›

Báo cáo tham luận hội thảo Ứng dụng công nghệ Multimedia trong giáo dục đào tạo

pdf 74 trang yendo 6570
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Báo cáo tham luận hội thảo Ứng dụng công nghệ Multimedia trong giáo dục đào tạo", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfbao_cao_tham_luan_hoi_thao_ung_dung_cong_nghe_multimedia_tro.pdf

Nội dung text: Báo cáo tham luận hội thảo Ứng dụng công nghệ Multimedia trong giáo dục đào tạo

  1. CHƯƠNG TRÌNH KC 01 ĐỀ TÀI MÃ SỐ KC 01-14 & ĐỀ TÀI THUỘC CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC 01 MÃ SỐ KC 01.14 NGHIÊN CỨU PHÁT TRI ỂN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN BÁO CÁO NHÁNH: Báo cáo tham luận hội thảo “ Ứng dụng công nghệ Multimedia trong giáo dục đào tạo” 6352-13 20/4/2007 HÀ NỘI, 4/2005
  2. Đề tài KC01-14 Viện công nghệ thông tin – ĐHQGHN TÀI LIỆU: Báo cáo tham luận hội thảo “ Ứng dụng công nghệ Multimedia trong giáo dục đào tạo” Hà nội 3/2005
  3. DANH SÁCH CÁC BÁO CÁO CỦA CHƯƠNG TRÌNH HỘI THẢO “ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MULTIMEDIA TRONG GIÁO DỤC ĐÀO TẠO” Trang 1. Một số vấn đề trong xây dựng các thí nghiệm ảo Vật lí, Hoá học, 2 Sinh học 2. Triển khai dạy thí điểm các thí nghiệm ảo Vật lí - Những kết quả 12 bước đầu 3. Triển khai dạy thí điểm các thí nghiệm ảo Sinh học - Những kết quả bước đầu 16 4. So sánh đánh giá một số công cụ xây dựng dữ liệu multimedia 5. Các phương pháp tạo ánh sáng trong thí nghiệm ảo 19 6. Một số modul điều khiển tương tác với Lingo 30 7. Quy trình tạo các đối tượng 3 chiều bằng phần mềm 3DS Max 39 8. Phương pháp tạo chất liệu thuỷ tinh cho các dụng cụ trong thí nghiệm 49 hoá học. 61 1
  4. “MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG XÂY DỰNG CÁC THÍ NGHIỆM ẢO VẬT LÍ, HOÁ HỌC, SINH HỌC” Nguyễn Đình Hoá Viện Công nghệ thông tin - Đại học quốc gia Hà nội Mục tiêu và nhiệm vụ Đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu phát triển ứng dụng công nghệ đa phương tiện” mã số KC.01–14 do Viện CNTT-ĐHQG HN là cơ quan chủ trì đề tài và PGS. TSKH. Nguyễn Cát Hồ làm chủ nhiệm. Đề tài có 3 nhánh nghiên cứu tương ứng trong 3 lĩnh vực y tế, văn hoá và giáo dục đào tạo. Nhánh đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ đa phương tiện trong lĩnh vực giáo dục đào tạo có nhiệm vụ nghiên cứu xây dựng phần mềm đa phương tiện mô phỏng các thí nghiệm ảo phục vụ giảng dạy một số môn học trong nhà trường phổ thông và nghiên cứu các công cụ hỗ trợ. Các nội dung nghiên cứu cụ thể bao gồm Xây dựng 24 thí nghiệm ảo chọn lọc từ trong chương trình các môn học Vật lí, Hoá học, Sinh học ỏ cấp phổ thông trung học. Xây dựng kho dữ liệu các yếu tố đồ họa số hóa cơ bản (tĩnh và video) phục vụ cho việc phát triển các thí nghiệm mô phỏng. Tổ chức thực hiện việc thực nghiệm sư phạm và kiểm nghiệm để chứng minh tính hiệu quả của phương thức thực nghiệm ảo trong thực tế giảng dạy ở trường phổ thông trung học Việc thực hiện nhánh đề tài này do hai nhóm chuyên môn đảm nhiệm 1- Nhóm thứ nhất là một tập thể các nhà sư phạm thuộc Viện Khoa học giáo dục do PGS.TS. Vũ Trọng Rĩ phụ trách. Nhóm này chịu trách nhiệm lựa chọn các bài thí nghiệm, viết kịch bản các thí nghiệm và xúc tiến giảng dạy thí điểm. 2- Thứ hai là nhóm công nghệ Multimedia thuộc Viện CNTT- ĐHQG HN gồm các cán bộ chuyên ngành công nghệ thông tin, chịu trách nhiệm xây dựng phần mềm mô 2
  5. phỏng các thí nghiệm theo kịch bản được lựa chọn, đồng thời nghiên cứu quy trình xây dựng thí nghiệm ảo. Báo cáo này trình bày quá trình nghiên cứu của nhóm thứ 2, nhóm chuyên viên CNTT về multimedia thuộc Viện CNTT-ĐHQG HN. Báo cáo sẽ trình bày những khó khăn thách thức khi thực hiện nhiệm vụ của đề tài, các bước chuẩn bị và tiến hành nghiên cứu, và các kết quả đạt được. Mục tiêu đặt ra cho nhánh đề tài: Tổng số thí nghiệm ảo cần xây dựng: 24, trong đó 8 thí nghiệm về Vật lí, 8 thí nghiệm về Hoá học, 8 thí nghiệm về Sinh học. Các sản phẩm khoa học, cụ thể là các phần mềm thí nghiệm ảo dùng trong giảng dạy phải bảo đảm các đòi hỏi về chất lượng, có tính khoa học, tính sư phạm, tính thẩm mỹ cao. Một cách chi tiết có thể nêu các yêu cầu cụ thể như dưới đây Về thể hiện nội dung: đảm bảo tính sư phạm, trình bày được bản chất vấn đề; tính chân thật, đúng đắn, gần hiện thực. Về kĩ thuật: khai thác tối đa sức mạnh của công nghệ đa phương tiện kết hợp chữ viết, hình ảnh, chuyển động, âm thanh để diễn tả trực quan. Tính tương tác cao để giáo viên và học sinh thực hành trên máy tính. Giao diện người dùng thân thiện, dễ sử dụng. Về mỹ thuật: Hài hoà về hình khối, màu sắc, đẹp mắt và hấp dẫn. Về công nghệ: sử dụng các công nghệ tiên tiến đã được chuẩn hoá. Sử dụng đồ hoạ 3D để tăng tính trực quan và chân thật, làm nổi bật ưu điểm và hiệu quả của công nghệ đa phương tiện. Các vấn đề kĩ thuật công nghệ Mô hình thí nghiệm ảo Trước hết cần quan niệm đúng đắn thế nào là thí nghiệm ảo. Thí nghiệm ảo không phải là một đoạn hoạt hình hay vi deo tường thuật lại minh hoạ quá trình tiến hành thí nghiệm. 3
  6. Mỗi thí nghiệm ảo là một phần mềm đa phương tiện hoàn chỉnh, tích hợp nhiều loại dữ liệu như văn bản, hình ảnh, âm thanh, video. Các thí nghiệm ảo phải có khả năng tương tác cao. Giáo viên và học sinh thực sự có thể “làm thí nghiệm” như trước một bàn thí nghiệm. Các đối tượng trong cho phép người sử dụng trực tiếp điều khiển. Giáo viên có thể sử dụng chuột để chọn lấy các dụng cụ thí nghiệm trên giá, thực hiện thao tác từng bước theo kịch bản đề ra, nhịp độ có thể nhanh hay chậm tuỳ ý, có thể làm lại thao tác. Bản thân mỗi thí nghiệm ảo là một chuỗi các thao tác phức tạp, gồm nhiều cảnh khác nhau. Có những thí nghiệm đòi hỏi xử lí có phần “thông minh”, có nhiều khả năng lựa chọn khác nhau đưa đến các tình huống khác nhau. Một ví dụ thí là thí nghiệm về đo dòng điện. Các cách lắp đặt nguồn điện, thiết bị đo và nối dây khác nhau có thể đưa đến tình huống đúng hoặc sai, sai từ lỗi nhẹ đến lỗi có hậu quả nghiêm trọng (gây cháy nổ). Tính đa dạng của các thí nghiệm Do đặc thù của các môn học Vật lí, Hoá học, Sinh học về các lĩnh vực rất khác nhau nên sản phầm thí nghiệm ảo cũng phong phú và đa dạng. Các thí nghiệm Vật lý yêu cầu tính chính xác về hình khối, đảm bảo tỷ lệ về kích thước, chính xác các chuyển động, công thức tính toán đúng đắn. Các thí nghiệm Hoá học đòi hỏi phải mô tả trung thành các phản ứng hoá học, do đó yêu cầu chính xác về màu sắc: màu của các hoá chất, của lửa cháy, khói bốc lên; yêu cầu chính xác về hình dạng: các dạng kết tủa khác nhau, dạng mây, dạng hạt, khuyếch tán Môn Sinh học yêu cầu nhiều hình vẽ giải phẫu học phức tạp, các quá trình mô phỏng hoạt động của các cơ quan nội tạng, các quá trình sinh học khó diến tả trực quan và cũng khó thực hiện tương tác. Phương pháp nghiên cứu và phát triển sản phẩm Để tiến hành một đề tài nghiên cứu khoa học thành công cần phải có phương pháp nghiên cứu đúng đắn. Sau khi đã xác định được những vấn đề kĩ thuật công nghệ phức tạp như nêu trên, cần có phương pháp đúng đắn để giải quyết. 4
  7. Trước hết, cần tìm hiểu các công nghệ liên quan, so sánh đánh giá các tính năng và lựa chọn công nghệ phù hợp nhất. Nghiên cứu phát triển sản phẩm trên cơ sở công nghệ và kỹ thuật hiện đại, tuân theo các chuẩn mới. Nghiên cứu các sản phẩm đa phương tiện cùng loại đã có, nghiên cứu để nắm được phương pháp phát triển, tìm ra các ưu điểm nhược điểm, rút kinh nghiệm vận dụng vào sản phẩm của mình. Nghiên cứu nắm vững nội dung khoa học và sư phạm của mỗi thí nghiệm để có thể trình bày được bản chất vấn đề, đảm bảo chân thật, sát với hiện thực. Tìm hiểu thực tế các phòng thí nghiệm, công cụ thí nghiệm, việc giảng dạy thực hành thí nghiệm ở nhà trường Làm thử sản phẩm, rút kinh nghiệm trên cơ sở bản mẫu trực quan, xây dựng quy trình chuẩn hoá dần từng bước. Tìm hiểu công nghệ và lựa chọn công cụ phát triển Việc xây dựng sản phẩm multimedia yêu cầu tích hợp rất nhiều loại dữ liệu như văn bản, hình ảnh, âm thanh, video. Đồng thời trong các sản phẩm multimedia phải có các tương tác theo kịch bản. Nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu các công cụ làm đồ hoạ 2 chiều, 3 chiều, các công cụ biên tập, tìm hiểu ngôn ngữ lập trình Lingo dành riêng để phát triển tương tác trong các sản phẩm đa phương tiện Các công cụ làm đồ hoạ 2 chiều Hiện nay trên thị trường có rất nhiều công cụ xây dựng đồ hoạ 2 chiều. Chúng rất đa dạng và phong phú. Có những phần mềm có đầy đủ các chức năng, cững có những phần mềm chỉ có một vài chức năng. Dưới đây là danh sách các phần mền đồ hoạ 2 chiều: Photoshop, Paint Shop Pro, QuarkXpress, Corel KnockOut, Illustrator, Eye Candy, Photoshop Elements, Freehand, Canvas, Photosuit, Nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu 4 công cụ chính, đó là Adobe PHOTOSHOP Paint Shop Pro QuarkXpress 5
  8. Corel KNOCKOUT So sánh các công cụ xử lý Video Nhóm nghiên cứu đã so sánh Adobe Premiere Final Cut Pro After Efects Cleaner Roxio Videowave Công cụ đồ hoạ 3 chiều Các công cụ đồ hoạ 3D đã được tìm hiểu nghiên cứu Bryce 3D InfiniD 3D Studio Max Soft Image Maya Các phần mềm tổng hợp dữ liệu và xây dựng ứng dụng Multimedia Authorware 6.0 Macromedia Flash Macromedia Director Tìm hiểu các sản phẩm multimedia hiện có 6
  9. Các sản phẩm đa phương tiện vê lĩnh vực giáo dục đào tạo đang có mặt trên thị trường Việt nam không nhiều. Nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu hơn 10 CD sản phẩm loại này. Bộ phần mềm gia sư dạy học các môn toán, lý, hoá, sinh, sử, địa cho học sinh phổ thông trên các đĩa CD của NXB Trẻ, 2003. Thí nghiệm vật lý chứng minh : Nhiệt động lực học, vật lý phân tử “ giao động cơ học và sóng “ Của Phạm Xuân Kế và Lăng Đức Sỹ-khoa vật lý Đại học sư phạm Hà nội. Bộ phần mềm Sách giáo khoa điện tử Khoa học tự nhiên lớp 9: Hóa học, Sinh học, Vật lý, NXB Giáo Dục, 2000. Phần mềm Quang hình học: Mô phỏng và thiết kế, ĐHSP Hà Nội, 2003. Phần mềm dạy học Vật lý trong trường Trung học cơ sở, ĐHSP Hà Nội, 2003. 02 đĩa CD thí nghiệm sinh vật của Đức về tế bào Khảo sát thực tế Đọc sách giáo khoa các môn học Vât lí, Hoá học, Sinh học chương trình lớp 8, lớp 9 do NXB Giáo dục ấn hành Đọc sách giáo khoa các môn học Vât lí, Hoá học, Sinh học chương trình cải cách do các nhà sư phạm của Viện KHGD cung cấp. Tham quan phòng thí nghiệm, chụp ảnh các đồ dùng thí nghiệm, quay vi deo một số thí nghiệm. Sưu tầm tài liệu hình ảnh minh hoạ từ nguồn Internet. Một số khó khăn Khó khăn chủ quan Đề tài nghiên cứu là dịp đầu tiên phối hợp cộng tác giữa các nhà sư phạm với các chuyên viên CNTT để làm ra một sản phẩm khoa học ứng dụng CNTT vừa có tính giáo dục cao vừa chứa đựng những tính năng ưu việt của công nghệ đa phương tiện. Các nhà khoa học sư phạm chuyên môn giỏi chưa biết được khả năng của CNTT đến đâu. Việc xây dựng kịch bản cho một sản phẩm phần mềm do đó có nhiều khó khăn, đòi 7
  10. hỏi có sự cộng tác hõ trợ lẫn nhau từ phía những người thực hiện sản phẩm.Chất lượng của các kịch bản giai đoạn đầu phản ánh những khó khăn này. Các kĩ thuật viên CNTT chưa có kiến thức chuyên môn và khả năng sư phạm về các môn học. Cả hai nhóm đều chưa có kinh nghiệm trong việc xây dựng kịch bản. Chưa có một ngôn ngữ chung thống nhất. Sự phối hợp với nhau phải dựa vào mô tả trực quan, trên cơ sở bản mẫu thí điểm, sửa chữa hoàn thiện dần. Khó khăn khách quan Lựa chọn sử dụng công nghệ 3D để có tính trực quan cao, có hình khối, có nhiều góc nhìn là cần thiết để đảm bảo các yêu cầu của sản phẩm thí nghiệm ảo. Tuy nhiên, công nghệ đa phương tiện đã phức tạp, trong đó kĩ thuật 3D lại phức tạp hơn nữa. Việc xây dựng sản phẩm đa phương tiện yêu cầu tích hợp nhiều loại dữ liệu như văn bản, hình ảnh, âm thanh, video. Người phát triển sản phẩm cần nắm vững tính chất, đặc điểm của từng loại dữ liệu, biết cách xử lí chúng thành thạo để có thể tích hợp nhiều thành phần, nhiều đối tượng thành một thể thống nhất. Sự đồng bộ chính xác là rất quan trọng nhưng cũng khó thực hiện, đòi hỏi tỉ mỉ, chi tiết. Các đối tượng 3D đòi hỏi xây dựng khá công phu (có thể xem các báo cáo trong phần Xemina chuyên đề về vấn đề này). Từ xây dựng bộ xương, chọn chất liệu đắp da thịt cho nó, tạo bóng tuỳ theo nguồn sáng, tạo chuyển động cho từng bộ phận hoà hợp với chuyển động tổng thể của toàn đối tượng là một quá trình tỉ mỉ. Thậm chí tốc độ xử lí của máy tính cũng phải đủ cao thì mới có khả năng thực hiện. Kích cỡ tệp lớn, thời gian Rendering lâu. Các giải pháp xây dựng các đối tượng cho thí nghiệm ảo Đối tượng 3D: được sử dụng đối với hầu hết các đồ dùng chính trong các thí nghiệm Hoá học và một số thí nghiệm Vật lý, vì đây là phần chính tập trung sự chú ý của người xem, đòi hỏi phải thể hiện với độ chính xác cao.Ví dụ các ống nghiệm, lọ bình thuỷ tinh, các hiện tượng chuyển động gây chú ý như lửa, khói, kết tủa, 8
