Mô hình 3D là gì? Có tác dụng ra sao trong học tập và giảng dạy?

Trong thế giới công nghệ đang phát triển với tốc độ chóng mặt hiện nay, có một xu hướng đang ngày càng khẳng định vai trò và tầm ảnh hưởng của mình trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống, đặc biệt là trong giáo dục và đào tạo. Đó chính là công nghệ 3D và ứng dụng của nó – mô hình 3D. Vậy mô hình 3D là gì và nó đang mang đến những đột phá nào trong phương pháp học tập và giảng dạy? Hãy cùng khám phá qua bài viết dưới đây.

Mô hình 3D là gì?

Mô hình 3D (3D model) là một mô phỏng số hóa của một vật thể hay bề mặt trong không gian ba chiều (3D). Nó được xây dựng bằng phần mềm đồ họa chuyên dụng trên máy tính.

Để tạo ra mô hình 3D, người ta sử dụng các yếu tố đồ họa cơ bản như điểm (vertex), cạnh (edge), mặt phẳng (face/polygon)… Các yếu tố này được sắp xếp và kết nối với nhau trong một hệ tọa độ ba chiều (x,y,z). Từ đó, phần mềm có thể mô phỏng chính xác hình dáng, kích thước, tỷ lệ của đối tượng ở mọi góc nhìn.

Sau khi hoàn thiện phần khung (wireframe), mô hình được bổ sung bề mặt, kết cấu, màu sắc sống động bằng các kỹ thuật ánh xạ chất liệu (texture & material mapping), để tạo cảm giác gần giống vật thể thực nhất. Bên cạnh đó, ánh sáng, bóng đổ cũng được mô phỏng để tăng tính chân thực.

Mô hình 3D cho phép người dùng quan sát đối tượng ở mọi góc độ, thay đổi tỷ lệ, màu sắc, tương tác linh hoạt. Nó đang là một công cụ không thể thiếu trong các ngành thiết kế, giải trí số, y tế, giáo dục,… với những ưu điểm vượt trội so với hình ảnh hay video 2D truyền thống.

Có hai loại chính mô hình 3D

Có hai loại chính của mô hình 3D là mô hình lưới đa giác (Polygon mesh) và mô hình NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline). Mỗi loại có những đặc điểm và ứng dụng riêng.

Mô hình lưới đa giác (Polygon mesh)

• Đây là loại mô hình 3D phổ biến và được sử dụng rộng rãi nhất.
• Mô hình được tạo thành từ nhiều đa giác phẳng nhỏ (thường là tam giác) được kết nối với nhau tạo thành bề mặt của vật thể.
• Số lượng và kích thước các đa giác quyết định độ chi tiết và mịn của bề mặt. Mô hình có nhiều đa giác nhỏ sẽ mô tả vật thể chi tiết và mượt mà hơn.
• Polygon mesh phù hợp để mô phỏng các vật thể, nhân vật có hình dạng cứng, góc cạnh như robot, nhà cửa, đồ vật,…
• Tuy nhiên, với các vật thể có bề mặt cong mềm mại như động vật, con người thì polygon mesh thường tạo cảm giác hơi khúc khuỷu, góc cạnh khi nhìn gần.
• Hầu hết các phần mềm và engine đồ họa như game, phim ảnh, VR/AR… đều hỗ trợ tốt loại mô hình này.

Mô hình NURBS (Non-Uniform Rational B-Spline)

• Mô hình NURBS sử dụng các đường cong và bề mặt cong (spline) để mô tả hình dạng vật thể.
• Các đường cong, mặt cong này cho phép tạo ra những bề mặt mềm mại, trơn tru và liền mạch hơn so với polygon mesh.
• NURBS lý tưởng để mô phỏng các vật thể có bề mặt cong như thân người, động vật, ô tô, máy bay…
• Mô hình NURBS thường nhẹ hơn polygon mesh vì chúng chứa ít thông tin hình học hơn.
• Tuy nhiên không phải phần mềm, engine nào cũng hỗ trợ render trực tiếp NURBS nên chúng thường cần chuyển đổi sang dạng polygon trước khi sử dụng trong game hay phim ảnh.
• NURBS được sử dụng nhiều trong các phần mềm thiết kế như CAD, Rhino 3D, Maya…

Tùy vào mục đích và đối tượng cụ thể, người thiết kế sẽ quyết định sử dụng loại mô hình 3D phù hợp. Đôi khi một mô hình có thể kết hợp cả polygon và NURBS để tận dụng ưu điểm của cả hai.

