Ngày nay giới kiến trúc sư, chuyên gia mẫu công nghiệp, thiết kế đồ dân dụng, hay dựng nhân vật trong phim hoặc trò chơi điện tử đều thường sử dụng các chương trình 3D để thiết kế và mô phỏng nhằm giảm thiểu công sức và thời gian làm việc.

Dựng hình 3D bằng phần mềm

Trong ngành thiết kế nói chung, các phần mềm 3D có thể tạo ra các hình ảnh 3 chiều của sản phẩm giúp người xem có cái nhìn chân thực về kết quả trong thực tế. Trong các ngành công nghiệp làm phim và hoạt hình, các phần mềm 3D giúp tạo các cảnh giả lập như thật hoặc giúp cho việc tạo các đoạn phim ngắn nhanh hơn và đẹp hơn.

Trong số các phần mềm vẽ 3D, trước hết phải kể tới các công cụ giành cho dân đồ hoạ chuyên nghiệp đã nổi tiếng từ lâu như: 3D-Max, Maya, Revit, SketchUp, Rhino hay Blender.

3D
Một mẫu ghế giả cổ được dựng bằng 3Ds-Max.
Nội thất thiết kế bằng phần mềm Revit (Ảnh: Ardeco.vn)
Nội thất thiết kế bằng phần mềm Revit. (Ảnh: Ardeco.vn)

Các phần mềm này đều là những công cụ rất mạnh hỗ trợ dựng hình 3D trong ngành kiến trúc, làm phim, hoặc được sử dụng để thiết kế đồ vật, phù điêu. Tuy nhiên, đa số các phần mềm này đều khá đắt tiền và cũng đòi hỏi máy tính có cấu hình rất mạnh mới có thể phát huy tác dụng tối đa.

Chỉ có phần mềm Blender là được phát hành miễn phí vì xây dựng trên nền tảng mã nguồn mở. Nhưng công cụ miễn phí này ngoài hỗ trợ đầy đủ dựng hình 3D còn cung cấp cả những tính năng đặc biệt hỗ trợ điêu khắc (Sculpture Tool) giúp cho việc dựng hình, tạo nhân vật trở nên rất thú vị khi kết hợp với bảng vẽ và bút điện tử.

(Ảnh: Sưu tầm)
Một cảnh dựng trên phần mềm Blender.
Điêu khắc dùng phần mềm Blender. (Ảnh: Sưu tầm)
Điêu khắc dùng phần mềm Blender.

Nhưng dù cho công cụ có mạnh mẽ tới đâu, thì vấn đề dựng hình 3D vẫn mất khá nhiều thời gian và đòi hỏi nhiều công sức và kỹ năng mới có thể làm sử dụng được. Nhiều công ty sản xuất có nhu cầu tạo mẫu phôi 3D nhanh hoặc chỉnh sửa và thậm chí phải dựng lại toàn bộ phôi mẫu trong thời gian rất gấp. Nếu họ đều làm bằng những phần mềm này, thì chi phí thuê chuyên gia dựng hình rất tốn kém nhưng cũng chưa chắc đáp ứng nổi nhu cầu sản xuất mẫu mã linh hoạt.

Dựng hình bằng máy quét lazer

Xu hướng này dẫn tới hướng dựng hình 3D bằng cách sử dụng các máy quét lazer. Đối tượng được quét sau đó sẽ chuyển thành mô hình 3D trong máy tính. Những loại máy quét kiểu này chủ yếu được các hãng lớn sử dụng vì chi phí đầu tư và vận hành khá cao. Để giảm chi phí, các máy quét lazer 3D cũng đã được thu nhỏ trở thành các thiết bị cầm tay có thể dung trong gia đình. Mặc dù vậy, giá thành cho một thiết bị như thế này cũng vẫn lên tới hàng ngàn đô la.

Hình máy quét lazer cầm tay. (Ảnh: Sưu tầm)
Hình máy quét lazer cầm tay.

Vì thế, để việc dựng hình 3D trở nên đơn giản hơn so với việc dùng các công cụ chuyên nghiệp kể trên, thì xu hướng dựng hình 3D bằng một chiếc camera hoặc webcam trở thành cấp thiết. Cho dù hướng này đa số là khả thi với dựng hình 3D các đồ vật có kích thước vừa và nhỏ, nhưng nó cũng khá hữu dụng với dân nghiệp dư.

Nhiều nhà khoa học đã phát triển các nghiên cứu theo hướng này và đạt được kết quả rất hứa hẹn. Trong số đó có cả phương pháp dùng camera quay xung quanh vật thể đồng thời di chuyển theo chiều dọc từ trên xuống dưới. Nhưng trong khuôn khổ bài báo này, chúng tôi chỉ trình bày những hướng tiếp cận dùng một webcam cố định.