  11. Công cụ xây dựng: sử dụng phối hợp các chương trình thiết kế 3D hiện có như 3DS Max, InfiniD, Bryce 3D. Đối tượng dạng 2D: dùng để thể hiện các vật thể nền cho các tương tác, sử dụng nhiều trong các thí nghiệm Vật lý. Công cụ xây dựng là các phần mềm Paint Shop Pro, Photoshop Cách xây dựng đơn giản hơn: xuất phát từ các hình mô tả trong tài liệu hoặc sưu tầm, từ các ảnh chụp trong các phòng thí nghiệm, chỉnh lại hình dạng, kích thước, gia công mầu sắc, xử lí ánh sáng. Cách làm này có ưu điểm xây dựng rất nhanh. Các đối tượng 2D cũng cho phép dễ tạo ra các tương tác trong các thí nghiệm ảo. Đối tượng dạng giả 3D: Đây là các đối tượng bản chất là 2D nhưng được xử lí trong môi trường 3D, xử lý thêm các phần bóng, ánh sáng, mầu sắc tựa như 3D. Mục đính sử dụng chính là trong các thí nghiệm Sinh học. Nó thường dùng để mô phỏng các hiện tượng trong các quá trình sinh học ở người và động vật Cách xây dựng: Xây dựng các đối tượng trên máy tính, hoặc từ các ảnh chụp cảnh thực, chuyển các đổi tượng thành ảnh vector, xử lý ánh sáng, xử lý mầu, chỉnh lại kích cỡ và hình dáng. Các đối tượng giả 3D cho phép khai thác ưu điểm của của cả hai loại. Đối tượng có chất lượng cao hơn 2D và kích cỡ lại nhỏ có thể chạy trên máy tính cấu hình thấp tương đối nhanh, chấp nhận được, dễ xây dựng chuyển động và tạo các tương tác tốt. Có thể nói lựa chọn sử dụng đối tượng giả 3D vào những phần thích hợp là một ý sáng tạo trong xây dựng sản phẩm. Kết luận Một số sản phẩm thí nghiệm ảo đã hoàn thành cho đến nay đã được thử nghiệm trong giảng dạy ở các trường THPT. Các sản phẩm được thực hiện nhìn chung đảm bảo yêu cầu trung thành với ý đồ sư phạm, có tính mỹ thuật trội hơn, đặc biệt nhiều thí nghiệm Vật lí, Hoá học có khả năng tương tác cao hơn nhiều sản phẩm cùng loại. Đây không phải 9
  12. là các hình ảnh minh hoạ mà thực sự là các thí nghiệm ảo, cho phép giáo viên học sinh thử “làm thí nghiệm”. Các sản phẩm được xây dựng tuân thủ các chuẩn công nghệ. Các dữ liệu Multimedia như movie, ảnh đều có khuôn dạng chuẩn quốc tế và chuẩn công nghiệp như: Mov, Avi, Mpeg1,2,4, Jpeg, Gif Giao diện người dùng chuẩn hoá chung trong toàn bộ loạt sản phẩm, tiện dùng và mỹ thuật hài hoà. Các thí nghiệm đều có phần làm mẫu, có tính chất hướng dẫn sử dụng, người xem dễ dàng làm theo. Sản phẩm phần mềm được đóng gói mã hoá dưới dạng mã máy, có biện pháp chứng thực bản quyền. Các gói dễ dàng cài đặt và chạy trên các nền hệ điều hành phổ dụng Windows NT, Windows 9X và 2000. 10
  13. Phụ lục 1 DANH SÁCH CÁC THÍ NGHIỆM ẢO Thí nghiệm sinh học Sự phân bào nguyên phân (nguyên nhiễm) Sự phân bào giảm phân (giảm nhiễm) Quá trình tự nhân đôi của ADN Quá trình tổng hợp chuỗi Axit amin Tim và mạch máu Hoạt động hô hấp Tiêu hóa ở ruột non Bài tiết nước tiểu Hấp thu chất dinh dưỡng và thải phân Thí nghiệm Vật lí Hiện tượng khúc xạ ánh sáng Xác định điện trở Chuyển động cơ học Mắt- mắt cận thị, mắt viễn thị Ảnh của vật tạo bởi thấu kính hội tụ Từ trường, Đường sức từ trường Thí nghiệm Hoá học Tính chất vật lí và tính chất hoá học chung của kim loại Tính chất hoá học của muối 11
  14. Tính chất vật lý và hóa học của axit sunfuric Giới thiệu những dụng cụ hóa học trong nhà trường phổ thông Pha chế dung dịch theo nồng độ 12
  15. THỬ NGHIỆM ỨNG DỤNG THÍ NGHIỆM ẢO TRONG TRƯỜNG PHỔ THÔNG VÀ CÁC KẾT QUẢ BAN ĐẦU Lê Minh Hà Trường THCS Lê Quý Đôn, quận Cầu Giấy, Thành phố Hà Nội Bộ môn vật lý là một bộ môn được xây dựng từ các hiện tượng tự nhiên, từ các thí nghiệm kiểm nghiệm, giải thích các hiện tượng thiên nhiên, phát triển tư duy khoa học, trên cơ sở đó áp dụng vào đời sống, kỹ thuật và công nghệ tiên tiến. Đặc thù của bộ môn vật lý là trên cơ sở những thí nghiệm, thông qua thực hành cụ thể rút ra phương pháp nghiên cứu và những luận cứ khoa học. Vì vậy, phần thí nghiệm thực hành đối với bộ môn vật lý là rất quan trọng và không thể thiếu được trong quá trình giảng dạy. Đặc biệt, đối với các em học sinh THCS, bước đầu làm quen với công việc nghiên cứu vật lý thông qua các thí nghiệm thực hành, bên cạnh phần lý thuyết, thì phần trực quan lại càng có tầm quan trọng, nó không những hỗ trợ tích cực cho bài giảng, giúp cho học sinh hiểu và nắm chắc kiến thức, mà còn tạo được hứng thú trong giờ học. Hiểu rõ tầm quan trọng đó, trong những năm vừa qua, một mặt hàng năm , Bộ và sở GD&ĐT, các cấp, các ngành có chương trình đào tạo, tập huấn bồi dưỡng, nâng cao trình độ cho giáo viên nói chung và giáo viên môn vật lý nói riêng, đổi mới chương trình sách giáo khoa, cải tiến phương pháp dạy và học, bên cạnh đó, còn tạo mọi điều kiện cơ sở vật chất với khả năng có thể cao nhất, tăng cường trang thiết bị dạy học, dụng cụ thí nghiệm , tạo tiền đề tốt cho hoạt động dạy và học. Trong những năm vừa qua, giáo viên chúng tôi đã cố gắng rất nhiều trong hoạt động dạy và học, bằng cách thiết kế bài giảng có câu hỏi gợi mở để học sinh thấy đích mà vươn tới. Vì vậy tiết nào cũng phải có đồ dùng dạy học. Học sinh phấn khởi vì được trực tiếp làm thí nghiệm nghiên cứu hiện tượng, được tự mình tìm ra quy luật tự nhiên. Tuy nhiên, để có được một tiết dạy như vậy còn phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, cộng với sự nhiệt tình hết mình, tìm tòi, sáng tạo của giáo viên mới có thể mang lại kết quả tốt đẹp. Một mặt dụng cụ thí nghiệm mang lại hiệu quả và hỗ trợ rất tốt cho bài học, mặt khác nếu thí nghiệm, vì những lý do khác nhau lại không cho kết quả như mong muốn sẽ gây mất hứng thú cho học sinh, tác động không tốt đến bài giảng, nếu không muốn nói là phản tác dụng.Thí dụ như bộ quang học rất khó tạo ra được hai tia sáng song song. Sự 13
  16. tạo thành ảnh của các thấu kính cũng khó thu được được hình ảnh rõ nét Nguyên nhân là do chất lượng đồ dùng dạy học của chúng ta chưa cao. Một số thí nghiệm khác không gây được ấn tượng cho học sinh , thí dụ như hiện tượng dẫn nhiệt, mắt thường không thể nhận biết được sự truyền nâng lượng. Một nguyên nhân khác nữa cũng làm cho thí nghiệm trong điều kiện thông thường không thể thực hiện được: Thời gian, đối với một tiết học chỉ giới hạn trong 45 phút, vừa phải truyền đạt kiến thức cơ bản, vừa phải tiến hành thí nghiệm, với điều kiện thực tế một số trường hiện nay, khó mà thực hiện được nếu không kéo dài thời gian của một tiết học. Hoặc có thí nghiệm, trên thực tế không thể thực hiện được vì độ an toàn quá thấp, quá nguy hiểm , như thí nghiệm về hiện tượng đoản mạch. Vì vậy thí nghiệm ảo đã giúp cho giáo viên rất nhiều trong hoạt động dạy học. Nó hỗ trợ trong những trường hợp mà thí nghiệm trong điều kiện bình thường không thể thực hiện được, vừa tiết kiệm được thời gian, vừa cho học sinh tiếp xúc với phương pháp dạy và học tiên tiến, hiệu quả của giờ học được nâng cao. Dưới đây là hai bài sử dụng thí nghiệm ảo cụ thể trong một số bài mà tôi đã thực hiện trong thời gian qua: Bài 1. Thấu kính hội tụ: Học sinh nhìn được bao quát ảnh của vật thay đổi so với thấu kính. Học sinh hiểu rõ và biết được cách dựng ảnh. Sau đó học sinh có thể giải thích được đặc điểm của ảnh khi vị trí của vật thay đổi mà giáo viên không cần mất thời gian chờ học sinh vẽ được trên lớp các trường hợp thay đổi vị trí vật mới thấy hiện tượng Bài 2. Thực hành xác định điện trở của dây dẫn: Khi dạy bài này, tôi nhận thấy, kịch bản xây dựng tốt, thể hiện được các bước cần tiến hành của một thí nghiệm điện. Tạo cho học sinh có thói quen kiểm tra sơ đồ mạch điện, kiểm tra mạch điện trước khi đóng mạch. Khi sử dụng thí nghiệm ảo, học sinh vẫn mắc những lỗi như khi làm thí nghiệm thật: Mắc sai vị trí các thiết bị, có chương trình kiểm tra giúp cho học sinh khắc sâu được kiến thức. Đầu dây không vào đúng chốt của dụng cụ, dây dẫn cũng bị mất như khi thực hiện mắc dây thật - dây không nối chặt, dẫn đến tiếp xúc kém, thì coi như không có điện. 14
  17. Mỗi thí nghiệm làm xong, ghi lại kết quả, rồi mới được làm thí nghiệm tiếp . Kết quả thí nghiệm phải thực hiện đủ bốn lần, mới sang được chương trình vẽ đồ thị. Kết quả thí nghiệm được vẽ trên đồ thị.Thể hiện đồ thị qua kết quả thực tế, nếu bỏ qua sai số thì đồ thị là một đường thẳng đi qua gốc tọa độ. Qua hai bài áp dụng thí nghiệm ảo như trên, tôi có một vài nhận xét như sau: 1. Ưu điểm: Làm phong phú các phương pháp tiến hành thí nghiệm. Giải quyết được các thí nghiệm mà trong điều kiện bình thường không thể thực hiện được. Rèn cho học sinh kỹ năng tiến hành thí nghiệm. Trong thí nghiệm thật học sinh có thể làm tắt, dễ gây nguy hiểm, thí dụ như không kiểm tra mạch điện đã đóng mạch An toàn, nhẹ nhàng, hấp dẫn, kịch tính, khiến cho học sinh khắc sâu kiến thức. Giáo viên và học sinh có điều kiện làm quen với những phương pháp dạy và học tiên tiến. Giáo viên và học sinh dễ sử dụng. 2. Khó khăn: Một số giáo viên chưa thành thạo khi sử dụng vi tính. Cần được bổ túc thêm. Tiết dạy phải trong phòng vi tính. Phải có Projector. 3. Đề nghị: Đối với chương trình “Thí nghiệm ảo’, cần xem xét đến điều kiện thực tế của các trường học hiện nay. Bài thực hành “xác định điện trở” có thể thêm một phần điện trở bằng cái quạt máy, dể học sinh có thể thực hiện bài này cho bài số 15 : “xác định công suất của đèn và công suất của quạt”. 15
  18. Trên đây là một vài ý kiến nhỏ của tôi, hy vọng được học hỏi thêm nhiều. Chúng tôi mong rằng, qua cuộc hội thảo này, Trường ĐHQG sẽ có những chương trình phù hợp với hoàn cảnh thực tế hiện nay, hỗ trợ một cách tích cực và hiệu qủa nhất thày trò chúng tôi trong hoạt động dạy và học. 16
  19. TRIỂN KHAI DẠY THÍ ĐIỂM CÁC THÍ NGHIỆM ẢO SINH HỌC & NHỮNG KẾT QUẢ BƯỚC ĐẦU Phạm Thanh Hiền Trường THCS Trưng Vương Hà Nội Hiện nay, sự nghiệp giáo dục và đào tạo đang đổi mới trước yêu cầu phát triển của nền kinh tế xã hội và công nghệ thông tin. Hướng đổi mới của ngành giáo dục là đào tạo những con người mới năng động, sáng taọ, chủ động trong học tập, dễ thích ứng với cuộc sống và lao động. Bên cạnh việc dạy cho học sinh nắm vững những nội dung cơ bản về kiến thức, giáo viên còn dạy cho học sinh biết suy nghĩ, tư duy, sáng tạo và biết tạo ra các nhu cầu nhận thức cho học sinh trong quá trình học tập. Để đạt được các mục tiêu giáo dục kể trên, nhất thiết phải có sự đổi mới về nội dung và phương pháp dạy học. Góp phần vào đổi mới phương pháp dạy học có sự tham gia tích cực của các phương tiện dạy học, đặc biệt là các thiết bị hiện đại như máy tính, Projector được đưa vào sử dụng để khai thác triệt để các ưu thế của chúng. Sinh học là khoa học thực nghiệm, phương pháp đặc trưng của dạy học Sinh học là phương pháp quan sát và thí nghiệm thực hành; nhưng trong thực tế có những hiện tượng, những quá trình sinh lí xáy ra trong cơ thể người, không thể quan sát, tìm hiểu trực tiếp được, hoặc có những thí nghiệm phức tạp khó tiến hành (vì điều kiện thiết bị, đối tượng thí nghiệm, kĩ năng của giáo viên và thời gian hạn hẹp trong khuôn khổ 1 tiết học ). Vì vậy, chúng tôi đã thiết kế các thí nghiệm ảo sinh học để mô phỏng một cách chân thực các hiện tượng, các quá trình sinh lí đó trong một số bài học ở sách giáo khoa Sinh học 8. Sau một thời gian triển khai dạy thí điểm các thí nghiệm ảo Sinh học, chúng tôi có những nhận xét sau: 1. Những ưu điểm Thiết kế thí nghiệm ảo sinh học kết hợp các yếu tố: màu sắc, ánh sáng, âm thanh và sự chuyển động của các hình ảnh sẽ tạo ra những hình ảnh động gần sát thực; khắc phục được những hạn chế của các hình vẽ trong SGK và các thiết bị dạy học “tĩnh” khác. VD: Mô phỏng sự hoạt động của tim trong sơ đồ chu kì co dãn của tim ở bài “Tim và mạch máu” trang 56. Khi nghiên cứu hình ảnh động này, học sinh sẽ trình bày được các pha co 17
