Kỹ thuật lập trình mô phỏng thế giới thực dựa trên Morfit

Dưới đây là tóm tắt các nội dung chính:

• Mở đầu (trang 5): Giới thiệu về sự phát triển của công nghệ thông tin và thực tại ảo (Virtual Reality – VR). VR là một môi trường 3D được tạo ra và điều khiển bằng máy tính, cho phép người dùng tương tác với các đối tượng ảo như trong thế giới thực. Các ứng dụng của VR rất đa dạng trong nhiều lĩnh vực như y học, hàng không, xây dựng, kiến trúc. Cuốn sách này sẽ tập trung vào mô hình Morfit, một mô hình gọn nhẹ, đầy đủ và hiệu quả để xây dựng các ứng dụng VR.
• Tổng quan về thực tại ảo (Chương I, trang 7):
  • Khái niệm và lịch sử phát triển: Thực tại ảo là môi trường ba chiều mô phỏng thế giới thực hoặc thế giới tưởng tượng, cho phép người dùng tương tác qua các thiết bị ngoại vi. Lịch sử phát triển của VR bắt đầu từ những năm 1960 với thiết bị “Sensorama Simulator” của Morton Heilig và sau đó được Ivan Sutherland phát triển tiếp với hệ thống HMD (Head-Mounted Display). Các thiết bị ngoại vi khác bao gồm BOOM và CAVE, găng tay dữ liệu (data gloves) và máy quét 3D. Thực tại ảo sử dụng một lượng lớn thông tin đồ họa 3D, đòi hỏi bộ nhớ RAM lớn, bộ xử lý và thiết bị vào ra tốc độ cao. Các chuẩn phần mềm thường dùng là DirectX, OpenGL, MiniGL. Mô hình VRML (Virtual Reality Modeling Language) là chuẩn trên mạng cho VR.
  • Các ứng dụng của thực tại ảo (trang 9): VR có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như khoa học quân sự, quốc phòng (huấn luyện, thử nghiệm vũ khí), giáo dục và đào tạo (trực quan hóa bài giảng, huấn luyện phi công, lái xe), y học (phẫu thuật ảo, điều trị tâm thần, nghiên cứu cơ thể người), thiết kế xây dựng (xem trước công trình 3D), khoa học cơ bản (mô phỏng hiện tượng vật lý, hóa học, khảo cổ), thương mại, du lịch (quảng cáo, tham quan ảo), giải trí (game 3D), điện ảnh (kỹ xảo, phim 3D), hàng không vũ trụ (đào tạo phi công).
  • Xu hướng và ý nghĩa ứng dụng của thực tại ảo (trang 17): VR sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ và thâm nhập vào nhiều lĩnh vực. Vấn đề chính của VR là xây dựng mô hình mô phỏng thế giới thực trên máy tính theo không gian 3D và cung cấp khả năng tương tác. Các hướng giải quyết bao gồm xây dựng mô hình dưới dạng dữ liệu riêng, kéo thả mô hình có sẵn hoặc mô tả bằng văn bản kết hợp với thư viện đồ họa.
• Các vấn đề gặp phải trong phát triển thực tại ảo (trang 19):
  • Về phần cứng: Các thiết bị VR còn đắt và khó mua, chưa đạt đến mức độ cho phép người dùng hoàn toàn có cảm giác như ở trong thế giới thực. Máy tính hiện nay vẫn chưa đáp ứng được việc mô tả một số lượng lớn các đối tượng phức tạp.
  • Về phần mềm và thiết kế phần mềm: Phần mềm VR đa phần chỉ giải quyết các vấn đề chung hoặc riêng cho các nhà thiết kế và có giá thành đắt. Việc xây dựng phần mềm VR từ đầu rất khó khăn và phức tạp do phải xử lý các đối tượng 3D trong môi trường ba chiều với thời gian thực.
• Các giải pháp sử dụng để giải quyết vấn đề (trang 23):
  • Tự nghiên cứu và xây dựng mô hình riêng: Ưu điểm là chương trình gọn nhỏ, hoạt động nhanh. Hạn chế là khó khăn khi xây dựng từ đầu, nâng cấp và tính mở của phần mềm không cao.
