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


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

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


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

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

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


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.

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

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

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

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