  20. dãn trong chu kì hoạt động của tim, nêu lên được thời gian làm việc và thời gian nghỉ ngơi của từng ngăn tim trong chu kì hoạt động và mô tả được hoạt động của các van tim, sự vận chuyển máu theo 1 chiều khi qua tim. Qua nghiên cứu hình ảnh động về sự hoạt động của các cơ hô hấp trong bài “Hoạt động hô hấp” trang 68, học sinh sẽ kể tên được các cơ tham gia vào quá trình hô hấp và sẽ nêu lên được nguyên nhân dẫn đền sự lưu thông khí qua phổi là sự hoạt động của các cơ hô hấp. Khi nghiên cứu hoạt động tiêu hoá ở các thí nghiệm ảo trong các bài của chương Tiêu hoá, học sinh sẽ nêu lên được các quá trình tiêu hoá; vai trò, diều kiện hoạt động, tính đặc hiệu của các enzim trong quá trình tiêu hoá và kết quả của các quá trình tiêu hoá đó. Thiết kế và sử dụng các thí nghiệm ảo sinh học vẫn thể hiện rõ sắc thái của bộ môn khoa học thực nghiệm này là lấy quan sát và thí nghiệm làm điểm xuất phát cho quá trình nhận thức hoặc thông qua quan sát và thí nghiệm - thí nghiệm ảo để tìm hiểu mối quan hệ nhân quả để đi tới kiến thức cần lĩnh hội. Các thí nghiệm ảo sinh học giúp học sinh tiếp nhận thông tin một cách nhanh chóng, giáo viên không phải giảng giải hay thuyết trình nhiều. Các thí nghiệm ảo được xây dựng sẽ kích thích sự tò mò gây hứng thú cho học sinh trong quá trình lĩnh hội kiến thức một cách tích cực khiến các em thêm yêu thích môn học. Xây dựng và sử dụng các thí nghiệm ảo sẽ làm tăng tính thực hành trong các giờ dạy lí thuyết, tăng số lượng các thí nghiệm trong dạy học bộ môn mà SGK không đề cập. Sử dụng các thí nghiệm ảo sinh học đã đáp ứng được các yêu cầu của quá trình dạy học: hình thành kiến thức mới, rèn luyện kĩ năng bộ môn, ôn tập củng cố khắc sâu kiến thức và đổi mới cách kiểm tra, đánh giá đối với học sinh. Thiết kế và sử dụng các thí nghiệm ảo sẽ áp dụng được với nhiều lớp học, sử dụng trong nhiều năm. 2. Những mặt hạn chế: Tính chân thực của thí nghiệm ảo bị hạn chế vì chưa có sức thuyết phục mạnh mẽ đối với học sinh. Thiết kế thí nghiệm ảo công phu, đồi hỏi nhiều thời gian và kĩ thuật tin học. 18
  21. 3. Những đề nghị: Bồi dưỡng, năng cao trình độ tin học cho giáo viên để có thể tự thiết kế và xây dựng các thí nghiệm ảo Nên kết hợp sử dụng các hình ảnh được ghi lại từ các thí nghiệm thực mà khâu chuẩn bị đòi hỏi nhiều thời gian để tăng tính thuyết phục cho học sinh khi quan sát Xây dựng thí nghiệm ảo cho một bài học cụ thể cần thể hiện tinh thần đổi mới phương pháp dạy học theo hướng hoạt động khám phá (học sinh cần nêu dự đoán, dự kiến các phương án kiểm tra tính đúng đắn của sự đoán, biết lựa chọn phương án có cơ sở khoa học , kết quả thí nghiệm sẽ là sự khẳng định hay bác bỏ các dự đoán đó của học sinh). Tăng cường cơ sở vật chất: thiết bị hiện đại; xây dựng phòng học bộ môn cho các trường tham gia dạy thí nghiệm ảo. Nên triển khai mô hình dạy học sử dụng các thí nghiệm ảo sinh học một cách đại trà. Sau đây là một tiết học minh hoạ có sử dụng các thí nghiệm ảo sinh học trong bài 17 “Tim và mạch máu” (SGK Sinh học 8 – trang 56) 19
  22. SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CÔNG CỤ XÂY DỰNG DỮ LIỆU MULTIMEDIA Phan Thế Hùng Viện Công nghệ thông tin, Đại học Quốc gia Hà nội Tóm tắt: Bài báo này nhằm đánh giá, so sánh một số công cụ xây dựng dữ liệu multimedia phổ biến trên thị trường đồng thời xác định công cụ cần sử dụng cho đề tài nhánh KC01-14 “ Xây dựng thí nghiệm ảo”. GIỚI THIỆU CHUNG Ngày này các sản phẩm multimedia là được áp dụng nhiều trong thực tế bởi tính thân thiện và tiện lợi của nó đổi với người dùng. Các ứng dụng multimedia đang được triển khai rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như giáo dục, y tế, trò chơi điện tử, mô phỏng, mua bán điện tử Quá trình phát triển một ứng dụng Multtimedia liên quan đến các khá nhiều lĩnh vực như số hoá, bằng thông của hệ thống mạng, nghệ thuật, tâm lý Để sản phẩm multimedia trở thành một sản phẩm có giá trị thực cao, một sản phẩm multimedia bao giờ cũng có hai thành phần: khung chương trình và yếu tố dữ liệu. Việc xây dựng dữ liệu cho sản phẩm mang ý nghĩa quyết định cho sản phẩm multimedia. Hiện nay trên thị trường khá nhiều công cụ cho phép xây dựng dữ liệu multimedia, mỗi công cụ có các tính năng và đặc thù riêng. Việc nghiên cứu làm chủ công nghệ đa phương tiện liên quan đến lĩnh vực ứng dụng của đề tài là một mục tiêu đã được đặt ra trong nội dung tổng thể của đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đa phương tiện vào một số lĩnh vực cần thiết, bức xúc trong lĩnh vực giáo dục, y tế và văn hoá mang lại hiệu quả ứng dụng cao. Trong phần này chúng tôi trình bày về các công cụ xây dựng dữ liệu Text, hình ảnh hai chiều (2D), hình ảnh 3 chiều (3D), video, và công cụ tích hợp các dữ liệu multimedia từ đó xác định công cụ cần thiết để xây dựng các thí nghiệm ảo chọn lọc theo chương trình phổ thông trung học với các nội dung về: [1]. Vật lý: Điện trở, từ trường, xác định điện trở, quang học, tiêu cự và xác định tiêu cự [2]. Hoá: Các tính chất axit, tính chất lý-hoá của kim loại, tính chất chung của oxit, bazơ và muối; thí nghiệm tách và tạo chất ; [3]. Sinh học: Thí nghiệm Menden, Quá trình phân bào, nhiễm sắc thể, công nghệ tế bào, hoạt động hô hấp, tuần hoàn, hấp thụ chất dinh dưỡng. 20
  23. - CÁC PHẦN MỀM TẠO RA DỮ LIỆU MULTIMEDIA Các phần mềm tạo ảnh. Hiện nay trên thị trường có rất nhiều công cụ xây dựng đồ hoạ 2 chiều. Chúng rất đa dạng và phong phú. Có những phần mềm có đầy đủ các chức năng, cũng có những phần mềm chỉ có một vài chức năng. Chúng ta có thể điểm qua một số phần mềm phổ biến hiện nay đó là: Photoshop, Paint Shop Pro, QuarkXpress,Corel KnockOut, Illustrator, Eye Candy, Photoshop Elements, Freehand, Canvas, Photosuit Chúng ta có thể đánh giá so sánh một số sản phẩm chính trong số các sản phẩm trên. Phần mềm Adobe PHOTOSHOP Đây là phần mềm của hãng Adobe. Nó đã có mặt trên thị trường tương đối lâu. Nó là phần mềm được các nhà thiết kế ảnh và những người chuyên nghiệp hâm mộ. Nó là phần mềm soạn thảo, biên tập hình ảnh tốt nhất so với các chương trình soạn thảo ảnh nâng cao khác trên thị trường. Thế mạnh đặc trưng của phần mềm Adobe PHOTOSHOP đó là tính đầy đủ. Chương trình có cho phép tạo các bảng mẫu mầu truy cập nhanh, thay đổi các tham số ảnh. Công cụ bút vẽ của Adobe PHOTOSHOP rất đầy đủ. Chúng ta có thể thay đổi các tham số cho bút vẽ như mầu sắc, hình dạng nét bút, độ mờ, độ cứng của nét bút tạo ra một thế giới thực hơn trước. Với các tham số động và bảng mẫu các nét bút phong phú nó tạo nên sự tương đương với bút vẽ trong phần mềm Corel. Bút sao hình này cho phép sửa chữa nhanh những khuyết tật nhỏ của ảnh. Công cụ cho phép chuyển đổi mầu nhưng vẫn giữ nguyên các sắc thái về ánh sáng. Adobe Photoshop là phần mềm soạn thảo ảnh hàng đầu với các đặc tính cao cấp về soạn thảo ảnh, tính ổn định, giao diện đẹp và thân thiện, thuận lợi cho việc in ấn và xuất bản web. Adobe Photoshop là phần mềm tốt cho bất cứ ai làm công việc xử lý, soạn thảo ảnh và ảnh cho Web. Hạn chế lớn nhất của phần mềm này đó là giá cả. Điều này một phần phản ánh sản phẩm này hướng vào đối tượng người dùng chuyên nghiệp. Phần mềm Paint Shop Pro Phần mềm Paint Shop Pro của hãng Jasc Software. Chỉ với giá khoảng $500, bạn có thể nhận được chương trình này có thể nói tốt như Photoshop. Ví dụ điển hình là các công cụ vẽ ảnh vector của Paint Shop Pro kết hợp chặt chẽ trong chương trình. Mask rất dễ học cũng như dễ sử dụng. Điều này đã đánh bại Photoshop. 21
  24. Chương trình này có điểm đặc trưng là: Việc đóng gói và các công cụ là rất đầy đủ và chuyên nghiệp. Tính năng soạn thảo ảnh dễ dàng và phù hợp cho người soạn thảo ảnh ở tất cả các mức kỹ năng. Soạn thảo ảnh là một công việc rất khó cho hầu hết các nhà thiết kế bởi vì phải học cách phối hợp hợp lý các công cụ trong phần mềm soạn thảo ảnh. Thật may mắn, Paint Shop Pro có đầy đủ tính năng thể hiện khả năng nghệ thuật của bạn. Phiên bản 7.0 có thêm những lệnh cho phép bỏ nhược điểm mắt đỏ trên ảnh, những vết xước nhỏ trên ảnh. Paint Shop Pro hỗ trợ cả đối tượng bitmap và đối tượng vector. Nhiều người biên tập ảnh bầy giờ đã có thể sử dụng cả đối tượng bitmap và vector trong Paint Shop Pro để tạo ra thế giới thực. Bộ duyệt cho phép xem trước các hiệu ứng làm cho việc thêm các hiệu ứng vào ảnh là dễ dàng hơn. Chúng ta có thể thay đổi dễ dàng các tham số trong các hiệu ứng áp dụng cho ảnh bằng cách sử dụng các thanh trượt đồng thời chúng ta cũng có thể xem ngay được các hiệu ứng đó bằng bộ duyêt. Trong Paint Shop Pro có trên 80 bộ lọc như Spiky Halo or Buttonize Ví dụ khi chúng ta tạo các hiệu ứng cho nút, chúng ta có thể thay đổi mầu sắc, độ bóng, mức độ trộn giữa các mầu Để hỗ trợ những người làm ảnh cho Web, Paint Shop Pro có phần mềm Animation Shop 3.0 hỗ trợ việc tạo ảnh cho web (ảnh dạng PNG, JPEG, GIF). Chương trình tối ưu hoá các ảnh này bằng cách đưa ra các chỉ số nén thích hợp cho từng hoàn cảnh. Ví dụ có thể đặt chế độ nén cao cho các ảnh trên Web sử dụng đường truyền modem 28.8KB, 33.6KB, 56KB, Paint Shop Pro cho phép tạo bản đồ liên kết cho hình ảnh, cắt hình ảnh thành nhiều phần Một số hạn chế đối với Paint Shop Pro là việc nó không sẵn sàng cho MAC. Đây là một hạn chế chính của Paint Shop Pro. Paint Shop Pro là một lựa chọn tốt cho cả những người không chuyên cũng như chuyên nghiệp. Với giá cả thấp, giao diện thân thiện, công cụ đầy đủ Paint Shop Pro thực sự là một phần mềm soạn thảo ảnh mạnh. Công cụ xử lý Video Cũng như các công cụ xử lý ảnh, các công cụ xử lý Video cũng rất đa dạng và phong phú nhưng mức độ của nó thấp hơn. Hiện này các chương trình xử lý video được xây dựng theo hướng chuyên nghiệp cao đồng thời có sự kết hợp chặt với phần cứng nhằm mục đính xử lý video trong thời gian thực. Có thể kể ra đây một số chương trình xử lý 22
  25. Video điển hình. Adobe Premiere, Final Cut Pro, After Efects, Cleaner, Videowave Sau đây là các đặc điểm và tính năng một số của phần mềm trên. Phần mềm Adobe Premiere 6.5 Adobe Premiere 6.5 là chương trình soạn thảo video chuyên nghiệp cho phép hiển thị video, audio và xử lý trong thời gian thực. Đặc biệt nó có bộ tạo kỹ xảo hình ảnh và chuyển cảnh. Tuy nhiên chương trình này chưa được hỗ trợ tốt trên máy hệ thống máy MAC như PC Thế mạnh đặc trưng Đây là sản phẩm hỗ trợ khách hàng rất cao.Việc cài đặt được hướng dẫn rất chi tiết. Chỉ cần cho đĩa CD-ROM vào là có thể theo từng bước để cài đặt. Sách hướng dẫn được viết chi tiết và đầy đủ. Khi khởi động chương trình, người dùng có thể đặt các định dạng video mà họ muốn khởi tạo, từ các kiểu video đơn giản cho Web đến các Video chất lượng rất cao. Sau đó cửa sổ timeline hiển thị cho phép nhóm các đoạn video lại. Nếu người dùng đã sử dụng các sản phẩm khác của Adobe, khi làm việc với Premiere họ sẽ thấy giao diện của nó rất thân thiện. Premiere 6.5 hỗ trợ cho rất nhiều các thiết bị DV ngoài như máy quay, bàn dựng DVCAM Ví dụ thông qua cổng giao tiếp IEEE 1394 người dùng có thể lấy dữ liệu vào từ video, soạn thảo bằng Premiere 6.5 sau đó in trực tiếp ra băng thông qua cổng giao tiếp này (toàn bộ phần điều khiển nằm trong phần mềm Premiere 6.5). Với Premiere 6.5 người dùng có thể tìm thấy rất nhiều công cụ soạn thảo mạnh và đầy đủ. Bên trong chương trình có hỗ trợ chuẩn DirectX, audio plug-in. Các công cụ kéo thả video, audio trực tiếp trên các kênh của cửa sổ timeline. Có thể cắt dán, soạn thảo video, audio trực tiếp trên các kênh này trong thời gian thực. Tuy nhiên sau đó bạn phải thực hiện quá trình rendering để tạo ra các video thực. Quá trình này cũng không cần một chương trình khác mà nó đã được tích hợp ngay trong phần mềm này. Đặc biệt trong Premiere còn tích hợp bộ tạo kỹ xảo, bộ chuyển cảnh và bộ tạo tiêu đề (có sẵn trên 90 font chữ tạo tiêu đề). Thí nghiệm kiểm tra quá trình render và hiển thị video của Premiere trên máy tính có cầu hình Pentium4 1.7GHz, 256 MB RAM, kết quả video thu được có chất lượng rất tốt mặc dù trong đoạn video đó có các hiệu ứng chồng mờ, chuyển cảnh và tiêu đề So với 23
  26. các chương trình soạn thảo video khác như Final Cut Pro thì Premiere hơn hẳn về mặt này. Tuy nhiên nó cũng có điểm hạn chế: đó là cửa sổ hiển thị không theo chuẩn NTSC. Premiere có khả năng soạn thảo riêng audio, và chuyển thành các định dạng âm thanh khác nhau như MP3, WAV Với bộ mã hoá Adobe MPEG và chương trình chuyển video DVDit có thể tạo ra một clip DVD hoàn chỉnh. Hiện nay đã có 3 cải tiến lớn trong Premiere 6.5 để tương thích với chuẩn video QuickTime 6 đó là: xử lý các hiệu ứng video trong thời gian thực, có thể đưa trực tiếp text vào video bằng công cụ thiết kế tiêu đề, có kênh riêng tạo DVD. Kết luận: Premiere có các công cụ soạn thảo hoàn hảo, quá trình soạn thảo, hiển thị và render trong thời gian thực. Bộ tạo kỹ xảo đa dạng, khả năng tương tác với các thiết bị DV tốt. Có thể chuyển các video clip thành các chuẩn MPEG1(VCD, SVCD), MPEG2(DVD), MPEG4 Premiere được đánh giá là chương trình soạn thảo phim tốt nhất hiện nay cho máy tương thích IBM-PC. Phần mềm Final Cut Pro Phần mềm này năm ngoái được đánh giá ở mức độ cao trong các phần mềm soạn thảo Video. Nó cũng giống như phần mềm Adobe Premiere và Vegas Video có các công cụ soạn thảo chính xác, giao diện đẹp và sự cấu thành tốt. Version 3.0 đã có các bước tiến xa hơn với việc xử lý các hiệu ứng trong thời gian thực, phân tích tín hiệu video, sửa chữa mầu trong thời gian thực và các đặc tính mới khác. Những ưu điểm này làm cho sản phẩm video của người dùng chuyên nghiệp hơn. Nhưng Final Cut chưa dừng ở đó vì các hiệu ứng của nó phụ thuộc vào bộ xử lý của MAC. Có thể nói Final Cut Pro 3.0 là chương trình soạn thảo video mạnh nhất, đầy đủ nhất và chuyên nghiệp nhất trong các phần mềm soạn thảo video cho hệ thống máy MAC hiện nay. Sau khi cài đặt bạn có thể đặt kết nối với máy quay DV camera thông qua cổng FireWire, lấy và gửi dữ liệu video qua đó. Khi bạn bắt đầu chạy Final Cut Pro 3.0, bạn sẽ nhận được một thông báo và một cửa sổ chính hiển thị các công cụ. Ở đây cung cấp các thông tin về video từ kênh mầu đến các lớp tín hiệu. Tuy đây chỉ là một công cụ nhỏ nhưng nó cho bạn ý tưởng tốt trong việc kiểm tra các lỗi hình ảnh của video hoặc mức độ phù hợp mầu sắc trong các video clip khác nhau. 24
