Dữ liệu 3D, thực tại ảo trong phát triển mô hình trung tâm tri thức số cho các thư viện Việt Nam

DỮ LIỆU 3D, THỰC TẠI ẢO TRONG PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH 
TRUNG TÂM TRI THỨC SỐ CHO CÁC THƯ VIỆN VIỆT NAM
Đỗ Năng Toàn1* - Vũ Thị Kim Anh** 
Tóm tắt: Sự phát triển của công nghệ thông tin, kể cả phần cứng và 
phần mềm đã đẩy mạnh nhiều lĩnh vực phát triển, trong đó có công 
nghệ 3D và thực tại ảo. Các công nghệ này được xem như là công 
nghệ chủ chốt trong cuộc cách mạng 4.0. Trong bối cảnh đó, việc 
hình thành và xây dựng dữ liệu thực tại ảo là một việc làm cần thiết 
trong các mô hình Trung tâm Tri thức số cho các thư viện nhất là 
trong điều kiện Việt Nam. Báo cáo này đề cập đến quy trình xây dựng 
dữ liệu 3D, thực tại ảo một số vấn đề cơ bản trong trong công nghệ 
3D, thực tại ảo tại Trung tâm Thông tin thư viện – ĐHQG Hà Nội. 
Từ khóa: Dữ liệu 3D; Công nghệ 3D; Thực tại ảo.
1. GIỚI THIỆU
Theo cách truyền thống, việc tương tác với máy tính được thực 
hiện thông qua các thiết bị như bàn phím, chuột hay joystick/trackball 
để cung cấp thông tin đầu vào và sử dụng khối hiển thị trực quan 
(Visual Devices Unit) để nhận thông tin đầu ra từ hệ thống. Với sự ra 
đời của các hệ thống Thực tại ảo (Virtual Reality-VR), các phương thức 
giao tiếp mới được phát triển cho phép người sử dụng tương tác một 
cách tích cực với máy tính. 
Có nhiều khái niệm "Thực tại ảo": Theo John Briggs-The Futurist, 
Thực tại ảo là một không gian ba chiều được máy tính mô phỏng 
* Phó Giáo sư, Tiến sĩ, Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội. 
** Thạc sĩ, Trung tâm Thông tin - Thư viện, Đại học Quốc gia Hà Nội.
147
DỮ LIỆU 3D, THỰC TẠI ẢO TRONG PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH TRUNG TÂM TRI THỨC SỐ CHO CÁC THƯ VIỆN VIỆT NAM 
và con người có thể chuyển động, tương tác trong môi trường đó. 
(Virtual Reality — a three dimensional, computer generated simulation in which 
one can navigate around, interact with, and be immersed in another environment 
(John Briggs - The Futurist). Còn theo Steve Bryson-NASA Ames thì thực tại 
ảo là công nghệ sử dụng máy tính để tạo ra những hiệu ứng tương tác giữa 
các đối tượng hiện hữu trong thế giới ba chiều (Virtual Reality — the use of 
computer technology to create the effect of an interactive three-dimensional world in 
which the objects have a sense of spatial presence. (Steve Bryson - NASA Ames)).
Thực tại ảo còn được hiểu là công nghệ sử dụng các kỹ thuật mô 
hình hoá không gian ba chiều với sự hỗ trợ của các thiết bị đa phương 
tiện hiện đại để xây dựng một thế giới mô phỏng bằng máy tính – môi 
trường ảo (virtual environment). Trong thế giới ảo này, người sử dụng 
không còn được xem như người quan sát bên ngoài, mà đã thực sự 
trở thành một phần của hệ thống. Một cách lý tưởng, người sử dụng 
có thể tự do chuyển động trong không gian ba chiều, tương tác với 
các vật thể ảo, quan sát và khảo cứu thế giới ảo ở những góc độ khác 
nhau về mặt không gian. Ngược lại, môi trường ảo lại có những phản 
ứng tương ứng với mỗi hành động của người sử dụng, tác động vào 
các giác quan như thị giác, thính giác, xúc giác của người sử dụng 
trong thời gian thực và tuân theo những quy tắc vật lý rất tự nhiên, 
làm anh ta có cảm giác như đang tồn tại trong một thế giới thực. 