  • Tìm hiểu và lựa chọn mô hình đã tồn tại: Đa phần các mô hình này có công cụ mạnh hỗ trợ các phép biến đổi 3D, giúp phát triển phần mềm nhanh chóng với chi phí thấp hơn. Các mô hình thường bao gồm “Mô hình thế giới” (định nghĩa đối tượng và hoạt động) và “Mô hình điều khiển hoạt động của thế giới” (cung cấp phương pháp hiển thị và điều khiển).
  • Một số mô hình xây dựng thực tại ảo (trang 26): Có hai trường phái chính:
    • Không cần lập trình: Kéo thả và mô tả bằng ngôn ngữ gần tự nhiên (ví dụ: Quest 3D). Ưu điểm là nhanh chóng, chất lượng hình ảnh cao. Nhược điểm là chậm, khó tương tác và đắt tiền.
    • Dựa trên nền tảng sẵn có: Sử dụng các engine (ví dụ: Morfit, OpenGL, 3DMax) hoặc bộ thư viện (ví dụ: OSG). Ưu điểm là hiệu quả, tốc độ nhanh, tính mở rộng và tương thích cao, giá thành rẻ hoặc miễn phí. Yêu cầu người dùng phải là lập trình viên.
• Giới thiệu chung về mô hình xử lý Morfit (Chương II, trang 28):
  • Morfit là mô hình cho phép xây dựng phần mềm mô phỏng đối tượng 3D (hình dạng, hành động, tương tác). Nó gồm hai phần: Định dạng (.wld) để xây dựng thế giới và các hành động cơ bản, và Engine (.dll) cung cấp phương thức hiển thị và điều khiển hoạt động của thế giới.
  • Morfit sử dụng thuật toán và kỹ xảo tinh vi, bao gồm công nghệ PIRR (Photo realistic interactive Real-Time Rendering), mang lại cải thiện về tốc độ và chất lượng hình ảnh. Nó là giải pháp đơn giản, hiệu quả và nhanh chóng để phát triển phần mềm mô phỏng 3D.
  • Phương pháp định nghĩa thế giới của Morfit (trang 29): Định dạng file .wld cho phép mô tả thế giới thực với các thành phần: Module (khung dạng sự vật), Polygon (hình đa giác cơ bản), Object (cài đặt của module), Track (đường chuyển động), Dynamic Object (đối tượng động), Camera (góc nhìn), Animation (ảnh động), Background (nền trời), Atmosphere (hiệu ứng khí quyển). Morfit sử dụng hệ trục tọa độ bàn tay phải.
  • Xây dựng chương trình với file Morfit.wld (trang 39): Trình bày mã nguồn mẫu để nạp file .wld vào chương trình, khởi tạo camera mặc định và render thế giới.
• Điều khiển thế giới bằng Morfit (Chương III, trang 44):
  • Các vấn đề cơ sở: Giới thiệu về hệ trục tọa độ 2D và 3D. Morfit cung cấp 3 không gian tọa độ: không gian tọa độ thế giới (bất biến), không gian tọa độ đối tượng (gắn liền với đối tượng), và không gian tọa độ camera (gắn với camera).
  • Liên kết: Mọi đối tượng, camera, hình ảnh trong Morfit đều được xác định bằng một liên kết (biến kiểu nguyên không dấu). Morfit cung cấp các hàm để lấy và kiểm tra các liên kết.
  • Tổng quan về các hàm của Morfit (trang 48): Morfit cung cấp tập hợp các hàm API hoàn chỉnh để thao tác với đối tượng, camera, nhóm, hình ảnh, ảnh động, đa giác, engine và các phần cứng khác. Các API được phân loại thành các nhóm như Object API, Camera API, Group API, Bitmap API, Animation API, Polygon API, Engine API, Other APIs.
  • Ứng dụng SDK (trang 50): Hướng dẫn tạo ứng dụng Console bằng Microsoft Visual C++, thêm thư viện Morfit vào Project, thêm file “mrft_api.h”, thiết lập thư mục làm việc và hiển thị thế giới bằng cách load thế giới, chọn camera và render. Đồng thời hướng dẫn cách điều khiển camera trong thế giới ảo.

Tóm lại, cuốn sách là một hướng dẫn toàn diện về lập trình mô phỏng thế giới thực sử dụng mô hình Morfit, từ các khái niệm cơ bản về thực tại ảo, cấu trúc của mô hình Morfit đến cách thức xây dựng và điều khiển một thế giới ảo đơn giản bằng các hàm API của Morfit.