  27. Tính năng kéo, thả: Sự khác biệt trong việc soạn thảo của Final Cut Pro so với các chương trình khác như Adobe Premiere là chương trình nay cho phép nhập trực tiếp các tệp video từ cửa sổ Window hoặc từ trình Explore vào thẳng cửa sổ soạn thảo video của Final Cut Pro. Khi người dùng đặt các video chồng lên nhau trong cửa sổ timeline chương trình tự động tạo hiệu ứng mờ chồng tốt nhất với các video clip trước đó. Xử lý các hiệu ứng trong thời gian thực: Một trong các điểm mạnh nhất của Final Cut Pro đó là có thể hiển thị video, hiệu ứng video, lọc trong thời gian thực mà không cần đến quá trình render hoặc hiển thị đen trắng. Thật đáng tiếc là bạn chỉ có thể chọn được 12 trong số 60 chuyển cảnh và 1 trong số 75 kỹ xảo (filter) là có thể làm việc trong thời gian thực còn các cái khác vẫn cần thời gian để xử lý. Cũng như vậy nếu có nhiều kỹ xảo hoặc nhiều chuyển cảnh. Với bộ xử lý đơn G4, bạn không thể đồng thời tạo nhiều hơn hai kỹ xảo. Final Cut Pro hiển thị các video rất tốt, ngay cả khi sử dụng bộ xử lý tốc độ thấp 667 MHZ. Đặc biệt chương trình này có 3 công cụ điều chỉnh mầu sắc: Lọc (filter) trong thời gian thực, điều chỉnh độ sáng tối và mức độ hoà hợp ánh sáng hình ảnh trong video. Một đặc điểm nữa, công cụ quản lý thiết bị cho phép bạn chuyển đổi bất kỳ kiểu file ( từ chuẩn DV sang chuẩn HDTV) thành kiểu OfflineRT của Final Cut Pro's. Kiểu OfflineRT là một dạng dữ liệu nén với kích cỡ nhỏ bằng 5 lần so với dữ liệu video thực trên đĩa cứng. Giá của phần mềm Final Cut Pro 3.0 trên $5000. Nếu so sánh với Adobe Premiere thì đây không phải là giá quá cao. Để có thể hiển thị video, các hiệu ứng video trong Final Cut Pro cần có thêm thiết bị RTMac card. Thiết bị này có thể tăng khả năng tạo hiệu ứng trong thời gian thực của hệ thống. Nếu bị giới hạn về không gian đĩa, có thể lựa chọn chế độ định dạng OfflineRT. Đây là một định dạng mở rộng của PhotoJPEG, như vậy có thể thu video với khuôn hình 320 x 240 và sử dụng tỷ lệ nén thấp. Với định dạng này người dùng có thể thu 40 phút phim mà chỉ cần đến 1GB đĩa cứng (bình thường thu 40 phút phim cần 4,5GB). Điều này rất tốt cho những người dùng sử dụng máy labtop G4 (MAC) để soạn thảo video. Nhược điểm của Final Cut Pro 3: giới hạn với các thiết bị phần cứng. Chương trình này không làm việc với các thiết bị phần cứng khác như Pinnacle’s CineWave, Matrox’s RTMac, and Digital Voodoo cards. Bên cạnh đó khả năng plug-in phần cứng của chương trình này cũng rất kém. 25
  28. Kết luận: Có thể nói răng Final Cut Pro 3 là chương trình soạn thảo video tốt với các công cụ rất mạnh cho việc thực hiện soạn thảo trong thời gian thực trong môi trường MAC. Final Cut Pro 3 là chương trình rất phù hợp cho việc soạn thảo và xử lý video trên các máy tính độc lập (trên 1 MAC). Chương trình này chạy rất tốt, hoàn hảo và nhanh nếu trên máy tính có 2CPU. Nêu người dùng cần xử lý video trên hệ thống may Mac thì Final Cut Pro 3 là một lựa chọn đúng đắn. Công cụ xây dựng các đối tượng 3 D Hiện nay, có rất nhiều chương trình xử lý 3D khác nhau như Bryce 3D, InfiniD, 3D Max, Soft Image, Maya. Các chương trình 3D thường được phát triển từ các hãng riêng biệt không theo một chuẩn nhất định do đó việc chuyển đổi dữ liệu giữa cac phần mềm này gần như là không thực hiện được. Phần mềm Bryce 3D Bryce 3D là phần mềm tạo ảnh hoạt hình trong không gian 3 chiều. Bryce 3D là phần mềm cho phép chúng ta tạo ra môi trường ảo sống động. Một ý niệm hoàn hảo đến mức khó tin về hoạt hình 3 chiều, âm thanh nổi, những bức ảnh và đồ họa tuyệt đẹp. Bryce 3D cho phép chúng ta thao tác trên ba hệ trục tọa độ khác nhau: hệ trục tọa độ cửa sổ làm việc, hệ trục toạ độ của riêng từng đối tượng và hệ trục tọa độ của Camera. Thế mạnh của chương trình này là tạo ra được các cảnh thực với các chất liệu và đối tượng phức tạp như cảnh trời, biển, sông nước, núi non, cây cối Với công cụ 3D tương đối trực quan cho phép chúng ta xử lý nhanh các cảnh. Bryce 3D cung cấp cho người dùng các bảng chất liệu, mầu sắc và ánh sáng khá đa dạng và phong phú. Nhưng việc tuỳ biến là chưa cao. Chương trình cho phép chúng ta render trực tiếp toàn cảnh hoặc một phần của cảnh. Việc xử lý này giúp cho người sử dụng có thể kiểm tra nhanh, chính xác các đối tượng trong cảnh. Nhược điểm của phần mềm này là thao tác với các đối tượng này là rất phức tạp, tốn rất nhiều thời gian. Tạo cảnh chuyển động trong Bryce 3D còn quá đơn điệu và thiếu nhiều tính năng. Kết luận:Chương trình Bryce 3D là chương trình tốt cho việc tạo cảnh tự nhiên, phông nền. Nó không thực sự tốt cho việc xây dựng các ứng dụng 3D đầy đủ và phức tạp. 26
  29. Phần mềm Infini D Infini-D là phần mềm của hãng MetaCreation, đây là một hãng chuyên phát triển các phần mềm thao tác trong lĩnh vực đồ hoạ 3 chiều. Phần mềm Infini-D cho chúng ta khả năng tạo ra các đối tượng 3 chiều một cách chuyên nghiệp. Các kỹ thuật tạo mô hình đối tượng của Infini-D: tạo các đối tượng dạng Primitive, Extrusion, Lathe, Polygon mesh, Paramertic serface, Meta ball, Particle system, Fractal modal. Từ các mô hình đối tượng này có thể tạo ra các đối tượng phức tạp bằng cách dùng các phép toán cộng, trừ, lấy phần bù giữa các đối tượng để tạo ra các đối tượng mức cao hơn. Infini-D cho phép chúng ta tuỳ biến các thông số của các đối tượng 3 D. Như vậy chúng ta có thể chỉnh chính xác về kích cỡ hình dạng, thuộc tính cho các đối tượng này. Cũng như Bryce 3D phần mềm này có thể tạo ra rất nhiều chất liệu bề mặt cho các đối tượng. Với 4 cửa sổ hiển thị đối tượng 3D, người dùng có thể kiểm soát được toàn bộ không gian studio cũng như vị trí, thứ tự của các đối tượng trong studio này. Chế độ hiển thị Render của Infini-D cũng rất phong phú. Người dùng có thể đặt các chế độ hiển thị khác nhau cho từng mặt phẳng, hoặc toàn không gian 3D. Các chế độ hiển thị của Infini-D: wireframes, Flat shading, Gouraud shading, Phong shading, Ray tracing. Ví dụ chế độ wireframes: hiển thị dạng lưới, như vậy sẽ làm tăng tốc độ soạn thảo. Ngược lại chế độ Ray tracing rất chậm nhưng lại là chế độ hiển thị không gian và các đối tượng 3D chính xác nhất cả về mầu sắc, chất liệu, ánh sáng Infini-D cũng như các nhiều phần mềm 3D khác, tính mở của nó không cao. Nó không cho phép input các tệp được xây dựng từ các phần mềm 3D khác vào trừ định dạng EPS. Phần mềm này cho phép chúng ta xuất các kết quả ra thành dạng video và ảnh với sự tuỳ chọn về chất lượng và khuôn hình. Đây cũng là một điểm mạnh của Infini-D so với các phần mềm 3 D thông thường. Thế mạnh của chương trình này là việc tạo ra các đối tượng 3D. Phần mềm 3D Studio Max 27
  30. Đầy là phần có tính chuyên nghiệp cao. No cũng như Infini D tạo các đối tượng dựa trên các đối tượng và phép xử lý cơ bản dạng Primitive, Extrusion, Lathe, Polygon mesh, Paramertic serface, Meta ball, Particle system, Fractal modal. Không gian làm việc cũng gồm có 4 cửa sổ hiển thị các mặt phẳng trong Studio. Bộ tuỳ chọn mầu sắc, đặt tham số cho các đối tượng 3D như độ trong, độ cứng của 3D Studio Max là rất đa dạng và phong phú. Người sử dụng có thể dễ dàng đặt các thuộc tính cho đối tượng 3D theo nhóm. Các hiệu ứng là cong, văn xoắn theo các trục trong 3D Studio Max là khá dễ dàng và thuận tiện. Các công cụ xây dựng các đối tượng tạo không gian như ánh sáng, camera cũng như việc điều khiển các công cụ này không phức tạp như trong Infini –D. Studio Max không những có thể tạo ra các đối tượng 3D mà nó còn tạo ra các cảnh tự nhiên như Bryce3D. Tính mở trong phần mềm này khá cao. Nó cho phép sử dụng lại các tệp có định dạng 3D từ một số chương trình khác như AutoCAD, các định dạng EPS Bạn có thể vẽ kỹ thuật trên AutoCAD sau đó đưa các tệp này vào 3D Studio Max để sử dụng lại thành một cảnh thực. Khả năng hiển thị (Render) của 3D Studio Max là rất cao. Với một máy tính PII 300 chúng ta đã có thể Render trực tiếp các đối tượng trên cửa sổ 3D Studio Max. Tốc độ hiển thị nhanh hơn nhiều so với Infini D. Việc hỗ trợ hệ điều hành cũng như các thiết bị của 3D max cũng rất tốt, ngoài ra nó còn hỗ trợ các ứng dụng dạng Plug_in. Như vậy chúng ta có thể thêm vào rất nhiều các hiệu ứng có sẵn được phát triển bởi nhiều nhóm khác nhau vào chương trình. 3D Studio Max cho chúng ta xuất kết quả thành các định dạng movie khác nhau với chất lượng rất cao. Kết luận: Các chương trình 3 D hiện nay khá đa dạng và phong phú nhưng nhiều chương trình không đầy đủ các tính năng. Nó chỉ mạnh trong việc xây dựng các đối tượng hay các cảnh riêng lẻ. Chương trình 3DS MAX thì khác. Chúng là những chương trình chuyên nghiệp với nhiều ưu điểm nổi trội về công cụ , giao diện, khả năng Render. 28
  31. Các phần mềm tạo TEXT Việc soản thảo văn bản ngày nay có khá nhiều phần mềm chuyên dụng. Nổi bật nhất là phần mềm soạn thảo Microsoft Word của hãng Microsoft. Đây là phần mềm được sử dụng rất phổ biến bởi tính năng dễ sử dụng, với nhiều chức năng tốt như định dạng trang, văn bản, tạo bảng biểu, chèn hình ảnh, tạo chữ nghệ thuật, lên trang và in rất hoàn chỉnh. Ngoài ra nó còn có một số tính năng khác như tìm kiếm, thay thế, duyệt lỗi chính tả, tính toán đơn trên bảng Phần mềm Adobe Acrobat đây là sản phẩm của hãng Adobe. Mục tiêu của sản phẩm là xây dựng các sách điện tử. Phần mềm này cho phép chuyển đổi các văn bản từ các chương trình soạn thảo văn bản khác ví dụ như Microsoft Word thành các sách điện tử. Chương này tạo ra dữ liệu văn bản được bảo mật cao, không cho phép người sử dụng sửa đổi hay copy tuỳ ý nội dung của trang văn bản. Bên cạnh đó chương trình hỗ trợ tạo ra các chỉ mục liên kết đến các vị trí khác nhau trong văn bản, liên kết với hình ảnh, âm thanh, video bên ngoài. Phần mềm Ventura, PageMaker với mục tiêu chương trình phục vụ cho ngành in ấn, chế bản. Chương trình này cho phép soạn thảo, lên trang báo với các tính năng hỗ trợ trực tiếp việc phân trang, lên trang cho các sách báo, ấn phẩm, in ấn với chất lượng cao. Các phần mềm tổng hợp dữ liệu và xây dựng ứng dụng Multimedia Việc xây dựng sản phẩm multimedia yêu cầu tích hợp rất nhiều loại dữ liệu như văn bản, hình ảnh, âm thanh, video. Đồng thời trong các sản phẩm multimedia phải có các tương tác theo kịch bản. Muốn thực hiện được điều này cần phải có các chương trình chuyên biệt. Hiện nay trên thị trường đang phổ biến các công cụ sau: Microsoft Frontpage, Authorware 6.0, Macromedia Flash, Macromedia Director KẾT LUẬN CHUNG Dựa vào nhu cầu đề tài là nghiên cứu và phát triển các ứng dụng multimedia. Các sản phẩm trong đề tài là: Các thí nghiệm ảo, website, một số ứng dụng multimedia hỗ trợ chuẩn đoán bệnh Bên cạnh đó chúng ta cũng đã điểm qua một số công cụ xây dựng dữ liệu cũng như các sản phẩm multimedia hiện nay. Theo ý kiến tôi có thể lựa chọn các công cụ Multimedia như sau để phục vụ cho đề tài: Phần mềm xử lý TEXT [1]. Có thể sử dụng các phần mềm xử lý thông dụng đặc biệt là chương trình Microsoft Word. 29