Phần tiếp theo sẽ trình bày một số thiết bị phần cứng, phần mềm 
cơ bản của hệ thống thực tại ảo. Tiếp nữa là quy trình hình thành dữ 
liệu 3D, thực tại ảo và một số vấn đề cần thiết trong việc phát triển một 
hệ thống thực tại ảo. Phần 4 trình bày một số dữ liệu 3D thực tại ảo đã 
và đang được thực hiện tại Trung tâm thông tin Thư viện, ĐHQG Hà 
Nội. Cuối cùng là kết luận về vấn đề đa dạng dữ liệu trong mô hình 
Trung tâm Tri thức số cho các thư viện.
2. CÁC THÀNH PHẦN CƠ BẢN CỦA MỘT HỆ THỐNG THỰC TẠI ẢO
Cũng giống như một hệ thống xử lý thông tin hình ảnh thông 
thường. Một hệ thống thực tại ảo cũng gồm hai phần chính là phần 
148
PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH TRUNG TÂM TRI THỨC SỐ CHO CÁC THƯ VIỆN VIỆT NAM
cứng (thiết bị) và phần mềm (ngôn ngữ mô hình hóa, ngôn ngữ lập 
trình, phần mềm hỗ trợ, Trên cơ sở phần cứng và phần mềm, một hệ 
thống thực tại ảo có 6 thành tố cơ bản với các mối quan hệ được mô tả 
trong hình 1 dưới đây:
Hình 1: Các thành phần cơ bản của một hệ thống thực tại ảo
2.1. Phần cứng
Các hệ thống thực tại ảo phải xử lý một khối lượng lớn thông tin 
(đa phần là các thông tin của các đối tượng 3D do đó tốn bộ nhớ và 
đòi hỏi thời gian xử lý là thời gian thực), vì thế nó đòi hỏi một lượng 
tài nguyên bộ nhớ RAM lớn và bộ xử lý cùng các thiết bị vào ra có tốc 
độ cao. Vì vậy mặc dù bắt đầu nghiên cứu từ khá lâu, xong trong một 
số năm gần đây thực tại ảo mới có được sự phát triển và mở rộng ứng 
dụng đáng kể. 
Các thiết bị ngoại vi sử dụng trong lĩnh vực thực tại ảo ngày càng 
hiện đại, và đa dạng. Ta có thể chia các thiết bị ngoại vi thành hai 
nhóm chính: nhóm thiết bị trợ giúp xây dựng mô hình và hệ thống 
trình chiếu. 
149
DỮ LIỆU 3D, THỰC TẠI ẢO TRONG PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH TRUNG TÂM TRI THỨC SỐ CHO CÁC THƯ VIỆN VIỆT NAM 
 Hình 2: Một số dạng hiển thị
(Nguồn:  
2.2. Phần mềm
2.2.1. Phần mềm trợ giúp thiết kế mô hình
Như đã giới thiệu trong phần cứng, thiết bị trợ giúp thiết kế mô 
hình chủ yếu là máy quét ba chiều. Đi kèm với thiết bị này, có phần 
mềm tương ứng để trợ giúp điều khiển. Trong phạm vi tài liệu này, 
chúng tôi đề cập tới phần mềm đi kèm theo máy quét QTSculptor. Tuy 
nhiên, trên thực tế không phải bất kỳ mô hình, đối tượng nào cũng có 
thể đưa vào máy quét. Số lượng đối tượng cần được tạo lập mà không 
sử dụng đến máy quét là rất nhiều: ví dụ như các vật thể cần được tái 
tạo, mô hình kiến trúcVới các đối tượng này ta cần có phần mềm 
chuyên dụng để thiết kế. Hiện tại có nhiều phần mềm trợ giúp quá 
trình thiết kế mô hình và tạo lập đối tượng ba chiều như Maya, 3ds-
Max, Cinema4d Ở Việt Nam, hai phần mềm chính được sử dụng là 
Maya và 3DsMax.
