Thực tại tăng cường

18/03/2013 10:05

Khái niệm Augmented Reality (AR - thực tại tăng cường) xuất hiện từ thập niên 1990, hướng đến những vật thể ảo phục vụ cho thế giới thực.

Lúc đầu AR chỉ nhằm đáp ứng các nhu cầu trong quân sự và công nghiệp. Khi thoát khỏi phòng thí nghiệm, AR trở thành nhu cầu phổ biến trong đời sống xã hội.

Trong phim truyện viễn tưởng Iron Man (Người Sắt), nhân vật chính Tony Stark (vai diễn của Robert Downey Jr.) thiết kế bộ giáp sắt tinh vi của mình bằng máy tính. Khác với thực tế hiện tại, Stark thao tác với mô hình khung dây (wireframe model) xuất hiện ngay trước mặt anh như một vật thể thực. Stark có thể đi quanh mô hình để quan sát, thoải mái luồn tay vào giữa mô hình.

Công nghệ thiết kế mô hình trong phim thực ra không quá xa vời.Với tiến bộ kỹ thuật hiện tại, có thể làm việc như vậy với mô hình khung dây nhưng không thể nhìn bằng mắt trần, mà phải đeo vào mắt thiết bị hiển thị trùm đầu (Head-Mounted Display - HMD).Mô hình khung dây chỉ xuất hiện trên màn hình của thiết bị HMD, không tồn tại bên ngoài thiết bị. Khi bay với bộ giáp sắt, nhìn mặt đất qua màn hình quan sát, Stark luôn được hướng dẫn bởi những ký hiệu đánh dấu các mục tiêu trên màn hình. Chi tiết này không còn là sự tưởng tượng, thậm chí là ví dụ tiêu biểu của việc ứng dụng công nghệ AR.

Trong bài báo Tổng quan về Thực tại tăng cường (A Survey of Augmented Reality) năm 1997, tiến sĩ Ronald Azuma (Trung tâm nghiên cứu Hughes Research Laboratories - California) nêu ra ba đặc trưng của hệ thống AR: 1. Kết hợp thực và ảo, 2. Tạo ra tương tác theo thời gian thực, 3. Thể hiện trong không gian ba chiều.

Định nghĩa của Azuma giúp phân biệt AR với việc hiển thị thông tin đơn giản trên màn hình. Trong AR, thông tin được hiển thị gắn liền với các chi tiết trong cảnh vật trên màn hình. Thông tin về vật thể trên màn hình có thể phụ thuộc chiều sâu, thay đổi khi người xem di chuyển. Chẳng hạn hệ thống dẫn đường AR luôn cho biết khoảng cách giữa mục tiêu và vị trí người dùng ở từng thời điểm.Định nghĩa của Azuma cũng giúp phân biệt AR với Môi trường ảo (Virtual Environment - VE), còn được gọi là Thực tại ảo (Virtual Reality - VR). Hệ thống VE tương tác với người dùng theo thời gian thực: khi đeo thiết bị HMD và thiết bị điều khiển, người dùng có thể quan sát môi trường ảo xung quanh mình, có thể di chuyển các vật thể ảo. Các vật thể ảo trong môi trường VE không có mối liên hệ nào với thế giới thực.


Một loại HMD dùng cho hệ thống AR (Anh).


Trong thập niên 1990, cả hai công ty Boeing và McDonnell Douglas cùng bắt đầu thử nghiệm AR trong việc thi công hệ thống điện máy bay. Khi làm việc trong thân máy bay, nhân viên lắp ráp đeo thiết bị HMD nhìn thấy được "mạng điện ảo" và những thông số kỹ thuật trong hồ sơ thiết kế tại các vị trí khác nhau của máy bay. Kỹ sư Tom Caudell của Boeing là người đặt ra thuật ngữ Augmented Reality.

Trong thiết bị HMD của Boeing, thông tin được hiển thị trên mặt kính quan sát là ảnh thực tạo bởi một hệ quang học. Trong thiết bị HMD của McDonnell Douglas, người dùng không trực tiếp nhìn ngoại cảnh, hình ảnh được hiển thị là sự lắp ghép thông tin với hình ảnh thu nhận từ ống kính (camera). Trong cả hai trường hợp, mô hình máy bay được xây dựng chi tiết trên máy tính và hệ thống AR phải xác định vị trí chính xác của thiết bị HMD (đang được nhân viên sử dụng) so với máy bay. Sự tương ứng chính xác giữa mô hình máy bay trên máy tính và máy bay thực cho phép máy tính gửi đến thiết bị HMD thông tin thích hợp với vị trí của người dùng. Việc xác định vị trí của người dùng so với máy bay được thực hiện dựa vào các bộ phát tín hiệu định vị đặt quanh máy bay.