  32. [2]. Nếu TEXT sử dụng làm sách điện tử, các hướng dẫn sử dụng trong các ứng dụng của đề tài có thể dùng Acrobat. Các tài liệu ở dạng này có tính bảo mật cao, kích thước nhỏ, có thể tạo ra cấu trúc liên kết. Phần mềm xử lý đồ hoạ Có thể nói rằng hiện nay trên thị trường có hai phần mềm nổi bật và vượt trội hơn hẳn đó là Paint Shop Pro và Adobe Photoshop. Hai phần mềm này có bộ công cụ đầy đủ, làm việc tốt trên hệ thống PC cho phép làm việc với nhiều kiểu ảnh cùng như việc xuất ra nhiều định dạng ảnh cho các mục đích khác nhau. Trong khuôn khổ đề tài tôi thiết nghĩ có thể dùng chương trình soạn thảo Paint Shop Pro là phù hợp. Nó không những tạo được các ảnh chất lượng rất cao mà nó còn tạo được các ảnh cho Web. Việc xử lý dữ liệu đồ hoạ 2 chiều bằng phần mềm này là rất hiệu quả vì nó có nhiều công cụ mạnh, dễ sử dụng và cho phép xử lý gói. Đồng thời nó còn có thể làm việc với cả kiểu ảnh bitmap và vector, hỗ trợ mạnh cho việc tạo ảnh, tạo bản đồ ảnh, tạo ảnh động cho web. Phần mềm xử lý Video Hiện nay, Adobe Premiere là phần mềm có tính chuyên nghiệp cũng như khả năng dễ sử dụng cao. Adobe Premiere hỗ trợ phần cứng rất tốt. Nó hỗ trợ từ việc nhận dạng và lấy dữ liệu từ các máy quay cá nhân để việc hỗ trợ các bàn dựng chuyên nghiệp. Các sách hướng dẫn cũng như việc hỗ trợ hướng dẫn trực tuyến là hoàn hảo. Các tính năng tạo các hiệu ứng video nhanh và sinh động, soạn thảo video chi tiết, khả năng export dữ liệu thành nhiều định dạng khác nhau như AVI, MOV, MPEG1, MPEG2, MPEG4 đã tạo ra sự đầy đủ và thân thiện của chương trình này với người dùng. Để phục vụ việc xây dựng và soạn thảo các video phục vụ đề tài, chương trình Adobe Premiere là công cụ phù hợp. Nó giúp cho việc soạn thảo một khối lượng lớn các đoạn video về thí nghiệm ảo, dữ liệu chuẩn đoán bệnh một cách nhanh chóng. Phần mềm tạo đối tượng 3D Để xây dựng dữ liệu 3D phục vụ đề tài tôi đề xuất sử dụng phần mềm 3D Studio Max làm công cụ để xây dựng các đối tượng 3D. Vì đây là chương trình có đầy đủ tính năng, dễ sử dụng, bộ tạo hiệu ứng cao, không yêu cầu quá cao về thiết bị. Các phần mềm tổng hợp dữ liệu và xây dựng ứng dụng multimedia Các công cụ Microsoft Frontpage, Authowawe, Flash MX, Director MX là các công cụ chuyên nghiệp với các các tính năng mục đích sử dụng khác nhau. Microsoft Frontpage xây dựng các Website không phức tạp, nhiều text, Authowawe là công cụ xây 30
  33. dựng các sản phẩm E-learning, Flash MX là công cụ xây dựng Website đồ hoạ và chuyên nghiệp và các úng dụng Internet. Director MX là công cụ xây dựng các ứng dụng Multimedia trên CD/DVD, mạng Internet/Interanet. Theo yêu cầu của đề tài thì việc sử dụng công cụ Director MX là phù hợp nhất. 31
  34. PHƯƠNG PHÁP TẠO ÁNH SÁNG TRONG THÍ NGHIỆM ẢO Lê Việt Hà Viện Công nghệ Thông tin - Đại học Quốc gia Hà Nội Tóm tắt: bài báo tổng hợp phương pháp tạo nguồn sáng trong các thí nghiệm ảo 3 chiều; từ các đối tượng nguồn sáng có trong phần mềm 3Ds Max tới cách hiệu chỉnh các thuộc tính của nguồn sáng tự nhiên. Bài báo cũng trình bày một số cách tạo hiệu ứng ánh sáng lên bề mặt đối tượng và cách tạo ánh sáng cho toàn cảnh thí nghiệm ảo. Từ khoá : ánh sáng, bóng đổ, phản xạ, khúc xạ, thí nghiệm ảo. Mở đầu Các sản phẩm đồ họa 3 chiều đều được thực hiện tuần tự theo 7 bước cơ bản sau [1]: (1) tạo đối tượng; (2) chỉnh sửa đối tượng; (3) tạo bề mặt, kết cấu bề mặt đối tượng; (4) tạo ánh sáng, điều chỉnh nguồn sáng chiếu; (5) đặt vị trí góc quay camera; (6) tạo cảnh chuyển động; (7) đặt thuộc tính Rendering ảnh 3 chiều. Trong phần này chúng tôi sẽ tổng hợp các phương pháp tạo ánh sáng trong quá trình xây dựng các thí nghiệm ảo 3 chiều trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu và ứng dụng công nghệ đa phương tiện KC-01-14. Một trong những nội dung quan trọng của một kết xuất ảnh hay hoạt cảnh đẹp là ánh sáng. Nguồn sáng sẽ cung cấp ánh sáng cho khung cảnh, tạo ra cảm giác về chiều sâu không gian đối tượng và tính hiện thực của cảnh thông qua hiệu ứng tạo bóng đổ cho đối tượng. Nguồn sáng trong mềm 3Ds Max là đối tượng nhằm tái tạo lại ánh sáng thực như ánh sáng trong gia đình hay ánh sáng ngoài trời. Các kiểu đối tượng ánh sáng sẽ tạo nhiều nguồn sáng khác nhau như trong thế giới thực. Khi không có ánh sáng, cảnh được xây dựng sẽ tối sầm hoặc được xuất ra với ánh sáng mặc định tuỳ thuộc vào phần mềm sử dụng. Nguồn ánh sáng Đối tượng Độ phản Mắt (Camera) chiếu bóng Bóng Hướng Camerra Hình 1. Đối tượng nguồn sáng trong cảnh 3D 32
  35. Có nhiều đối tượng nguồn sáng chiếu tới vật thể: nguồn sáng từ xa, điểm sáng, ống phát nguồn sáng, đốm sáng, quầng sáng [7]. Một số hiệu ứng ánh sáng đối với vật thể như: tạo bóng cho đối tượng (bóng mờ, rõ nét) cho phép nhìn thấy vị trí điểm sáng [4], quầng sáng hội tụ qua thấu kính (ánh sáng rực rỡ), tạo ánh sáng phông nền trên sân khấu, tạo ánh sáng mặt trời [10]. Theo [3,6], người thiết kế buộc phải sử dụng nguồn sáng trong các thí nghiệm ảo 3 chiều vì những lý do sau: Để tạo sự chiếu sáng rạng rỡ cho một cảnh: ánh sáng mặc định trong một cảnh có thể không đủ sáng hoặc không chiếu sáng tới mọi mặt của một đối tượng phức tạp nào đó. Nhằm tăng tính hiện thực của cảnh thông qua các hiệu ứng ánh sáng thực hoặc bằng cách tạo ra hiệu ứng bóng đổ cho đối tượng trong cảnh. Tất các đối tượng ánh sáng trong các phần mềm 3D [3,5] đều hỗ trợ hiệu ứng bóng đổ, chúng ta có thể điều chỉnh thuộc tính bóng đổ cho một đối tượng hoặc cho toàn bộ cảnh. Nhằm ánh xạ màu sắc của đối tượng này lên đối tượng khác để tạo một hiệu ứng đặc biệt nào đó. Phương pháp tạo ánh sáng Chúng tôi sử dụng các đối tượng nguồn ánh sáng trong 3Ds Max để xây dựng các thí nghiệm ảo. 3Ds Max [3] cung cấp 3 loại ánh sáng: ánh sáng chuẩn, ánh sáng ban ngày và ánh sáng trắc quang (photometric) Ánh sáng chuẩn là các đối tượng được xây dựng trên máy tính tái tạo lại các nguồn sáng có trong tự nhiên. Không giống với ánh sáng trắc quang, ánh sáng chuẩn không có thuộc tính giá trị cường độ ánh sáng như trong tự nhiên. Ánh sáng ban ngày được sử dụng để mô phỏng lại ánh sáng mặt trời và ảnh hưởng của chúng lên toàn bộ khung cảnh. Nguồn sáng này chỉ được sử dụng trong các cảnh thiên nhiên. Ánh sáng trắc quang sử dụng giá trị trắc quang (giá trị năng lượng ánh sáng) cho phép ta điều chỉnh nguồn sáng một cách chính xác khi các đối tượng ở trong thế giới thực thông qua thuộc tính sự phân bố, cường độ, nhiệt độ màu Tuy nhiên, nguồn sáng này yêu cầu chúng ta phải xác định hướng chiếu sáng và không gian được chiếu sáng một cách chính xác. 33
  36. Các phương pháp thường được sử dụng để tạo ánh sáng trong thí nghiệm là: tạo ánh sáng từ các đối tượng nguồn sáng trong phần mềm 3D, tạo ánh sáng bằng cách điều chỉnh các thuộc tính của nguồn sáng tự nhiên, tạo hiệu ứng ánh sáng lên bề mặt đối tượng và tạo ánh sáng cho toàn bộ thí nghiệm. Tạo ánh sáng từ đối tượng nguồn sáng trong phần mềm 3D Phương pháp đơn giản và được sử dụng nhiều nhất trong các thí nghiệm của chúng tôi là sử dụng chính đối tượng nguồn sáng có trong phần mềm 3D. Các đối tượng này được sử dụng tuỳ thuộc vào tính năng của chúng. 1. Điểm sáng (ommi): chiếu sáng theo mọi hướng, ánh sáng từ một điểm được phát ra xung quanh như một quả cầu sáng. Điểm sáng hội tụ này cung cấp một chùm sáng tập trung có thể điều chỉnh và tạo bóng cho đối tượng. Điểm sáng được dùng để mô phỏng lại các loại nguồn sáng không định hướng như chiếc đèn treo trên tường, hay mặt trời trong không gian vũ trụ. 2. Nguồn sáng dạng ống (directional): chiếu sáng dọc theo một trục và các tia sáng song song với nhau. Các điểm sáng được phát ra từ một đường và giới hạn chỉ trong vùng ống. Đối tượng này dùng để tạo các nguồn sáng ở rất xa chiếu thẳng tới các đối tượng và tạo hiệu ứng bóng đổ cho chúng. Hình 2. Hình ảnh 3D có nguồn sáng từ xa chiếu tới 3. Nguồn chùm sáng (spotlight): ánh sáng được toả ra trực tiếp từ một hình nón, giống như ánh sáng từ một ngọn đèn pha. Đối tượng này không tập trung quầng sáng tại một điểm và không tạo hiệu ứng bóng đổ cho đối tượng. Quầng sáng được tạo từ bất kỳ một màu sắc đơn thể nào, nó được sử dụng để làm nổi bật những hiệu ứng chiếu sáng tổng quát khác. 34
  37. Hình 3. Hình ảnh chùm sáng chiếu trong cảnh 4. Vùng sáng bao quanh: ánh sáng tỏa đều trên khắp bề mặt vật thể không theo một hướng trực tiếp nào và phụ thuộc vào cường độ nguồn sáng bao trùm trong toàn bộ ảnh. Vùng sáng bao quanh được sử dụng nhằm tạo phần bóng mờ làm vật thể rực Hình 4. Thí nghim s dng vùng sáng bao quanh rỡ hơn trong ảnh. Tuy nhiên nếu sử dụng cường độ chiếu sáng mạnh thì các đối tượng được tạo sẽ mất dần độ sâu 3 chiều. 5. Ánh sáng từ thấu kính hội tụ: Ánh sáng từ thấu kính hội tụ tạo hiệu quả về cách phối hợp màu sắc và ánh sáng đặc trưng cho ảnh 3 chiều. Ưu điểm của nguồn sáng này là việc tạo hiệu ứng không ảnh hưởng tới thời gian rendering ảnh, không có sự ảnh hưởng tương tác lẫn nhau với các đối tượng khác trong ảnh [9]. 35
  38. Hình 5. Hình ảnh ánh sáng toả ra từ thấu kính hội tụ Tạo ánh sáng bằng cách điều chỉnh thuộc tính của nguồn sáng tự nhiên Việc điều chỉnh các thuộc tính của nguồn sáng tự nhiên sẽ tạo cho cảnh trông giống thực tế hơn. Phương pháp này được thực hiện nhiều lần cho tới khi đạt được hiệu quả mong muốn. độ rộng nguồn sáng chiếu Khuếch tán bóng Phản chiếu nguồn sáng Sự chói sáng (phản xạ ánh sáng) Mô hình Phản chiếu ánh sáng Màu sắc bị khuếch Đối tượng tán Khuếch tán Đối tượng Hình 6. Thay đổi các giá trị thuộc tính ánh sáng đối với một đối tượng 1. Cường độ (intensity): là mức độ chiếu sáng của nguồn sáng hay của ánh sáng phản xạ. Góc tạo bởi tia sáng chiếu lên bề mặt đối tượng và phản xạ tới mắt con người có ảnh hưởng tới độ sáng của vật thể được chiếu sáng trong cảnh. Bằng cách điều chỉnh sự khuếch đại của một nguồn sáng, chúng ta sẽ tăng cường độ ánh sáng phản chiếu của vật thể. Việc sử dụng các nguồn sáng màu có thể tạo cho khung cảnh mang tính sân khấu, bổ sung các màu sắc cho vật liệu và thêm hiệu quả đặc biệt 36
  39. cho các bề mặt được chiếu sáng. Bằng cách hiệu chỉnh tinh tế sự cân đối màu sắc của nguồn sáng, ta có thể mô phỏng được nhiệt độ màu của một ngọn đèn nung sáng [3], đèn huỳnh quang hay mặt trời trong một ngày mù sương [6]. 2. Bức xạ (radiosity): là hiện tượng ánh sáng phản xạ khỏi một đối tượng sẽ tiếp tục chiếu sáng các đối tượng khác. Hiệu quả tích luỹ của toàn bộ ánh sáng phản xạ ra khỏi các đối tượng trong một khu vực gọi là “ánh sáng môi trường”. Ánh sáng này k h ô n g c ó n g u ồn sáng hay hướng chiếu cụ thể nào, nhưng nó tác động chiếu sáng lên toàn bộ khung cảnh. 3. Độ suy giảm (attenuation): là khả năng suy giảm cường độ ánh sáng theo khoảng cách, nhằm điều chỉnh mức độ ánh sáng có trong khung cảnh. Việc xác lập các tham số attenuation thích hợp sẽ tạo ra sự khác biệt dễ dàng giữa một khung cảnh được chiếu sáng hoàn hảo và một khung cảnh chưa được chiếu sáng tốt. Thay đổi thuộc tính này nhằm làm nổi bật lên một đối tượng nào đó so với các đối tượng khác trong khung cảnh. Hình 7. Ánh sáng trong cảnh khác nhau khi thay đổi thuộc tính của nguồn sáng Tạo hiệu ứng ánh sáng lên bề mặt đối tượng Chúng ta có thể tạo hiệu ứng ánh sáng chỉ tác động lên bề mặt một đối tượng nào đó và điều chỉnh được sự phản chiếu và hướng chiếu của một vật sáng khác tới đối tượng. Hình 8. Tạo hiệu ứng ánh sáng lên bề mặt đối tượng với các tỉ lệ khúc xạ khác nhau Ảnh hưởng của nguồn sáng lên các đối tượng thủy tinh: đối với các dụng cụ thí nghiệm có chất liệu thuỷ tinh, chúng ta cần áp dụng ánh sáng phù hợp cho các đối tượng sao cho bản thân vừa giữ được chất liệu thuỷ tinh mà vẫn có ánh sáng tự nhiên trong 37
  40. phòng thí nghiệm. Khi đó cần điều chỉnh thuộc tính bóng cạnh mềm hơn và áp dụng hiệu ứng tụ quang nhằm làm tăng cảm giác sáng chói và trong suốt của những chất liệu đó (hiệu ứng tụ quang sẽ tạo ánh sáng rực rỡ lên bề mặt đối tượng thông qua hiện tượng phản xạ và khúc xạ ánh sáng). Hình 9. Áp dụng nguồn sáng lên đối tượng thuỷ tinh Tạo ánh sáng cho toàn cảnh thí nghiệm 4. Điều chỉnh nguồn sáng môi trường (Ambient): là loại nguồn sáng cơ bản nhất áp lên mọi đối tượng trong khung cảnh đó (có hiệu ứng phản xạ ánh sáng giữa các bề mặt đối tượng). Hình 10. Điều chỉnh nguồn sáng toàn cảnh thí nghiệm 5. Tạo hiệu ứng bóng đổ cho đối tượng (Shadow) Hiệu ứng bóng đổ được tạo từ một nguồn sáng chiếu đến đối tượng đó. Không có bóng đổ, khung cảnh sẽ không có chiều sâu 3D giống thực tế và cũng khó xác định vị trí của vật thể tồn tại trong khung cảnh. Theo [3], có hai hiệu ứng tạo bóng đổ cho đối tượng từ một nguồn sáng ở xa: bóng mờ và rõ nét. 38