2.2.2. Phần mềm trợ giúp lập trình, điều khiển trong môi trường ảo
Để có thể tạo lập được sự tương quan trong chuyển động giữa các 
đối tượng trong môi trường cũng như thiết lập được ảnh hưởng của 
môi trường lên vật thể, ta cần sử dụng tới các công cụ phần mềm trợ 
giúp lập trình và điều khiển trong môi trường ảo. Một trong những 
ngôn ngữ lập trình ở mức thấp thường được sử dụng là OpenGL. 
150
PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH TRUNG TÂM TRI THỨC SỐ CHO CÁC THƯ VIỆN VIỆT NAM
Bên cạnh OpenGL còn có nhiều phần mềm khác trợ giúp quá 
trình điều khiển trong môi trường ảo. Các công cụ này còn được gọi là 
Toolkit. Một bộ Toolkit được coi là một thư viện mở cho việc thiết kế các 
chức năng của các đối tượng thực tại ảo. Trong đó các đối tượng được 
thiết kế được xem như là thành phần của các lớp khiến cho quá trình 
lập trình trở nên đơn giản hơn.
2.3. Ngôn ngữ thực tại ảo
Hiện nay thực tại ảo đã được sử dụng rộng rãi, các ứng dụng trên 
mạng của nó ngày càng nhiều do đó tổ chức W3C đưa ra một mô hình 
chuẩn trên mạng cho thực tại ảo đó là mô hình VRML (Virtual Reality 
Modeling Language).
3. MỘT SỐ VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG PHÁT TRIỂN MỘT HỆ THỐNG THỰC TẠI ẢO
3.1. Quy trình hình thành dữ liệu đa phương tiện và dữ liệu thực tại ảo
Việc tạo mô hình 3 chiều thường thông qua máy quét 3 chiều hoặc 
các phần mềm chuyên dụng. Hai phần mềm chuyên dụng phổ biến 
hiện nay trên thế giới là Maya và 3DS Max. Mỗi phần mềm có thế 
mạnh riêng, trong đó 3Ds max được người sử dụng Việt Nam biết đến 
nhiều hơn thông qua lĩnh vực kiến trúc, xây dựng.
Dữ liệu đa phương tiện và dữ liệu thực tại ảo là thành phần quan 
trọng trong một hệ thống VR. Hình 3 là sơ đồ tổng quát cho một quy 
trình hình thành dữ liệu đa phương tiện và dữ liệu thực tại ảo. Các bước 
xây dựng được dữ liệu đa phương tiện và dữ liệu thực tại ảo bao gồm: 
Thu nhận, là bước sử dụng các thiết bị phần cứng thu nhận trực 
tiếp hình ảnh hay số đo về đối tượng thông qua máy ảnh, máy quay số 
hoặc các thiết bị đo.
Sử dụng phần mềm chuyên dụng, để chỉnh sửa mô hình theo các 
phương pháp biểu diễn mô hình và các kỹ thuật tạo mô hình cho phép. 
Export mô hình, do các phần mềm chuyên dụng thường để kết 
quả ở dạng Internal format (định dạng trong) hoặc kiết xuất ra phim 
(MOV, AVI...) trong khi các hệ thống thực tại lại cần ở dạng dữ liệu 
151
DỮ LIỆU 3D, THỰC TẠI ẢO TRONG PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH TRUNG TÂM TRI THỨC SỐ CHO CÁC THƯ VIỆN VIỆT NAM 
có thể đọc được và tương tác trong một hệ thống tổng thể. Các dạng 
format được Export thông thường là VRML.
Đơn giản hóa, là bước nhằm giảm thiểu kích thước mô hình trong 
điều kiện chấp nhận được. Việc xây dựng mô hình đơn lẻ với kích 
thước lớn có thể chấp nhận được trong một vài trường hợp, nhưng 
trong một hệ thống thực tại ảo bao gồm rất nhiều mô hình, có tương 
tác với người sử dụng và tương tác với nhau trong hệ thống, nên đòi 
hỏi phải gọn nhẹ đến mức có thể. Trong hình 3 dưới đây chúng tôi 
cũng chỉ ra một phần mềm do chúng tôi phát triển trong bộ công cụ là 
phần mềm VRSimplification 1.0.
