhật nếu tài nguyên có sự thay đổi. Unity hỗ trợ các kiểu định dạng từ 3DS
Max, Maya, Blender, Cinema 4D và Cheetah3D.
 Graphics engine sử dụng Direct3D (Windows), OpenGL (Mac, Windows),
OpenGL ES (iPhone OS), và các API khác trên Wii.
 Hỗ trợ bump mapping, reflection mapping, parallax mapping, Screen Space
Ambient Occlusion v...v...
2.3.3. Giới thiệu giao diện làm việc
Giao diện Unity, giống như nhiều môi trường làm việc khác, layout có thể tùy
chỉnh. Layout của Unity bao gồm nhiều tab khác nhau và có thể bật tắt. Chúng ta hãy
xem xét một cách bố trí giao diện Unity điển hình:

Như hình trên chúng ta thấy
có2.
5 11:
khung
khác
nhau:
Hình
Hình
2.11:
Giao
Giao
diện
diện

Editor
Editor của
của Unity
Unity
 Scene [1] - nơi xây dựng trò chơi
 Hierarchy [2] - danh sách các GameObject trong một cảnh game
23


 Inspector [3] - màn hình cài đặt cho tài nguyên/đối tượng đang được chọn
 Game [4] - cửa sổ xem trước game, chỉ hoạt động ở chế độ chơi (khi nhấn
Play)
 Project [5] - danh sách các tài nguyên trong project, đóng vai trị như một
thư viện.

24


CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG LÁI
MÁY BAY TRỰC THĂNG VÀ LÁI XE Ơ TƠ SỬ DỤNG
KÍNH THỰC TẾ ẢO HTC VIVE

3.1. Bài toán
Sẽ rất tuyệt nếu được tự mình thử cảm giác là người cầm lái trên chiếc máy bay
để chinh phục bầu trời và khám phá những điều mới mẻ trên khơng nơi mà ta có thể
thấy rõ được tồn cảnh vùng đất phía dưới ,những con sông,hay những ngọn núi hùng
vĩ, thành phố hiện đại và cả những hoạt động diễn ra thường ngày như một lăng kính
thu nhỏ vậy .Nhưng để thực hiện được điều đó thì trước hết phải trải qua cơng cuộc
đào tạo ,huấn luyện khắc nghiệt , phải được công nhận , được cấp bằng phi công ta
mới được phép cầm lái .Chi phí đào tạo một học viên phi cơng cơ bản tại trường Bay

Việt khoảng 1,8 tỷ đồng trong khoảng thời gian 18-20 tháng và tất nhiên để làm được
điều này thì khơng phải ai cũng có đủ điều kiện ,khả năng và kinh tế thể thực hiện
được . Nhưng giờ đây, nhờ vào công nghệ thực tế ảo, chúng ta có thể tự lái máy bay
trực thăng cho cảm giác như thật. Vì vậy, nhóm đề tài đã sử dụng phần mềm Unity kết
hợp với kính thực tế ảo HTC Vive để xây dựng ứng dụng mô phỏng lái máy bay trực
thăng và lái ô tô cho mọi người có thể sử dụng và trải nghiệm cơng nghệ mới này.
3.2. Yêu cầu đặt ra và hướng giải quyết
3.2.1. Xây dựng máy bay trực thăng
* Vấn đề đặt ra
- Hoạt ảnh animation, quay rơ to, tích hợp điều khiển bằng joystick
- Máy bay phải đáp ứng các yêu cầu cơ bản như bay, quay trái, phải, lùi sau...
- Có thể nhìn bằng góc nhìn thứ nhất hoặc góc nhìn thứ 3.
- Xử lý vấn đề tốc độ, trọng lực, vận tốc, lên xuống máy bay theo điều kiện,
hoàn cảnh thời tiết
* Hướng giải quyết
25


- Chọn mẫu 3D máy bay trực thăng, thiết lập RigidBody và Collider
- Sử dụng Input Manager để tùy biến các phím điều khiển bằng joystick

Hình 3. 1: Helicopter UpForce
- Ở cánh trực thăng và con quay roto ở đuôi máy bay trực thăng cũng sẽ quay
tốc độ tùy theo lực của người điều khiển, và xử lý theo độ quay của lực, ta dùng hàm
Quaternion.Euler(x,y,z)
- Để cho máy bay theo phương thẳng đứng ta sẽ sử dụng function có sẵn của
MonoBehaviour (GetComponent<RigidBody>().AddRelativeForce(Force))
- Để máy bay có thể quay trái phải thì ta sử dụng function này:
GetComponent<RigidBody>().AddRelativeTorque(x,y,z)

26


Hình 3. 2: Helicopter Turn Torque
- Để có thể chuyển các góc nhìn thì ta sẽ phải sử dụng 2 camera tượng trưng
cho góc nhìn thứ nhất và thứ ba. Sau đó sẽ có 1 script để chuyển đổi giữa 2 camera.

Hình 3. 3: Helicopter FPS
- Component RigidBody ta sẽ cài khối lượng của máy bay cũng như sẽ để use
Gravity là true để tạo như máy bay thực tế.
27