  41. o Hiệu ứng bóng đổ raytrace rõ nét sử dụng kỹ thuật rendering dò tia tạo bóng đối tượng có cạnh biên cứng nhưng lại rất chính xác và rõ ràng. Hiệu ứng này được sử dụng nhằm tạo bóng đối tượng trong không gian vũ trụ. o Hiệu ứng bóng đổ shadow maps mờ dùng kỹ thuật quét dòng tạo hình ảnh ánh xạ đối tượng theo thang độ màu xám trên cơ sở ánh sáng và vật thể lưới trong khung cảnh rồi áp dụng vào vật thể khi rendering. Hiệu ứng bóng mờ thường có cạnh biên mềm và trông tự nhiên hơn so với hiệu ứng bóng đổ rõ nét. Tuy nhiên, trong một số trường hợp bóng mờ trở nên không chính xác, nhất là khi nguồn sáng có cường độ mạnh chiếu tới đối tượng. Hình 11. Hiệu ứng tạo bóng đổ rõ nét và bóng mờ 6. Tạo ánh sáng toàn cảnh đặc biệt Sử dụng hiệu ứng chiếu sáng toàn cảnh cho cảnh bên trong và bên ngoài phòng thí nghiệm. Phương pháp này sẽ tạo lại nguồn sáng tự nhiên phủ lên bề mặt các đối tượng trong cảnh và cho các kết quả chính xác như nguồn sáng trong thế giới thực. Hiệu ứng chiếu sáng toàn cảnh phụ thuộc vào chất liệu và các thuộc tính bề mặt, do đó các đối tượng trong khung cảnh cần phải được mô hình hóa một cách chính xác và xác định giới hạn không gian đường biên trước khi tạo ánh sáng toàn cảnh. Hình 12. Sử dụng nguồn sáng tạo hiệu ứng sáng chói Ánh sáng toàn cảnh (Radiosity) là nguồn sáng đã được phản chiếu lên các đối tượng khác. Khi sử dụng sự ánh sáng toàn cảnh, số lượng nguồn sáng bao quanh trong cảnh tăng lên, màu sắc của một đối tượng có thể ảnh hưởng tới các đối tượng khác. Ánh sáng 39
  42. toàn cảnh cung cấp một mô hình các hiệu ứng ánh sáng như trong thế giới thực. Có ba cách tạo ánh sáng toàn cảnh [3]: - Sử dụng chất liệu Advanced Lighting Override nhằm tăng tính hiện thực của của các chất liệu tự chiếu sáng. Hình 13. To ánh sáng cho toàn cnh - Sử dụng ánh sáng trắc quang trong hiệu ứng ánh sáng toàn cục cho một cảnh ở ngoài trời hoặc áp dụng Skylight và light tracing để xuất một cảnh ngoài trời. - Kết hợp hiệu ứng Daylight và radiosity để xuất một cảnh ngoài trời với các mức độ ánh sáng tự nhiên khác nhau. Kết luận Nhóm cán bộ Viện Công nghệ thông tin, Đại học Quốc gia Hà nội đã áp dụng các phương pháp tạo ánh sáng trên trong việc xây dựng phần mềm mô phỏng thí nghiệm ảo cho ba môn học cấp trung học cơ sở, thuộc các môn vật lý, hóa học và sinh học. Các thí nghiệm cho thấy (i) màu sắc toàn cảnh thí nghiệm tự nhiên, chân thực; (ii) các đối tượng hoặc hiện tượng cần nhấn mạnh trong thí nghiệm được thể hiện một cách sinh động, trực quan; (iii) đảm bảo tính chính xác, tính sư phạm và nội dung khoa học trong các bài thí nghiệm. Các phương pháp tạo ánh sáng trên chưa thể coi như chuẩn. Trong quá trình xây dựng thí nghiệm ảo, chúng tôi cần kết hợp bước tạo ánh sáng với các qui trình tạo hiệu ứng 3 chiều khác nhằm tạo ra sản phẩm thí nghiệm ảo hoàn thiện hơn. Tài liệu tham khảo [4]. Huỳnh Văn Đức, Nguyễn Quốc Cường, Hoàng Đức Hải, Đồ học vi tính, Nhà XB Giáo dục, 1999, tr 232-244. [5]. Lưu Triều Nguyên, Nguyễn Việt Dũng, Thiết kế 3 chiều với 3D Studio MAX, Nhà XB Giáo dục, 2000, tr 298-325. 40
  43. [6]. 3ds max user reference volume 3, Singapore, 12807-010000-5530A, 2001, pp. 415-478. [7]. Erick Vera, Todd Bogdan, Brian Wagner, Ales Holecek, John Terrell, Josh Bates, Ken Musgrave, Sam Coroniti, Ian Gilman, Paul Cattrone, Michael Herf, Maria Giannakouros and Moe Doucet - MetaCreations Bryce 4, 6303 Carpinteria Avenue Carpinteria, CA 93013 [8]. Erick Vera- Bryce 3D User Guide - MataCreations Corporation, P.O.Box 66959, Scotts Valley, CA 95067-6959, (408) 430-4000. [9]. R. Shamms Mortier - The Bryce 3D Handbook - United States of America [10]. [11]. [12]. [13]. [14]. [15]. 41
  44. MỘT SỐ MODULE ĐIỀU KHIỂN TƯƠNG TÁC GIỮA CÁC ĐỐI TƯỢNG BẰNG LINGO. Phạm Thị Huế Phòng Đa phương tiên, Viện Công nghệ thông tin – Đại học Quốc gia Hà Nội 1. Giới thiệu: Ngày nay, việc áp dụng tin học vào các lĩnh vực đời sống ngày càng trở lên phổ biến, đặc biệt việc áp dụng công nghệ multimedia nhằm nâng cao chất lượng giáo dục đào tạo. Sự ra đời của sách điện tử, của những chương trình mô phỏng với hình ảnh và âm thanh trực quan, hấp dẫn đã làm thay đổi hẳn phương thức học tập, tiếp cận cái mới của người học. Một trong những công cụ chuẩn để tạo ra những sản phẩm multimedia được sử dụng nhiều trên thế giới hiện nay là công cụ Macromedia Director. Ngoài việc tích hợp âm thanh, hình ảnh, tạo ảnh động và các hiệu ứng chuyển cảnh, Director còn cho phép tạo ra các sản phẩm tương tác(interactive multimedia) cực kỳ linh hoạt, đáp ứng sự kiện chủ động của người dùng. Trong đề tài “Mô phỏng thí nghiêm ảo”, chúng tôi đã sử dụng Director với mục đích tạo ra các phầna mềm tương tác như đã nói trên. Sau đây xin được nêu ra một số module chủ yếu. Các module này đều nhằm giải quyết các bài toán cụ thể của đề tài: Bài toán xác định điện trở của bóng đèn. Bài toán tìm ảnh của vật qua thấu kình hội tụ. 2. Xây dựng module điều khiển tương tác bằng Lingo trong Director: 2.1 Tổng quan chung về lập trình Lingo Lingo, ngôn ngữ lập trình script , dùng để tạo các tương tác cho các sản phẩm media trong Director. Với Lingo, ta có thể hoàn toàn có thể điều khiển các đối tượng hình ảnh, âm thanh tạo nên những hiệu quả bất ngờ. Cái hữu ích nhất mà Lingo mang lại là làm cho sản phẩm media trở nên mềm dẻo, đáp ứng được các sự kiện cụ thể do người dùng chủ động đặt ra. Chẳng hạn: việc tạo ra các hiệu ứng hoạt hình, các định dạng văn bản, trả lời các sự kiện chuột hoặc bàn phím trở nên dễ dàng hơn. Với Lingo, sự xuất hiện của các đối tượng trên khung hình gần như độc lập về thời gian và thứ tự lớp, người dùng sẽ quyết định cái gì sẽ xuất hiện và xuất hiện tại thời điểm nào. 42
  45. Director sử dụng 4 loại script khác nhau: behavior, movie script, parent script và script gắn với cast member. Ba loại script đầu đều xuất hiện như là các đối tượng trên cửa sổ cast member. Behaviors là một số hàm mà Director đã cung cấp sẵn, ta có thể sử dụng đơn giản bằng cách kéo thả nó vào đối tượng hoặc khung hình muốn điều khiển. Ta cũng có thể sửa đổi các behavior có sẵn này thành hàm của riêng mình. Sau đây ta sẽ liệt kê một số hàm sẽ được dùng trong các module. Một số lệnh liên quan đến xử lý ảnh: • Image Object ( Đối tượng Image): Là một dữ liệu bitmap cơ bản mà ta có thể khởi tạo và chứa nó trong một biến nhớ: i = image(width, height, depth) • Draw ( thủ tục vẽ): Draw là một phương thức được dùng để vẽ một đường thẳng hoặc một hình chữ nhật lên đối tượng ảnh imageObject. Màu sắc của hình vẽ được xác định bởi colorObject. imageObject.draw(x1, y1, x2, y2, colorObject) imageObject.draw(point(x, y), point(x, y), colorObject) imageObject.draw(rect, colorObjectt) • Fill: Dùng để đổ màu cho hình chữ nhật trên đối tượng ảnh imageObject imageObject.fill(left, top, right, bottom, colorObjectOrParameterList) imageObject.fill(point(x, y), point(x, y), colorObjectOrParameterList) imageObject.fill(rect, colorObjectOrParameterList) Một số lệnh liên quan đến mảng: • Khai báo một mảng với số phần tử không biết trước: Mảng tuyến tính: NameOfList=[] Mảng thuộc tính: NameOfList=[:] Chú ý: các phần tử của mảng tuyến tính không nhất thiết phải cùng kiểu. • DeleteOne (xoá một phần tử khỏi mảng) list.deleteOne(value) deleteOne list, value 43
  46. • Add: thêm một phần tử vào mảng linearList.add(value) add linearList, value 2.2 Bài toán xác định điện trở của bóng đèn. Bài toán 1: cho trước các linh kiện mạch điện: bóng đèn, vôn kế, ampekế, nguồn điện, khoá đóng mở mạch điện, dây dẫn điện. Tiến hành mắc mạch điện và đo điện trở bóng đèn. Giải quyết bài toán bằng Director: Phân tích: Việc thực hiện bài toán trong phòng thí nghiệm thực không có gì khó khăn, tuy nhiên, trong một thí nghiệm ảo, ta cần biết nên sử dụng những đối tượng nào làm linh kiện để việc lắp mạch và đo điện trở hiệu quả nhất. Các linh kiện mà hình dạng không thay đổi như: nguồn điện, ăm pe kế, vôn kế, bóng đèn được xem như những đối tượng ảnh (ImageObject) được chèn vào như các castmember. Riêng dây dẫn: do đặc tính của dây dẫn là có đường đi, độ dài ngắn do người sử dụng quy định lúc mắc mạch nên thay vì dùng một hình ảnh có sẵn, ta sẽ sinh ra dây dẫn ngay lúc người dùng nối dây bằng chuột. Như vậy để lưu lại được đường đi của dây dẫn, ta cần một mảng để lưu toạ độ chuột đi qua. Xây dựng: Nhập (Import) ảnh các linh kiện vào castmember rồi đặt chúng lên cửa sổ Score như sau: Giao diện như hình dưới: 44
  47. Module khởi tạo các giá trị khi movie bắt đầu chạy: global nguon, ampe, volt , N_am, addProp temp,#listID,[] N_duong, A_am,A_duong,V_am, addProp V_duong, den, khoa, den1, dotlist, temp,#listdot,[[],[],[],[],[],[],[],[],[],[]] mylist, nut nut[j]= temp global E, R, rt, ra, rv global I, U, ss j=j+1 global dotlist, canvasImg, dsListID end repeat den= sprite(4) on startmovie khoa= sprite(5) dotlist=[] N_duong= sprite(7) canvasImg=member("test").image N_am= sprite(8) dsListID=[] V_duong= sprite(9) repeat with i=1 to 16 V_am= sprite(10) sprite(i).visible=false A_duong= sprite(11) end repeat A_am= sprite(12) khoa1= sprite(13) dau=7 t1=0 cuoi=16 E=0 nut=[] ra=0.01 j=1 rv=10000 repeat with i=dau to cuoi rt=0.02 temp=[:] R=3 addProp temp, #sp, sprite(i) I=0 addProp temp,#listnut, [] U=0 addProp temp,#id, i-6 end Các biến dùng chung được khai báo sau từ khoá Global: Tên biến Mục đích sử dụng Dotlist Là một danh sách tuyến tính, lưu trữ các điểm trên đường vẽ khi người dùng tiến hành nối dây giữa các cực linh kiện. 45
  48. Nut Là danh sách thuộc tính, trong đó mỗi phần tử lưu trữ các thông số về một nút (cực) của linh kiện. Chú ý rằng khi mắc mạch điện, tình trạng hiện thời của mạch hoàn toàn phụ thuộc vào trạng thái của các nút (cực điện). Sp: layer chứa nút. Listnut: danh sách các nút được nối với nút hiện tại. Listdot:Là một danh sách tuyến tính, lưu trữ các điểm trên đường vẽ khi người dùng tiến hành nối dây giữa các cực linh kiện. canvasImg Dùng để lưu trữ đối tượng ảnh mà trên đó ta sẽ vẽ đường dây nối. Module hiển thị một linh kiện: property mysprite, dau1, dau2, kim #comment: "dc hien thi:", \ property bt1, bt2, dc #format: #sprite, \ #default: sprite(1) \ on mouseup me ],\ if not(cam) then #dau1:\ if mysprite.visible then [ \ mysprite.visible= 0 #comment: "dau1 hien thi:", \ dau1.visible=0 #format: #sprite, \ dau2.visible=0 #default: sprite(7) \ sprite(me.spritenum).member=bt1 ],\ if kim 0 then #format: #integer, \ sprite(kim).visible=true #default: 25 \ end if ],\ end if #dc:\ end [ \ #comment: "member dc:", \ #format: #member, \ on getPropertyDescriptionList me #default: member("nguonthat1") \ return \ ],\ [ \ #bt1:\ #mysprite: \ [ \ [ \ #comment: "member bt cua nut dc1:", \ 46
  49. #format: #member, \ #comment: "member bt cua nut dc2:", \ #default: member("nguon1") \ #format: #member, \ ],\ #default: member("nguon1-2") \ #bt2:\ ]] [ \ end Module này gồm 2 script: mouseup và getPropertyDescriptionList. Để script mouseup có thể sử dụng với nhiều linh kiện khác nhau, thay vì khai báo các biến, ta sử dụng thuộc tính (property) để khai báo thông số về đối tượng ngay khi ta kéo thả module vào đối tượng. Script mouseup đáp ứng lại thao tác nhả chuột của người dùng. Khi người dùng nhả chuột, thì một linh kiện, chẳng hạn vôn kế (mysprite) sẽ hiển thị trên màn hình, cùng với vôn kế là 2 cực âm – dương mà ta dùng 2 biến dau1, dau2 để lưu cũng hiển thị. Tiếp đó, nếu linh kiện này có kim đo (kim) thì ta hiển thị kim đo. Lệnh hiển thị rất đơn giản: Mysprite.visible=1 Script getPropertyDescriptionList: định dạng giá trị khởi tạo, kiểu giá trị cho các thuộc tính đã khai báo ở trên. Module nối dây: Đây là module được xây dựng theo phương pháp hướng đối tượng. Đầu tiên ta tạo ra một đối tượng đoạn thẳng, gán thuộc tính (me, mate, myID) và phương thức (Draw, Draw1) cho nó: Phương thức Draw() vẽ một đoạn thẳng màu đỏ nối giữa hai điểm do đối tượng me và mate lưu trữ. Phương thức Draw1() vẽ một đoạn thẳng trùng màu với màu nền nối giữa hai điểm do đối tượng me va mate lưu trữ, đây là một thủ thuật để gỡ bỏ dây nối khi điều kiện nối không hợp lệ. Trên đây chỉ là một số những đoạn mã cơ bản, để nắm được ý nghĩa của các biến và chức năng của các module ta cần tham khảo thêm toàn bộ chương trình “Xác định điện trở” của đề tài. 2.3 Bài toán tìm ảnh của vật qua thấu kình hội tụ. Bài toán 2: Cho một vật AB đặt trước một thấu kính hội tụ. Xác định vị trí và kích thước của ảnh tạo bởi thấu kính khi người dùng thay đổi vị trí của vật AB. 47
  50. Phân tích: Tương tự như bài toán 1, ở đây ta sử dụng các đối tượng ảnh sau: vật AB, ảnh A’B’, thấu kính. Đường đi của tia sáng và tia khúc xạ của nó sinh ra khi cùng thao tác di chuyển vật AB của người dùng. Chú ý: có thể biểu diễn mỗi tia sáng bằng một đối tượng ảnh, xong việc này có thể tạo ra hiệu quả hình ảnh không như mong muốn: khi vị trí vật thay đổi, kéo theo góc lệch của tia sáng cũng như độ dài của chúng thay đổi theo, việc một đối tượng ảnh bị co dãn hoặc bóp méo sẽ làm vỡ hình. Như vậy, ta qui bài toán ban đầu về bài toán: vẽ các đoạn thẳng mà các điểm đầu mút của chúng được cho như hình vẽ. Giá trị tọa độ của các đầu mút này được xác định qua các thông số và công thức về thấu kính. Xây dựng: Sau đây là toàn bộ mã nguồn của module giải quyết bài toán: 48