Hình 3. Sơ đồ tổng quát của một quy trình hình thành dữ liệu thực tại ảo
3.2. Hiển thị và điều khiển
Từ trước tới nay, để tạo cảm giác thực khi quan sát ảnh, người ta 
vẫn hay dùng một số kỹ thuật như chiếu phối cảnh đối tượng, hay tạo 
bóng của đối tượng, Tuy nhiên, tất các các kỹ thuật đó chỉ làm cho 
con người có cảm giác dường như cảnh đang xem là thực, con người 
vẫn không thể cảm nhận được chiều thứ ba của đối tượng. Hiển thị 
ba chiều hay còn gọi là hiển thị stereo là một kỹ thuật biểu diễn một 
đối tượng trong thế giới ba chiều lên mặt phẳng hai chiều làm cho con 
người vẫn cảm nhận được chiều thứ ba của nó. Thông thường, để quan 
sát được các hình ảnh stereo cần phải có các thiết bị phần cứng hỗ trợ 
như: card màn hình hỗ trợ stereo, kính quan sát stereo, thiết bị Emitter 
truyền tín hiệu từ card màn hình đến kính quan sát. 
Con người có khả năng cảm nhận được chiều thứ 3 của đối tượng là 
vì chúng ta có hai mắt để quan sát đối tượng (binocular vision). Do vị trí 
của hai mắt là khác nhau nên khi quan sát đối tượng sẽ tạo ra hai hình ảnh 
của chính đối tượng nhưng chúng bị lệch nhau một góc rất nhỏ, tức là ở 
mỗi vị trí ta đã quan sát được hai góc độ khác nhau của đối tượng. Có thể 
152
PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH TRUNG TÂM TRI THỨC SỐ CHO CÁC THƯ VIỆN VIỆT NAM
dễ dàng kiểm chứng tín hiệu binocular vision của chúng ta bằng ví dụ đơn 
giản sau: đặt bàn tay của bạn ở trước mắt 30 cm, sau đó lần lượt nhắm mỗi 
mắt lại, kết quả bạn sẽ thấy bàn tay nhảy từ bên trái qua bên phải.
Hình 4: Quá trình thu nhận ảnh của con người
Như vậy, khi chúng ta quan sát một đối tượng bằng hai mắt thì 
thực tế là chúng ta đang quan sát được hai hình ảnh của đối tượng (với 
sự chênh lệch rất nhỏ mà chúng ta không nhận ra), hai hình ảnh này 
sẽ được gửi đến não và bộ não sẽ tổ hợp chúng lại để tạo ra một đối 
tượng ba chiều (hình 4). 
Sự khác nhau về vị trí giữa các điểm nhìn của hai mắt gọi là binocu-
lar disparity hay còn gọi là eye seperation. Binocular disparity là dạng tín 
hiệu được bộ não hay sử dụng nhất để cảm nhận độ sâu của đối tượng bởi 
vì việc tổ hợp hai hình ảnh được bộ não thực hiện rất đơn giản. Vậy khi 
nhắm một mắt lại, con người có thể cảm nhận được độ sâu của đối tượng 
hay không? Khi nhắm một mắt lại, con người vẫn có thể cảm nhận được 
độ sâu của đối tượng bằng cách cho đầu chuyển động, khi đầu chuyển 
động sẽ quan sát được các góc độ khác nhau của đối tượng, một dãy liên 
tiếp những hình ảnh này (được tạo bởi một mắt) sẽ được gửi đến não, bộ 
não sẽ tổ hợp chúng để tạo ra chiều thứ ba của đối tượng.
Bắt chước quá trình thu nhận ảnh của con người, người ta tạo ra 
hình ảnh 3 chiều bằng nguyên lý sau: Thứ nhất, với mỗi đối tượng sẽ tạo 
ra hai hình ảnh của nó bằng cách dùng hai camera để chiếu nó lên mặt 
phẳng chiếu, hai hình ảnh này sẽ lệch nhau một góc rất nhỏ (hình 5). 