Khả năng định vị chính xác là yếu tố quyết định của hệ thống AR dùng trong công nghiệp và quân sự.Trên chiến trường, việc định vị chính xác đạt được nhờ tín hiệu GPS phát từ hệ thống vệ tinh quân sự.

Vài năm trở lại đây, phần mềm AR bắt đầu đến với mọi người trên máy tính cá nhân hoặc điện thoại thông minh (thay vì xuất hiện dưới dạng HMD). Việc định vị người dùng được thực hiện nhờ tín hiệu GPS hoặc dựa vào tín hiệu được thu nhận đồng thời từ các trạm phát sóng BTS hoặc các nguồn phát sóng WiFi cố định.

Từ tháng 9/2010, Công ty IBM cung cấp phần mềm ứng dụng miễn phí Around Me trên điện thoại iPhone và các loại điện thoại Android dùng cho giải quần vợt US Open và Wimbledon. Người xem ngồi ở khán đài có thể hướng ống kính của điện thoại về mọi phía để nhận được thông tin chồng lên hình ảnh thu nhận bởi ống kính, đánh dấu nơi bán thức ăn, nhà vệ sinh, bến tắc-xi,... Phần mềm Around Me cũng cung cấp thông tin về vận động viên đang thi đấu trên sân.Around Me hoạt động dựa vào hệ thống WiFi miễn phí và máy chủ IBM tại các sân thi đấu của giải.

Từ tháng 1/2011, Công ty bất động sản REAL Group (Pháp) cung cấp phần mềm miễn phí REALme trên iPhone, iPad và các loại điện thoại Android giúp người dùng có thể tìm mua hoặc thuê nhà, căn hộ tại địa điểm mong muốn. Khi hướng ống kính của điện thoại về phía tòa nhà nào đó thuộc REAL Group, người dùng REALme có được thông tin về căn hộ mà họ đang nhắm đến, chồng lên hình ảnh thu nhận bởi ống kính.

Phần mềm REALme cung cấp thông tin về căn hộ (Pháp).


Nhiều phần mềm AR chỉ dựa vào khả năng nhận dạng hình ảnh để xác định vị trí tương đối của các vật thể trong hình ảnh thu nhận từ ống kính. Để quảng bá phim Iron Man 2, Công ty Paramount Pictures cung cấp phần mềm miễn phí giúp người dùng trở thành... Người Sắt. Khi mở cửa sổ ứng dụng, người dùng thấy hình ảnh thu nhận từ ống kính webcam, trong đó khuôn mặt người dùng bỗng nhiên được che chắn bởi mặt nạ của Người Sắt. Mặt nạ được hiển thị thích hợp kể cả khi người dùng quay đầu hoặc lùi xa màn hình. Phần mềm có khả năng nhận diện khuôn mặt người dùng, tạo mặt nạ tương ứng trong không gian ba chiều ảo, phát hiện chuyển động của khuôn mặt, thực hiện phép quay hoặc dịch chuyển thích hợp cho mặt nạ. Tất cả được tiến hành rất nhanh để đáp ứng hình ảnh theo thời gian thực. Paramount Pictures cũng phát hành phần mềm tương tự để quảng bá loạt phim Transformers.


Phần mềm AR quảng bá phim Iron Man 2 của Paramount Pictures.


Phần mềm AR quảng bá phim Transformers của Paramount Pictures.


Công ty mắt kính ATOL (Pháp) cung cấp phần mềm AR miễn phí giúp người dùng chọn mắt kính phù hợp với khuôn mặt của mình. Sau khi chọn một kiểu mắt kính, người dùng thấy hình ảnh khuôn mặt của mình thu nhận từống kính có thêm mắt kính đã chọn. Người dùng có thể quay đầu qua lại để ngắm, tựa như khi chọn kính và soi gương tại cửa hàng thực.


Phần mềm AR để thử kính đeo mắt của Công ty ATOL (Pháp).


Nhà xuất bản Nathan (Pháp) cung cấp phần mềm AR kèm theo từ điển hình ảnh dành cho trẻ em. Khi đặt từ điển trên bàn, trong "tầm nhìn" của ống kính, phần mềm AR nhận biết hình ảnh lớn nhất trong trang in và tạo ra mô hình tương ứng. Chẳng hạn, khi nhìn vào hình ảnh thu nhận từ ống kính, người xem từ điển thấy chiếc trực thăng trên trang in trở thành trực thăng "thực sự" bay lên từ trang in và nhẹ nhàng đáp xuống bàn tay đặt trên trang in.