  51. i. global f, d, d1, h, thaukinhH, diem, x2=(h*(a-f)).float/f diem1, diem2 diem[3]= sprite(22).loc +point(0, property obj, img, tiass, tiatam, tiaF, x) thaukinh, gh, x, nen diem1[2]= sprite(22).loc + point(a, property pmove x1) diem1[3]= sprite(22).loc on beginsprite me +point(a,x) gh=sprite(25) obj=sprite(23) if d1>0 then nen= sprite(20).member.image img.member=member("image") obj.constraint=gh ve1() img= sprite(24) else thaukinh=sprite(22) img.member=member("image1") obj.moveablesprite=true ve2() end end if end if on mousedown me end if pmove=1 end if end end on mouseup me on ve1 pmove=0 t=obj.loc-point(0,obj.height/2) end nen.fill( nen.rect, rgb(255,255,255)) repeat with i=1 to 2 on mouseupoutside me member("nenve").image.draw(t, pmove=0 diem[i],[#shapeType:#line, #lineSize:1, end #color: rgb(255,255,0)]) member("nenve").image.draw( on exitframe diem[i], diem1[i],[#shapeType:#line, if the mousedown then #lineSize:1, #color: rgb(255,255,0)]) if pmove then end repeat t= the mouseh if diem[3][2] gh.right then t=gh.right member("nenve").image.draw(t, obj.loch=t diem[3],[#shapeType:#line, #lineSize:1, objh= obj.loch #color: rgb(255,255,0)]) d=thaukinhH-objh member("nenve").image.draw( diem[3], diem1[3],[#shapeType:#line, if d<> f then #lineSize:1, #color: rgb(255,255,0)]) d1= integer((d*f).float/(d-f)) end if x=integer((h*f)/abs(d-f)) lay khoang cach tu right, left thau sprite(24).loch= sprite(22).loch+d1 kinh den tam sprite(24).locv= thaukinh.locv+x/2 a= thaukinh.right-thaukinhH sprite(24).height = x b=thaukinhH-thaukinh.left sprite(24). width = x1=h*a/d sprite(23).width*d1/d - 49 -
  52. i. member("nenve").image.draw( end diem[i], diem1[i],[#shapeType:#line, #lineSize:1, #color: rgb(255,255,0)]) on ve2 sprite(24).loch= sprite(22).loch+d1 end repeat sprite(24).locv= thaukinh.locv-x/2 t= thaukinh.loc+point((d1).integer, - sprite(24).height = abs(x) (x).integer) sprite(24). width = member("nenve").image.draw( sprite(23).width*abs((d1).float/d) diem[1], t,[#shapeType:#line, t=obj.loc-point(0,h/2) point(0,h) #lineSize:1, #color: rgb(0,0,255)]) t1=sprite(22).loc member("nenve").image.draw( obj.loc- t2=t1+ point(f, 0) point(0,h/2), t,[#shapeType:#line, nen.fill( nen.rect, rgb(255,255,255)) #lineSize:1, #color: rgb(0,0,255)]) repeat with i=1 to 2 member("nenve").image.draw(t, end diem[i],[#shapeType:#line, #lineSize:1, #color: rgb(255,255,0)]) Việc chủ yếu phải làm ở đây là xác định tọa độ của các đầu mút đoạn thẳng và lưu chúng vào 2 mảng tuyến tính diem() và diem1(). Việc vẽ đường đi của tia sáng không có gì khó khăn sau khi chúng ta đã xác định được các tọa độ trên. Một điều cần lưu ý ở đây là: do sự thay đổi các thông số vừa phụ thuộc liên tục vào thời gian, vừa liên quan đến sự kiện người dùng nhấn chuột nên nhất thiết các lệnh tính tọa độ phải đặt trong hàm sự kiện ExitFrame, và điều kiện kiểm tra là the mousedown. KẾT LUẬN Trong báo cáo này chúng ta đã tìm hiểu một số lệnh, hàm chủ yếu của ngôn ngữ lập trình Lingo nhằm tạo các tương tác với các đối tượng đồ họa. Những module này đã được cài đặt và kiểm thử, kết quả là hiệu ứng được tạo ra rất tốt. Ngày nay, việc ứng dụng công nghệ multimedia để xây dựng các bài giảng điện tử ngày càng trở nên phổ biến, việc thêm các tương tác vào bài giảng là rất cần thiết để đảm bảo chất lượng cho các bài giảng . Lingo là một ngôn ngữ đủ mạnh và không quá khó để tạo những tương tác như thế. Bên cạnh Lingo và Director còn có rất nhiều công cụ có hỗ trợ chức năng tạo script nhằm nâng cao hiệu quả của chương trình và giảm thiểu các thao tác thủ công như Flash, 3DMax, Authorware, Tùy theo yêu cầu cụ thể của bài toán đặt ra mà ta lựa chọn công cụ tạo tương tác phù hợp, tuy nhiên chúng ta vẫn nên sử dụng Director để tích hợp các dữ liệu tạo nên sản phẩm cuối cùng. - 50 -
  53. i. QUY TRÌNH TẠO CÁC ĐỐI TƯỢNG 3 CHIỀU BẰNG PHẦN MỀM 3DSMAX Phạm Thanh Nam Viện Công nghệ thông tin – Đại học Quốc gia Hà Nội 1. Giới thiệu chung về phương pháp tạo đối tượng (tạo mô hình) Kỹ thuật tạo mô hình là một trong các kỹ thuật cơ bản và quan trọng nhất của đồ hoạ 3 chiều, nếu chúng ta tạo được một mô hình tốt là chúng ta đã hoàn thành một nửa công việc. Trong công việc tạo đồ hoạ 3 chiều thì kỹ thuật tạo mô hình chiếm nhiều thời gian nhất và thường thì rất khó tạo được một mô hình hoàn hảo, do đó công việc tạo mô hình thường kéo dài cho đến các giai đoạn sau. Ta có thể hình dung dễ dàng hơn công việc này bằng cách tham khảo biểu đồ công việc trong quá trình tạo đồ hoạ 3 chiều sau: • Tạo đối tượng (create object) • Sửa đổi đối tượng (edit object) • Thêm bề mặt và chất liệu (add serface) • Thêm ánh sáng (add lighting) • Đặt vị trí camera (place camera) • Tạo chuyển động (animate) • Thể hiện (render the scene) Vậy thế nào là kỹ thuật tạo mô hình? Kỹ thuật tạo mô hình (Modeling) là kỹ thuật tạo ra các khung dựng của các đối tượng, ta có thể tưởng tượng giai đoạn này là quá trình tạo ra khung xương cho cơ thể một con người, sau đó nhờ các kỹ thuật thể hiện (Rendering) để thêm da thịt cho con người đó, và tiếp theo là nhờ kỹ thuật tạo hoạt hoạ (animation) để tạo hoạt động cho người. Ta có thể hiểu rõ công việc của từng giai đoạn bằng các hình ảnh minh hoạ sau: Khung dùng cña mét qu¶ bãng, Qu¶ bãng sau khi ®· ®−îc t¹o ra sau b−íc t¹o m« h×nh qua b−íc thÓ hiÖn H×nh 1: so s¸nh 2 qu¸ tr×nh t¹o m« h×nh vµ thÓ hiÖn - 51 -
  54. i. 2. Các kỹ thuật tạo đối tượng Trong đồ hoạ 3 chiều có các kỹ thuật tạo đối tượng sau: • Primitive và Boolean operation • Extrution • Lathe • Polygon mesh • Parametric serface • Meta ball • Particle system • Fractal modal • Physical model Cho đến nay người ta vẫn đang tiếp tục nghiên cứu và phát triển để có thể tạo ra các phương pháp đơn giản hơn và hiệu quả hơn trong việc xây dựng mô hình các đối tượng trong không gian 3 chiều. Nhất là trong các lĩnh vực Multimedia, điện ảnh, phim nổi 3. Áp dụng các phương pháp tạo đối tượng trong 3ds Max cho đề tài Phần mềm 3ds Max là một phần mềm 3 chiều chuyên nghiệp có sức mạnh lớn, nó cung cấp cho chúng ta hầu hết các phương pháp tạo đối tượng cũng như thể hiện đối tượng. Chính vì vậy chúng tôi chọn 3ds Max làm công cụ để tạo các đoạn phim mô phỏng trong đề tài. Mỗi phương pháp tạo đối tượng trong 3ds Max đều có các ưu nhược điểm riêng và phù hợp với từng loại đối tượng, với từng trường hợp khác nhau. Điều quan trọng nhất là chúng ta chọn đúng được phương pháp thì sẽ giúp chúng ta tiết kiệm được nhiều thời gian và đạt được hiệu quả cao hơn. Ngoại trừ một số các đối tượng rất đơn giản thì chúng ta có thể sử dụng một phương pháp để tạo, còn đa số các đối tượng thường được tạo ra bằng cách kết hợp một số phương pháp nhất định. Trong phần Các thí nghiệm hoá học chúng ta cần phải xây dựng một phòng thí nghiệm ảo để người sử dụng có thể thực hiện các thí nghiệm hoá học. Do đó chúng ta cần phải tạo ra rất nhiều các đối tượng vừa đơn giản vừa phức tạp Các đối tượng đơn giản: các dụng cụ thí nghiệm: thường là cốc, chai, lọ, ống nghiệm, đèn cồn (hình 2) đều là các đối tượng đơn giản nên có thể dùng các đối tượng cơ bản được 3ds max cung cấp sẵn, sau đó sử dụng phương pháp chuyển đối tượng sang dạng lưới (edit mesh) để sửa đổi cho phù hợp. - 52 -
  55. i. Hình 2: Các dụng cụ thí nghiệm hóa học Các đối tượng phức tạp: các chất hoá học, các hiện tượng tác dụng thường là các bọt khí, khói, nổ, cháy các đối tượng này bao gồm rất nhiều các phần tử rất nhỏ, do đó cần sử dụng các đối tượng dạng hệ thống hạt (particle system) để tạo, sau đó điều chỉnh các thông số cho phù hợp với yêu cầu. Hình 3: Các đối tượng phức tạp 3.1 Phương pháp tạo đối tượng đơn giản Các đối tượng đơn giản thường có hình dáng tương tự như các đối tượng gốc được cung cấp trong 3ds Max, vì vậy chúng ta có thể sử dụng 3 loại đối tượng cơ bản của 3d là đối tượng hình cầu (sphere), hình trụ (Cilynder) và hình hộp (box) để tạo Cilynder: sử dụng để tạo các đối tượng có chu vi là hình tròn và có chiều cao như cốc thuỷ tinh, ống nghiệm, lọ đựng dung dịch Box: sử dụng để tạo các đối tượng có góc cạnh như bàn thí nghiệm, cân, các thanh gỗ Sphere: sử dụng để tạo các đối tượng có các bộ phận hình cầu, tròn như đèn cồn Cách tạo: - 53 -
  56. i. Để tạo các dụng cụ thí nghiệm là ống nghiệm, lọ đựng hoá chất, cốc thuỷ tinh chúng ta chỉ cần sử dụng một đối tượng Cylinder. Sau khi đưa đối tượng vào khung nhìn Top view, chúng ta chuyển sang tab modify để thiết lập một số thông số cơ bản cho Cylinder. Các thông số đó là: Radius: xác định bán kính hình trụ Height: xác định chiều cao hình trụ Sides: xác định số phần chia theo chu vi hình trụ Cap segment: xác định số vòng Height segment: xác đinh số phần chia theo chiều dài Trong đó bán kính và chiều cao chúng ta thiết lập tuỳ theo yêu cầu về kích thước của đối tượng, giá trị này có thể sửa đổi bất cứ lúc nào. Cần chú ý đến giá trị xác định số phần chia theo chu vi và chiều cao, các giá trị này sẽ tỷ lệ với số lượng các điểm chia đối tượng thành các mặt lưới khi chúng ta áp dụng phương pháp edit mesh cho đối tượng. Chúng ta có thể dễ dàng hình dung quá trình thực hiện như sau: Các thông số thiết lập Hình trụ được tạo ra Áp dụng Edit mesh để chuyển hình trụ sang Hình trụ thu được sau cho hình trụ dạng lưới khi chuyển sang dạng lưới - 54 -
  57. i. Hình trụ thu được sau Thay đổi vị trí các kết quả thu được sau khi Áp chất liệu thuỷ Kết quả thu được khi chuyển sang dạng điểm trên lưới thay đổi vị trí các điểm tinh cho đối lưới tượng Hình trụ thu được sau Thay đổi vị trí các kết quả thu được sau khi Áp chất liệu thuỷ Kết quả thu được khi chuyển sang dạng điểm trên lưới thay đổi vị trí các điểm tinh cho đối lưới tượng Hình 4: Sơ đồ tạo đối tượng đơn giản Khi chúng ta thiết lập height segment = 17 và sides = 20 thì chiều cao của hình trụ được chia ra thành 17 đoạn đều nhau và chu vi được chia thành 20 đoạn đều nhau. Khi áp dụng edit mesh cho hình trụ thì 3ds max sẽ chuyển hình trụ thành 17x20 mặt tứ diện đều nhau. Các mặt tứ diện này được chia cắt bằng các đường cắt nhau bởi các điểm giao nhau (màu xanh). Chúng ta có thể thay đổi vị trí các điểm này trong không gian 3 chiều để làm thay đổi các mặt tứ diện và tạo thành bề mặt của đối tượng. Thực hiện tương tự đối tượng dạng hình cầu (sphere) và hình hộp (box) để tạo các đối tượng như đèn cồn, bàn thực hiện thí nghiệm Như vậy chúng ta có thể dễ dàng hình dung ra các bước để tạo ra một đối tượng có hình trụ. Hầu hết các đối tượng đơn giản trong đề tài đều được sử dụng phương pháp này để tạo ra. Chỉ cần thay đổi các thông số cơ bản là chúng ta có thể dễ dàng tạo ra một loạt các loại ống nghiệm, chai, lọ, cốc có kích thước, và hình dạng khác nhau. - 55 -
  58. i. Sau khi đã tạo được đối tượng dạng khung dựng chúng ta phải thực hiện một phần quan trọng tiếp theo là tạo chất liệu cho đối tượng. Nếu khung dựng là bộ xương của đối tượng thì chất liệu chính là da thịt, là bộ mặt của đối tượng. Việc tạo chất liệu đóng góp một phần quan trọng trong việc tạo ra một đối tượng. Mỗi một loại chất liệu lại có một số các đặc điểm riêng để phân biệt với các loại khác, ví dụ chất liệu thuỷ tinh thì đặc trưng bởi độ trong suốt hay mờ đục (Opacity) 3ds max cung cấp cho chúng ta đầy đủ các thuộc tính đặc trưng để có thể tạo ra hầu hết các loại chất liệu trong thực tế. Các đối tượng cần sử dụng trong phần mềm mô phỏng hầu hết được làm bằng chất liệu thuỷ tinh, do đó chúng ta sẽ cùng tìm hiểu cách tạo chất liệu thuỷ tinh, sau đó sử dụng cho các đối tượng mà chúng ta đã tạo ra ở phần trên Cách tạo chất liệu thuỷ tinh Việc tạo chất liệu trong 3ds max là một công việc phức tạp. Mỗi chất liệu được tạo ra từ rất nhiều các thông số khác nhau kết hợp lại, ví dụ: màu sắc (color), màu xung quanh (ambient color), màu khuyếch tán (diffuse color) độ phản chiếu (reflection), độ khúc xạ (refraction), tính mờ đục hay tính chắn sáng (opacity) tùy theo từng chất liệu khác nhau mà chúng ta sử dụng các thông số phù hợp để tạo. Do tính chất vật lý của chất liệu thủy tinh là trong suốt và có thể để ánh sáng khác xạ qua nên khi tạo chúng ta chỉ cần đặc biệt quan tâm đến hai thông số đặc trưng là độ khúc xạ (refraction) và tính chắn sáng/tính mờ đục (opacity). Độ khúc xạ được biểu diễn bằng chỉ số khúc xạ IOR (Index Of Refraction). IOR điều khiển chặt chẽ tính khúc xạ ánh sáng của chất liệu. Các chất liệu khác nhau có các giá trị IOR khác nhau. Độ khúc xạ của chân không có giá trị IOR chính xác bằng 1, còn của không khí thì bằng 1,0003 (có thể coi là bằng 1). Khi một đối tượng được làm bằng chất liệu có giá trị IOR bằng 1 thì khi nhìn xuyên qua nó ta sẽ thấy đối tượng đằng sau sẽ không bị bóp méo. Giá trị IOR càng lớn thì các đối tượng đằng sau sẽ càng bị biến dạng nhiều hơn. Các giá trị IOR của một số chất liệu cụ thể như sau: Tên chất liệu/môi trường Giá trị IOR Chân không 1 Không khí 1,0003 Nước 1.333 Thủy tinh 1,5 đến 1,7 - 56 -