Sau đó, người xem sẽ đeo kính stereo để quan sát các hình ảnh đó. Kính 
sẽ lọc các hình ảnh để mỗi mắt chỉ nhìn được một hình ảnh tương ứng.
153
DỮ LIỆU 3D, THỰC TẠI ẢO TRONG PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH TRUNG TÂM TRI THỨC SỐ CHO CÁC THƯ VIỆN VIỆT NAM 
Hình 5: Dùng hai camera để tạo ra hai hình ảnh của đối tượng
4. MỘT SỐ DỮ LIỆU 3D, THỰC TẠI ẢO ĐÃ VÀ ĐANG PHÁT TRIỂN TẠI TRUNG TÂM 
THÔNG TIN THƯ VIỆN - ĐHQG HÀ NỘI
Với các kỹ thuật được tìm hiểu và nghiên cứu được trình bày trong 
mục 3, chúng tôi đã xây dựng được một bộ VR Core, có khả năng hoạt 
động với ngôn ngữ mô hình hóa biến thể trên nền tảng ngôn ngữ mô 
hình hóa VRML 2.0, hiển thị, điều khiển và tương tác với dữ liệu 3D 
trong cả hai chế độ mono và stereo, âm thanh 3D cũng đã được tích 
hợp trong hệ thống này. Từ VR Core, chúng ta có thể xây dựng các 
phần mềm ứng dụng và với mỗi phần mềm ứng dụng, dữ liệu sẽ được 
xây dựng trên cơ sở quy trình công nghệ được trình bày trong mục 3, 
dưới đây là một số dữ liệu 3D, thực tại ảo đã được chúng tôi xây dựng 
để đáp ứng nhu cầu học tập trong ĐHQG Hà Nội: 
Hình 6: Văn Miếu Quốc Tử Giám được sử dụng trong bài giảng về Nho học 
của Trường Đại học KHXH&NV - ĐHQG Hà Nội
154
PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH TRUNG TÂM TRI THỨC SỐ CHO CÁC THƯ VIỆN VIỆT NAM
Hình 7: Bảo tàng ảo nhân học bên ngoài
Hình 8: Một số gian trưng bày của Bảo tàng ảo nhân học
Hình 9: Một số hình ảnh của Phòng Truyền thống ĐHQG Hà Nội ảo
KẾT LUẬN
Sự phát triển không ngừng của sức mạnh máy tính đã làm cho một 
số lĩnh vực khó phát triển trước kia nay đã có khả năng phát triển và đã 
đạt được những thành tựu đáng kể. Chúng ta có thể kể đến các lĩnh vực 
như: các hệ chuyên gia, các hệ xử lý thời gian thực v.v. Một lĩnh vực 
155
DỮ LIỆU 3D, THỰC TẠI ẢO TRONG PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH TRUNG TÂM TRI THỨC SỐ CHO CÁC THƯ VIỆN VIỆT NAM 
khác cần phải kể đến đó là thực tại ảo (Virtual Reality). Thực tại ảo là một 
môi trường ba chiều được phát sinh, tổng hợp và điều khiển thông qua 
máy vi tính nhằm mục đích mô phỏng lại thế giới thực hoặc một thế giới 
theo tưởng tượng của con người. Nó cho phép người dùng thông qua 
các thiết bị ngoại vi tương tác với các sự vật, hiện tượng của thế giới ảo 
mà như tương tác với các sự vật, hiện tượng của thế giới thực.
Khuynh hướng phát triển của các thư viện số tiến tới Trung tâm 
Tri thức số, đáp ứng nhu cầu học tập không ngừng nâng cao của các 
trường đại học là một thực tế tất yếu. Việc phát triển các loại hình dữ 
liệu trong đó có dữ liệu 3D, thực tại ảo trong các Trung tâm Tri thức số 
là sự cần thiết trong định hướng phát triển của Trung tâm Thông tin 
thư viện - ĐHQG Hà Nội.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Hà Mạnh Toàn, Đỗ Năng Toàn, Trịnh Hiền Anh (2017), “Một kỹ thuật 
chèn đối tượng ảo trong quảng cáo trực tuyến”, Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia 
“Nghiên cứu cơ bản và ứng dụng Công nghệ thông tin – FAIR”, Đà Nẵng, 17-
18/8/2017, tr. 511-515.