Tác dụng của mô hình 3D trong học tập và giảng dạy

Mô hình 3D có tiềm năng to lớn trong học tập và giảng dạy nhờ vào khả năng cải thiện đáng kể sự hiểu biết của học sinh về các khái niệm phức tạp và trừu tượng. Thông qua việc trực quan hóa sinh động, mô hình 3D giúp người học dễ dàng hình dung và nắm bắt bản chất của đối tượng hay quá trình đang được học.

Đồng thời, tính tương tác và sinh động của mô hình 3D cũng thu hút sự chú ý, tăng cường sự tham gia và hứng thú học tập của học sinh. Bên cạnh đó, việc sử dụng mô hình 3D trong các tình huống mô phỏng, bài tập nhóm còn giúp phát triển tư duy phản biện, kỹ năng giải quyết vấn đề và tinh thần hợp tác.

Mô hình 3D cũng mở ra cơ hội để giáo viên tạo ra các trải nghiệm học tập cá nhân hóa, phù hợp với nhu cầu, năng lực và sở thích của từng học sinh. Với những lợi ích thiết thực này, mô hình 3D hứa hẹn sẽ là một công cụ hỗ trợ đắc lực cho cả hoạt động dạy và học trong tương lai.

Một số ví dụ về việc sử dụng mô hình 3D trong học tập và giảng dạy

• Mô hình 3D đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực học tập và giảng dạy khác nhau. Trong khoa học, mô hình 3D giúp mô phỏng trực quan các cấu trúc phức tạp như tế bào, cơ quan nội tạng hay minh họa sinh động các quá trình, hiện tượng tự nhiên, giúp người học dễ dàng hình dung và hiểu sâu hơn về thế giới tự nhiên.
• Đối với lịch sử, mô hình 3D cho phép tái hiện chân thực diện mạo của các di tích, kiến trúc cổ, hay mô phỏng lại những sự kiện, trận chiến quan trọng, mang đến một góc nhìn sống động về quá khứ.
• Trong toán học, các mô hình 3D trực quan giúp minh họa rõ nét những khái niệm trừu tượng như hình khối, đồ thị, giúp học sinh nắm bắt dễ dàng hơn.
• Đối với ngành kỹ thuật, mô hình 3D là công cụ thiết yếu để thiết kế và kiểm thử các sản phẩm, hệ thống trong môi trường ảo trước khi đi vào chế tạo thực tế, giúp tiết kiệm thời gian và chi phí.
• Ngay cả trong nghệ thuật và âm nhạc, mô hình 3D cũng mở ra nhiều cơ hội để sáng tạo, thể hiện các tác phẩm và trải nghiệm mới mẻ, độc đáo.
• Một lĩnh vực tiềm năng khác của mô hình 3D là y học. Các mô hình giải phẫu chi tiết có thể làm công cụ hỗ trợ đào tạo sinh viên y khoa, hay mô phỏng ca phẫu thuật giúp bác sĩ chuẩn bị tốt hơn trước khi tiến hành trên bệnh nhân thực.

Lời kết

Mô hình 3D đang chứng tỏ là một công cụ hỗ trợ vô cùng hiệu quả trong học tập và giảng dạy, mở ra nhiều cơ hội để cải tiến chất lượng giáo dục. Với khả năng trực quan hóa sinh động, tương tác linh hoạt và mô phỏng chân thực, mô hình 3D giúp người học dễ dàng tiếp thu và hiểu sâu hơn về các khái niệm, quá trình phức tạp trong nhiều lĩnh vực từ khoa học, lịch sử đến toán học, kỹ thuật, y học, nghệ thuật.

Trong bối cảnh công nghệ 3D không ngừng phát triển và hoàn thiện, chúng ta có thể kỳ vọng sự xuất hiện ngày càng nhiều của các ứng dụng 3D sáng tạo và hiệu quả trong giáo dục tương lai. Điều này hứa hẹn sẽ mang đến những đột phá mới trong phương pháp giảng dạy, tạo ra môi trường học tập sinh động, trực quan, thu hút sự tham gia của học sinh, từ đó nâng cao chất lượng dạy và học nói chung.

Tuy nhiên, để tận dụng tối đa tiềm năng của mô hình 3D, cần có sự đầu tư nghiên cứu, phát triển bài bản và đồng bộ trong việc ứng dụng công nghệ này vào từng bối cảnh cụ thể.