Công ty Hallmark (Mỹ) cũng thực hiện ý tưởng tương tự. Khi người xem đặt tấm thiệp Hallmark trước máy tính và nhìn vào màn hình, chú mèo Hoops và chú thỏ Yoyo nhảy ra từ thiệp, reo lên những lời chúc mừng như trong các thiệp điện tử của Hallmark.

Công nghiệp đồ chơi dĩ nhiên không chịu kém cạnh. Loạt đồ chơi nhựa Avatar (tạo hình theo các nhân vật, động vật trong phim Avatar) của Công ty Mattel (Mỹ) đều có đính kèm thẻ nhựa in hình tương ứng. Khi đặt các thẻ nhựa trước máy tính và nhìn vào màn hình, người chơi thấy các nhân vật tương ứng đứng trên thẻ, nói chuyện với nhau và thực hiện vài thao tác ngộ nghĩnh.

Phần mềm AR dựa vào khả năng nhận diện hình ảnh chắc chắn sẽ xuất hiện ngày càng nhiều. Tuy nhiên, hệ thống AR với khả năng định vị chính xác trên phạm vi rộng vẫn là hướng phát triển chủ đạo, tác động mạnh đến đời sống xã hội.

Hơn một thập niên trước, Azuma đã phác họa những triển vọng thú vị về AR:

"Hiện nay du khách viếng thăm các địa điểm lịch sử, chẳng hạn nơi xảy ra các trận đánh trong cuộc nội chiến của nước Mỹ hoặc di tích Acropolis ở thành phố Athens của Hy Lạp, rất khó hình dung những gì diễn ra trong quá khứ vì cảnh vật đã thay đổi nhiều theo thời gian. Tại một số địa điểm, người ta đã cố gắng tái hiện lịch sử bằng cách dàn dựng những hoạt cảnh với sự tham gia của rất nhiều người tình nguyện.Hệ thống AR có thể tái hiện lịch sử tốt hơn nhiều. Thiết bị HMD có thể che đi những kiến trúc mới và đài tưởng niệm để tái hiện vùng đất Gettysburg, nơi xảy ra những trận đánh quyết định giữa quân miền Bắc và quân miền Nam. Nội thất đã bị hủy hoại của ngôi đền Parthenon có thể được phục hồi giống như ở thời điểm 430 năm trước Công nguyên, kể cả bức tượng vàng Athena ở chính giữa ngôi đền đã bị mất từ lâu. Màn hình AR có thể hướng dẫn du khách thăm thú quanh địa điểm lịch sử, giúp du khách biết rõ những sự kiện đã từng diễn ra tại đó.

Tương tự, màn hình AR có thể tạo ra những kiến trúc mới mà người ta dự định xây dựng tại địa điểm nào đó. Chẳng hạn, nhà thiết kế đô thị có thể giới thiệu kế hoạch của mình cho những người tham quan khi họ tản bộ tại địa điểm, giúp họ hình dung sân vận động sẽ được xây dựng trông ra sao, tác động đến cảnh quan và những khu dân cư chung quanh như thế nào.

Mục tiêu cuối cùng của AR là tạo ra những vật thể ảo có tính hiện thực cao, khiến người xem không phân biệt được thực và ảo. Tính hiện thực cao của vật thể ảo đã đạt được trong điện ảnh. Đối với AR, điều đó khó hơn nhiều: vật thể ảo phải được đặt vào chỗ một cách chính xác, có bề mặt được chiếu sáng phù hợp, dùng chất liệu phù hợp và tất cả phải được tính toán tự động, theo thời gian thực. Tuy nhiên, đó không phải là những vấn đề vĩnh viễn không thể giải quyết. Điện ảnh mất 25 năm để đi từ những hình động đơn giản đến những con khủng long trong Jurassic Park. Vì vậy, trong khoảng 25 năm nữa, bạn sẽ có thể đeo kính AR để trông thấy và tương tác với những con khủng long sống động đang ăn trụi cây cối ở sân sau nhà bạn".

Những gì Azuma mô tả dường như là Thực tại ảo tăng cường (Augmented Virtual Reality): môi trường ảo với vật thể thực, vị trí thực, địa điểm thực, thông tin thực. Cũng có thể gọi đó là Thực tại suy giảm (Diminished Reality): những vật thể thực được che giấu, loại bỏ nhằm mục đích nào đó. Tuy nhiên, theo thời gian, ranh giới phân loại dựa trên tương quan "liều lượng" giữa thực và ảo có lẽ sẽ không cần thiết.

NGỌC GIAO

Ý kiến bạn đọc (0)
Tên   Email

Lên đầu trang