2. Lê Sơn Thái, Đỗ Năng Toàn, Mã Văn Thu, Nguyễn Thị Bích Điệp (2017), 
“Một kỹ thuật điều khiển động tác của con người trong thực tại ảo ứng 
dụng diễn hoạ ngôn ngữ ký hiệu Việt Nam”, Kỷ yếu Hội nghị quốc gia 
“Nghiên cứu cơ bản và ứng dụng Công nghệ thông tin – FAIR”, Đà Nẵng, tr. 
17-18/8/2017, tr. 516-525.
3. Mã Văn Thu, Đỗ Năng Toàn, Lê Sơn Thái, Đỗ Hồng Quân (2017), “Một 
kỹ thuật rút gọn bề mặt lưới mô hình 3D trong các ứng dụng của thực 
tại ảo”, Kỷ yếu Hội nghị quốc gia “Nghiên cứu cơ bản và ứng dụng Công nghệ 
thông tin – FAIR”, Đà Nẵng, 17-18/8/2017, tr. 526-534.
4. Nong Minh Ngoc, Do Nang Toan (2017), A Collision Avoidance Algo-
rithm Based on Elastic Strips Using Bounding Volume (BV), Proceedings 
of the International conference of Science, Engineering and technology, Kuala 
Lumpur, Malaysia, Aug 24-25, 2017, pp. 2280-2284.
5. Do Nang Toan, Huynh Cao Tuan, Ha Manh Toan (2018), “A novel selection 
model of random features for the estimation of facial expression”, Interna-
tional journal of Advanced and applied sciences, Volume 5, Issue 6, pp. 56-60.
156
PHÁT TRIỂN MÔ HÌNH TRUNG TÂM TRI THỨC SỐ CHO CÁC THƯ VIỆN VIỆT NAM
6. Huỳnh Cao Tuấn, Đỗ Năng Toàn, Hà Mạnh Toàn (2018), “Một tiếp cận 
xác định tập điểm điều khiển phục vụ nắn chỉnh biến dạng mô hình”, 
Kỷ yếu Hội nghị quốc gia “Nghiên cứu cơ bản và ứng dụng Công nghệ thông 
tin – FAIR”, Hà Nội, 9-10/8/2018.
7. The-Anh Pham, Nang-Toan Do (2019), “Embedding hierarchical cluster-
ing in product quantization for feature indexing”, Multimedia Tools and 
Applications An International Journal, ISSN 1380-7501, Volume 78, Number 
8, pp 9991–10012, https://doi.org/10.1007/s11042-018-6626-9.
8. Huynh Cao Tuan, Do Nang Toan, Lam Thanh Hien, Thanh-Lam Nguyen 
(2019), “An innovative approach to automatically identify control point 
set for model deformation rectification”, International journal of Advanced 
and applied sciences, Volume 6, Issue 8, pp. 45-52.
9. Đề tài cấp Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam (2007), Ứng dụng công nghệ 
thực tại ảo (Virtual Reality-VR) trong bảo tàng các di sản.
10. Đề tài cấp Viện Hàn lâm KH&CN Việt Nam (2012), Nghiên cứu, phát triển 
hệ thống mô phỏng các bộ phận chính của cơ thể con người phục vụ cho việc giảng 
dạy và tra cứu.
11. Đề tài cấp Bộ Giáo dục và Đào tạo (2017), Nghiên cứu, phát triển hệ thống 
Atlas giải phẫu 3D bộ xương người dựa trên kỹ thuật gán nhãn tự động.
12. Đề tài cấp Bộ Giáo dục và Đào tạo (2020), Mô phỏng sự ảnh hưởng của môi 
trường lên biểu diễn bề mặt của đối tượng ba chiều trong trưng bày ảo.