  59. i. Kim cương 2,419 Tính chắn sáng có giá trị được xác định nằm trong khoảng từ 0% đến 100%. Khi chất liệu có thông số opacity bằng 100% nghĩa là chất liệu đó chắn sáng hoàn toàn và ánh sáng không thể xuyên qua được. Một chất liệu sẽ hoàn toàn trong suốt và cho ánh sáng xuyên qua hoàn toàn khi giá trị opacity bằng 0. Như vậy giá trị opacity càng nhỏ thì độ trong suốt càng lớn. Do đó tùy theo yêu cầu về độ trong suốt của chất liệu mà chúng ta chọn giá trị opacity cho phù hợp. Để tạo chất liệu thủy tinh cho các dụng cụ thí nghiệm hóa học chúng tôi lấy giá trị IOR bằng 1,5 và opacity bằng 60%. Và kết quả chất liệu thu được có độ trong suốt, khúc xạ và độ bóng cao, biểu diễn được chính xác chất liệu thủy tinh như trong thực tế. 3.2 Tạo các đối tượng phức tạp Do các hiệu ứng cháy, nổ, khói, bọt khí bay ra là các hiệu ứng phức tạp, thường là bao gồm rất nhiều các thành phần nhỏ hợp lại nên phải dùng đối tượng dạng hệ thống hạt (Particle system) để tạo, sau đó kết hợp với một số hiệu ứng đặc biệt khác như Video Post, Rendering Effect để tạo được hiệu quả thuyết phục. Particle system là các đối tượng mô phỏng sự sắp xếp và chuyển động phức tạp của một tập các phần tử nhỏ bằng cách đinh nghĩa việc sinh ra và chuyển động của các phần tử đó theo một thủ tục miêu tả cho cả hệ thống. Theo cách này chúng ta không cần phải tạo riêng rẽ từng phần tử và cho chúng chuyển động riêng lẻ, mà có thể đơn giản tạo ra cả một hệ thống gồm rất nhiều các phần tử và cho chúng chuyển động theo ý muốn bằng cách tạo một thủ tục đơn giản cho một đối tượng, mà đối tượng đó bao gồm tất cả các phần tử con, đối tượng đó được gọi là đối tượng Particle system. Đối tượng Particle system trong 3ds max thường được sử dụng để mô phỏng các hiện tượng tự nhiên như mưa, sương, khói, lửa cháy, pháo hoa hay các đám côn trùng và cũng được dùng để tạo mô hình cho các đối tượng dạng lưới tĩnh 3ds max cung cấp cho chúng ta 6 đối tượng dạng Particle system cơ bản, ngoài ra chúng ta có thể sử dụng các plug-in của các hãng khác nhau để lấy thêm các đối tượng Particle system khác khi muốn tạo ra các hiệu quả phức tạp Spray: thường được sử dụng để tạo các tia dạng đơn giản. Chúng ta có thể sử dụng để mô phỏng các hiện tượng như vòi nước phun hay mưa - 57 -
  60. i. Snow: được sử dụng để tạo các hiệu quả tuyết. đối tượng dạng này có rất nhiều các tham số cho phép chúng ta có thể sửa đổi hình dạng cũng như kích thước của các hạt một cách linh hoạt và tạo nên sự chuyển động hỗn độn của các hạt trong hệ thống, để làm cho hệ thống trông sinh động và thật hơn. Pcloud: thường được sử dụng để tạo các đám mây gồm các hạt tĩnh hay các đám bọt khí, bong bóng. Phạm vi hoạt động của các hạt trong hệ thống có thể được hạn chế theo hình dáng của các đối tượng khác nhau do chúng ta lựa chọn Parray: dùng để tạo ra các hạt phun toả ra từ các loại vật thể, hoặc có thể sử dụng để tạo các hiệu quả nổ SupperSpray: là một đối tượng nâng cao của Spray, có nhiều thông số và tính năng, giúp chúng ta có thể sử dụng để tạo ra hầu hết các hiệu quả cần thiết. Blizzard: là đối tượng nâng cao của Snow, cũng có nhiều thông số cho phép chúng ta có thể sử dụng để tạo các hệ thông hạt tuyết phức tạp. Particle system có các tham số cho phép chúng ta có thể điều chỉnh để có thể tạo ra hoạt động theo thời gian. Thông qua việc điều chỉnh và sử dụng linh hoạt các tham số này chúng ta có thể tạo ra được rất nhiều các hiệu quả khác nhau. Trong đề tài chúng ta cần phải mô phỏng một số hiện tượng hoá học như: các chất hoá học tác dụng với nhau sinh ra bọt khí, sinh ra các chất kết tủa, sinh ra oxi tạo ra lửa cháy sáng sau đây chúng ta sẽ cùng tìm hiểu cụ thể cách thiết lập các thông số để tạo ra các hiện tượng đó. Các thông số này chúng tôi thu được sau khi đã thử và so sánh rất nhiều các giá trị khác nhau để rút ra được các thông số phù hợp nhất. 3.2.1 Cách tạo lửa cháy sáng chói như pháo hoa Yêu cầu của đề tài: (minh hoạ hiện tượng muối bị phân huỷ) Muối KMnO4 khi bị đun nóng sẽ phân huỷ và tạo ra K2MnO4, MnO2 và khí oxi. Khi đưa que đóm có than hồng vào ống nghiệm, than hồng gặp oxi sẽ cháy sáng chói giống như pháo hoa. Như vậy chúng ta cần phải tạo ra hiện tượng các tia lửa phun ra từ đầu que đóm và cháy sáng chói. Để tạo ra các tia lửa chúng ta cần sử dụng đối tượng Spray, để tạo ra sự cháy sáng chói chúng ta sử dụng kết hợp với chức năng Video post của 3ds max. Cách thực hiện như sau: Tạo một đối tượng Spray trên cửa sổ Front view, sau đó đặt vị trí của đối tượng Spray vào vị trí của đầu que đóm, thiết lập các thông số sau đây cho đối tượng Spray vừa tạo. - 58 -
  61. i. View port count = 100: số lượng các hạt được hiển thị trên khung nhìn Render port count = 400: số lượng các hạt thực sự được sinh ra khi render Thông thường thì người ta thường chọn số lượng các hạt hiển thị trên khung nhìn ít hơn để tốc độ dựng hình được nhanh Drop size = 20.0: kích thước của một hạt, được tính theo đơn vị của 3d max Speed = 1.0: là tốc độ của các hạt được phân tán ra từ bộ sinh Variation = 10.0: cho phép thay đổi phương hướng của các hạt sau khi sinh ra từ bộ sinh Start=240: xác đinh thời điểm bắt đầu sinh của một hạt = khung đầu tiên của một hạt được sinh ra Life =10: xác nhận thời gian tồn tại của một hạt từ khi sinh ra đến khi mất đi, giá trị này được tính bằng số lượng frame (Birth rate: được kích hoạt khi tuỳ chọn Constant bị tắt. Nút này định số lượng các hạt được phân tán cho mỗi khung, và các hạt sẽ được phân tán liên tục cho đến khi đạt giới hạn = render port count) Sau khi thiết lập được các thông số như trên chúng ta đã có được các tia lửa bắn ra từ than hồng như hình vẽ sau: Tiếp theo chúng ta sử dụng Video post để tạo độ chói sáng cho các tia lửa Vào menu Rendering chọn Video post, cửa sổ Video post mở ra, nhấn nút Add image filter event trong cửa số Video post để mở ra cửa sổ Add image filter event, chọn Lens effects grow Chọn OK để đóng cửa sổ Add image filter event và trở về cửa sổ Video post Nhấn đúp chuột vào Lens effect glow trong cửa sổ Video post để mở cửa sổ Edit filter event và thiết lập các thông số cho nó. Vấn đề quan trọng nhất là thiết lập màu sắc - 59 -
  62. i. cho ánh sáng phát ra. Trong ô color chúng ta có thể chọn 1 trong 3 kiểu là Gradient (màu chuyển dần), Pixel hay User (do người sử dụng quy định) Nhấn OK để quay trở lại cửa sổ Video post, nhấn nút Add image output event để chọn tên file la thu5.avi và vị trí đặt file movie sẽ hiển thị, nhấn OK để quay lại cửa sổ Video post. Sau khi render chúng ta sẽ được kết quả là các tia lửa bắn ra từ que đóm sẽ phát ra ánh sáng chói. So sánh hai hình ảnh trên ta thấy rõ ràng sau khi thêm hiệu ứng Video post vào thì que đóm cháy sáng chói thoả mãn được yêu cầu cuả đề tài. Như vậy là chúng ta đã hoàn thành được việc mô tả hiện tượng 3.2.2 Cách tạo bọt khí Yêu cầu của đề tài: (minh hoạ hiện tượng kim loại tác dụng với axit) Cho đinh sắt vào ống nghiệm đựng dung dich axit sunfuric loãng xảy ra hiện tượng đinh sắt tan dần, bọt khí bay ra. Như vậy vấn đề khó khăn là phải tạo ra các bọt khí sinh ra từ đinh sắt và bay ra khỏi ống nghiệm. Để thực hiện được việc này chúng ta sử dụng một đối tượng kiểu PCloud, cách thực hiện như sau: Tạo một đối tượng PCloud trên cửa sổ Top view, thiết lập các thông số sau đây cho đối tượng PCloud vừa tạo. Do các bọt khí sẽ được sinh ra từ bề mặt của đinh sắt nên trong phần Basic Parameter chúng ta nhấn vào nút Pick Object rồi chọn dinhsat (là tên của đối tượng đinh sắt). Thao tác này sẽ chỉ cho 3ds max biết rằng các bọt khí phải được sinh ra từ đối tượng đinh sắt. Trong phần Particle Formation chúng ta chọn Object-based Emitter, thao tác này chỉ cho 3ds max biết rằng hình dáng và kích thước của bộ sinh đối tượng được dựa theo hình dáng và kích thước của đinh sắt. Tiếp theo chúng ta thiết lập các thông số quy định việc sinh ra các bọt khí - 60 -
  63. i. Chọn Use Rate và đặt giá trị = 10, đặt Speed = 0.35 (tốc độ chuyển động của các hạt sau khi sinh ra), Variation = 25 (độ biến thiên của tốc độ, tính theo phần trăm). Do các bọt khí sinh ra sẽ chuyển động lên trên mặt dung dich axit nên chúng ta chọn hướng chuyển động của các hạt bằng cách chọn Direction Vector và thiết lập giá trị cho ô Y = 0.5 (Y là hướng từ đáy ống nghiệm lên miệng ống nghiệm) Tuỳ theo tình huống mà chúng ta thiết lập các thông số về thời gian cho các hạt, cụ thể với trường hợp này chúng tôi chọn các giá trị như sau Emit Start = 65 (các bọt khí bắt đầu sinh ra từ frame thứ 65) Emit Stop = 600 (các bọt khí dừng sinh từ frame thứ 600) Display Until = 700 (các bọt khí sẽ biến mất hoàn toàn từ frame 700, cho dù giá trị Life của nó vẫn còn giá trị) Life = 90 (số frame tồn tại của các bọt khí tính từ khi sinh ra đến khi mất đi) Variation = 0 (các giá trị thiết lập sẽ không biến thiên) Size = 0.8 (kích thước của bọt khí) Variation = 0 (kích thước của bọt khí không thay đổi) Tiếp theo chúng ta chọn hình dạng cho bọt khí, các bọt khí tất nhiên là hình cầu, do đó trong phần Particle Type chúng ta chọn Standard Particles, và chọn Sphere Tiếp theo chúng ta chọn chất liệu thuỷ tinh màu trắng cho các bọt khí, và khi render chúng ta sẽ thu được kết quả như sau: - 61 -
  64. i. 4. Kết luận Việc chọn phần mềm 3ds max làm công cụ xây dựng các thí nghiệm mô phỏng các hiện tượng hóa học đã thỏa mãn được yêu cầu của đề tài. Sau một thời gian ngắn tìm hiểu và thử nghiệm chúng tôi đã rút ra được các quy trình tạo đối tượng nhanh nhất và hiệu quả nhất. Bằng các quy trình này chúng tôi đã nhanh chóng xây dựng được một thư viện các dụng cụ thí nghiệm hóa học. Do các dụng cụ này được xây dựng lên từ một qui trình thống nhất nên khi có yêu cầu thay đổi hay làm mới chúng ta chỉ cần điều chỉnh một vài thông số là đã có được một đối tượng thỏa mãn yêu cầu. Tuy việc tạo ra các đối tượng trên là các thao tác rất cơ bản và không quá phức tạp nhưng nếu chúng ta không xây dựng một qui trình làm việc khoa học thì khi làm việc sẽ rất tốn thời gian và không hiệu quả. Việc xây dựng nên qui trình thống nhất và thư viện dữ liệu sẽ giúp chúng ta tiết kiệm được thời gian và có thể chia sẻ cho người khác cùng sử dụng. - 62 -
  65. i. PHƯƠNG PHÁP TẠO CHẤT LIỆU THUỶ TINH CHO CÁC DỤNG CỤ TRONG THÍ NGHIỆM HOÁ HỌC Nguyễn Thị Ngọc Hân Viện Công nghệ thông tin, Đại học Quốc gia Hà nội Tóm tắt: Các dụng cụ thí nghiệm bằng thủy tinh được sử dụng rất nhiều trong các thí nghiệm hóa học ở trường trung học cơ sở, tuy nhiên việc tạo ra một dụng cụ thí nghiệm đúng kích thước và đúng chất liệu trong 3ds max vẫn là một vấn đề mà người thiết kế không dễ thấy hài lòng. Sau quá trình nghiên cứu, chúng tôi đã đưa ra một qui trình tạo các dụng cụ thí nghiệm hóa học sử dụng chất liệu thủy tinh và ứng dụng trong tất cả các thí nghiệm sau này. Từ Khoá: Dụng cụ thí nghiệm, chất liệu thủy tinh. GIỚI THIỆU Chương trình 3DS MAX là một chương trình phần mềm 3 chiều chuyên nghiệp, nó cung cấp hầu hết các phương pháp tạo và thể hiện đối tượng với nhiều ưu điểm nổi trội, công cụ, giao diện và khả năng Render đa dạng. Chính vì thế chúng tôi đã chọn chương trình 3DS MAX làm công cụ để xây dựng các đoạn mô phỏng dùng trong đề tài. Một trong những trọng tâm của đề tài là mô phỏng các thí nghiệm hoá học trong sách giáo khoa của trung học cơ sở. Các thí nghiệm này được mô phỏng như trong một phòng thí nghiệm ảo, với các dụng cụ thí nghiệm được mô phỏng như trong thực tế. Các dụng cụ thí nghiệm có rất nhiều loại, nhưng chiếm một phần không nhỏ là các dụng cụ có chất liệu thuỷ tinh. Phần dưới đây chúng tôi xin trình bày qui trình tạo các dụng cụ này và phương pháp tạo chất liệu thuỷ tinh để áp lên các dụng cụ đó. PHƯƠNG PHÁP TẠO CHẤT LIỆU THỦY TINH Để tạo một dụng cụ thí nghiệm dùng chất liệu thủy tinh, chúng ta cần phải trải qua các bước như sau: Tạo đối tượng và sửa đổi đối tượng Áp chất liệu thuỷ tinh cho đối tượng Đặt chế độ chiếu sáng cho đối tượng Tạo đối tượng và sửa đổi đối tượng Trong 3DS MAX, các đối tượng cơ bản được cung cấp rất đa dạng. - 63 -