ProFORMA: phương pháp dựng hình bằng webcam

Qi Pan, một nghiên cứu sinh tiến sĩ tại trường đại học Cambridge, cùng với một số cộng sự đã đăng bài báo “Dựng hình 3D nhanh chóng từ Video trực tiếp” tại hội thảo MIPRO ở Croatia vào năm 2010. Trong bài báo này, nhóm tác giả đã trình bày phương pháp “Dựng hình trực tuyến nhanh dựa trên đặc điểm thống kê của đối tượng” (ProFORMA). Phương pháp này dựng hình 3D trực tiếp trong khi liên tục thu thập dữ liệu từ một webcam. Chỉ cần xoay chậm đối tượng cần quét trước một cái webcam đặt cố định, thì phần mềm sẽ xử lý các khung ảnh thu được từ webcam rồi dựng hình 3D trên máy tính.

Quá trình dựng hình dựa trên ProFORMA. (Ảnh: Sưu tầm)
Quá trình dựng hình dựa trên ProFORMA.

Trong quá trình thăm dò (tracking) để dựng hình, nhóm tác giả đã sử dụng các đoạn video thay vì các chuỗi ảnh tĩnh nhằm lợi dụng những chuyển động liên khung với tốc độ cao. Trong khi quét, dò tìm các đỉnh đa diện trên video, phần ảnh màu được gắn với các mặt cũng được ghi lại để dùng cho việc khôi phục đối tượng.

Sơ đồ thiết kế hệ thống: AR là chữ viết tắt của Augmented Reality, là những hệ thống tích hợp thông tin số hoá với môi trường theo thời gian thực.
Sơ đồ thiết kế hệ thống: AR là chữ viết tắt của Augmented Reality, là những hệ thống tích hợp thông tin số hoá với môi trường theo thời gian thực.

Kết quả thực hiện trên máy tính có cấu hình trung bình (Intel 2.4 Ghz dual core CPU, webcam Logitech Quickcam Pro 9000 (640×480 @ 15fps). Các hình 3D được dựng chỉ mất 3 giây sau khi khoá khung cuối cùng được ghi nhận.

Kết quả sau khi quét 3D (các hình có nền trắng là hình dựng trên máy tính). (Ảnh: Sưu tầm)
Kết quả sau khi quét 3D (các hình có nền trắng là hình dựng trên máy tính).

Video giới thiệu về ProFORMA:

Chất lượng hình ảnh 3D được quét dùng ProFORMA so với đối tượng thật khá chính xác. Nếu đem so sánh với thuật toán được sử dụng trong phần mềm của Vi3Dim (một phần mềm quét 3D dùng webcam), phương pháp ProFORMA có thể tạo ra kết quả tốt mà không cần phải có miếng đế lót hình bàn cờ như đang được sử dụng trong Vi3Dim.

Hướng xử lý quét 3D dùng webcam như thế này có thể làm giảm rất nhiều chi phí cho các chuyên gia thiết kế cũng như cho các doanh nghiệp vì tiền đầu tư thiết bị và phần mềm rất nhỏ. Ngoài ra, do thuật toán xử lý đòi hỏi phần cứng thiết bị không quá mạnh, những phần mềm kiểu này hoàn toàn có thể phát triển thành những ứng dụng trên điện thoại di động hiện nay. Hướng phát triển này đã và đang được các hãng công nghệ nổi tiếng thế giới và các trung tâm nghiên cứu phát triển ở các trường đại học quan tâm.

Và… tại sao không là điện thoại di động?

Trung tâm nghiên cứu của Microsoft (Microsoft Research Lab) đã phát triển ứng dụng MobileFusion có thể cài đặt trên bất kỳ điện thoại thông minh nào nhằm tạo ra những mẫu 3D. Phần mềm này chỉ cần dùng chính camera của điện thoại để dựng hình 3D và cũng không cần có kết nối internet.

MobileFusion: Ứng dụng quét ảnh 3D trên smartphone. (Ảnh: Sưu tầm)
MobileFusion: Ứng dụng quét ảnh 3D trên smartphone.

Không giống với các mô hình hiện tại xử lý 3D dựa theo từng điểm ảnh (point-based) hoặc theo chùm điểm ảnh (cloud-based), các tác giả của MobileFusion đã chọn cách tận dụng hiệu ứng ống dẫn (pipleline) cho bộ vi xử lý lai GPU/CPU để tính toán phần kết nối giữa các mặt 3D trực tiếp tại tần số 25Hz. Dự kiến, phần mềm này sẽ được Microsoft công bố vào tháng 10 năm nay tại hội thảo ISMAR2016 ở Mexico.

Video giới thiệu về MobileFusion của Microsoft Research Lab:

Như vậy viễn cảnh có thể dùng điện thoại để quét ảnh 3D đã thành hiện thực. Theo như định hướng của Microsoft Research Lab, thì MobileFusion thậm chí có thể kết nối với máy in 3D và thực hiện in 3 chiều. Tới lúc đó, có lẽ thị trường điện thoại thông minh lại sẽ có một cuộc đua mới.

Chân Như

Xem thêm:

Bài Liên Quan

Quảng Cáo:

loading...

Clip hay: