Công nghệ 3D và những ứng dụng nổi bật trong kỷ nguyên số

Công nghệ 3D đang định hình kỷ nguyên số với những đột phá trong y tế, kiến trúc, giải trí và hơn thế nữa. Từ những bước khởi đầu cách đây hơn một thế kỷ, công nghệ này đã tiến xa, mang đến cơ hội đổi mới cho doanh nghiệp và cá nhân. Hãy cùng khám phá hành trình lịch sử, các loại công nghệ 3D, và cách chúng tạo ra giá trị thực tiễn trong bài viết này! 

1. Công nghệ 3D là gì?

Thuật ngữ 3D bắt nguồn từ “ba chiều” và ám chỉ bất kỳ vật thể hoặc thực thể nào trong không gian cũng đều có ba chiều: chiều dài, chiều cao và chiều sâu.  

Mỗi điểm trong không gian ba chiều có thể được định vị bằng ba tọa độ số, cho phép chúng ta biểu diễn thế giới thực theo cách gần hơn với cách chúng ta trải nghiệm trực quan. 

Cũng từ đó công nghệ 3D (viết tắt của three-dimensional technology) đề cập đến quá trình tạo hoặc thao tác đối tượng, hình ảnh hoặc mô hình trong không gian ba chiều. Liên quan đến việc sử dụng phần mềm, phần cứng và kỹ thuật chuyên dụng để phát triển trải nghiệm chân thực và sống động, mang lại sự thể hiện chính xác hơn về thế giới thực. 

Để hiểu rõ hơn về khái niệm này, hãy bắt đầu từ việc làm rõ kích thước và chiều sâu: 

• Kích thước: Đây là thuộc tính của không gian, thể hiện qua các chiều cụ thể. Ví dụ, hình ảnh 2D (hai chiều) chỉ có chiều dài và chiều rộng, như bức tranh trên tờ giấy phẳng. Tuy nhiên, trong thế giới thực, hầu hết mọi vật thể đều có ba chiều: chiều dài, chiều rộng và chiều sâu. 
• Chiều sâu: Là chiều thứ ba, tạo nên sự khác biệt giữa hình khối 3D và bề mặt phẳng 2D. Hãy hình dung một khối lập phương, ngoài chiều dài và chiều rộng còn có chiều sâu, làm cho nó trở thành một vật thể thực sự. 

Ví dụ cụ thể trong phim ảnh, màn hình 2D chỉ hiển thị chiều dài và chiều rộng, khi xem phim 2D, mọi hành động dường như chỉ xảy ra trên một mặt phẳng. Ngược lại phim 3D với khả năng tái hiện chiều sâu mang lại cho người xem cảm giác mình đang hòa vào thế giới trong phim. 

Nếu bạn nghĩ rằng công nghệ 3D là một khám phá gần đây? Thì bạn đã nhầm.  

2. Lịch sử của công nghệ 3D 

Theo một số thông tin, việc khám phá 3D đã có từ thời cổ đại với các nghiên cứu hình học của các nhà toán học. Tuy nhiên thời điểm ấy, mức độ phổ biến chưa cao và 3D cũng chưa thực sự được mọi người chú ý đến.  

Đến thế kỷ 17, René Descartes đã giới thiệu hệ tọa độ Descartes, hệ thống này đã cách mạng hóa cách chúng ta hiểu và biểu diễn không gian ba chiều. Sau đó, vào thế kỷ 19, William Rowan Hamilton đã phát triển quaternion (một loại dữ liệu được sử dụng để biểu diễn vị trí và hướng của các đối tượng trong không gian ba chiều), đặt nền tảng cho mô hình hóa và hoạt hình 3D. 

Năm 1922: Trường hợp đầu tiên được ghi nhận về phim 3D là buổi ra mắt The Power of Love. Phim sử dụng hình ảnh lập thể và yêu cầu người xem phải đeo kính anaglyphic (là dạng kính 3D đầu tiên) để có thể cảm nhận được. 

Năm 1936: Việc sử dụng ánh sáng phân cực lần đầu tiên được chứng minh trước công chúng bằng những bức ảnh được in bằng bộ lọc Polaroid (Polaroid là một hệ thống trong đó ánh sáng phân cực phẳng được tạo ra bằng cách hấp thụ chọn lọc) 

Năm 1952: Bwana Devil, bộ phim 3D màu đầu tiên, ra mắt và phổ biến loại kính nổi 3D màu đỏ và xanh vốn rất nổi tiếng. 

Năm 1981: Hideo Kodama phát triển phiên bản in 3D đầu tiên sử dụng quy trình sản xuất từng lớp hoặc quy trình sản xuất bồi đắp, liên quan đến nhựa nhạy sáng được trùng hợp bằng tia UV. 

Năm 1986: Charles Hull nộp bằng sáng chế cho công nghệ in 3D bằng phương pháp quang trùng hợp (SLA) đầu tiên. 

Năm 1988: Công ty 3D Systems của Hull cho ra mắt máy in 3D SLA thương mại đầu tiên và Scott Crump nộp bằng sáng chế đầu tiên cho công nghệ chế tạo sợi nóng chảy (FFF), công nghệ in 3D phổ biến nhất hiện nay, đùn sợi từ vòi phun thay vì sử dụng ánh sáng. 

Những năm 2000: Công nghệ CAD (Computer-Aided Design) là công nghệ thiết kế có sự trợ giúp của máy tính trở nên phổ biến hơn. 

Năm 2006: Adrian Bowyer tạo ra Dự án RepRap, một dự án nguồn mở, cho phép mọi người in 3D máy in 3D của riêng họ. 

Năm 2008: Chiếc chân giả đầu tiên được in. 

Năm 2009: Bằng sáng chế FFF những năm 1980 được công nhận, giúp các công ty tiếp cận nhiều hơn với công nghệ in 3D, dẫn đến sự đổi mới và máy in có giá thành thấp hơn. 

Năm 2016: Oculus Rift được phát hành là phần cứng VR dành cho người tiêu dùng đầu tiên. 

Năm 2018: Một gia đình chuyển đến ngôi nhà được in 3D. 

Từ năm 2020 đến 2024: 

• Ra đời của các công cụ như Unreal Engine 5 giúp nâng cao độ chi tiết và tính chân thực của hình ảnh 3D, đặc biệt trong trò chơi và phim ảnh. 
• Công nghệ 3D trở thành xương sống của các nền tảng metaverse, cho phép tạo ra các môi trường ảo hoàn chỉnh, tương tác cao. 
• AI (Trí tuệ nhân tạo) được sử dụng để tự động hóa quá trình dựng hình và mô phỏng 3D, tiết kiệm thời gian và tối ưu hóa chất lượng. 
• Công nghệ in 3D tiếp tục phát triển với những đột phá như in thực phẩm, thiết bị y tế và vật liệu sinh học. 

3. Nguyên tắc hoạt động của công nghệ 3D

Công nghệ 3D mô phỏng cách con người nhìn thế giới thật, nơi mọi vật đều có chiều sâu. Dưới đây là ba nguyên tắc cốt lõi: 

Thị giác lập thể: Hai mắt nhìn từ hai góc khác nhau, não bộ kết hợp lại để tạo cảm nhận không gian ba chiều. 

Đồ họa mô phỏng 3D: Sử dụng phần mềm CAD hoặc CGI để tạo hình ảnh có chiều sâu.  

CAD thường được sử dụng để tạo mô hình máy tính và nguyên mẫu, làm cơ sở cho việc tạo ra các đối tượng thực tế.  

Ví dụ, ngành công nghiệp ô tô sử dụng CAD để xây dựng mô hình máy tính 3D của một chiếc ô tô với độ chi tiết thực tế cao hơn so với mô hình thủ công. Mô hình CAD sau đó có thể được xoay ba chiều trên màn hình, giúp các nhà thiết kế hình dung được chiếc xe hoàn thiện sẽ trông như thế nào mà không cần phải trực tiếp xây dựng mô hình.  

CGI thường được sử dụng để tạo hiệu ứng đặc biệt trong phim ảnh và trò chơi điện tử 3D. Cho phép các nhà thiết kế thêm các lớp pixel có chiều sâu, còn được gọi là kết cấu, giúp hình ảnh 3D trông chân thực hơn.  

Mô phỏng bằng kính 3D: Phim 3D sử dụng hai góc quay khác nhau kết hợp kính phân cực để tạo cảm giác lập thể khi xem. 

 Phân cực hoạt động bằng cách quay phim trên máy quay 3D với hai thấu kính khác nhau đặt cách nhau một khoảng ngắn, tương tự như khoảng cách giữa hai mắt người. Một thấu kính được phân cực theo chiều ngang và thấu kính còn lại theo chiều dọc, tạo ra hai hình ảnh tương tự nhưng khác biệt. 

Để xem phim 3D, người xem phải đeo kính phân cực với một thấu kính phân cực ngang và một thấu kính phân cực dọc. Điều này chỉ cho phép một hình ảnh đi vào mỗi mắt, buộc não phải hợp nhất hai hình ảnh lại với nhau, tạo ra chiều sâu và mô phỏng không gian ba chiều. 

4. Kỳ vọng ban đầu, thực tế và sự phát triển đến năm 2025

Vào thời điểm 1920s - 1980s, khi công nghệ 3D ra đời, người ta hy vọng công nghệ này sẽ mang lại trải nghiệm hình ảnh mới mẻ như phim 3D và tạo ra các nguyên mẫu nhanh chóng với chi phí thấp thông qua in 3D.  

Thực tế ban đầu cho thấy hạn chế lớn như công nghệ đắt đỏ, chất lượng thấp và ứng dụng chủ yếu giới hạn ở phim và nguyên mẫu.  

Cho đến ngày nay, vào năm 2025, công nghệ 3D đã tiến xa với độ chính xác cao, vật liệu đa dạng (nhựa, kim loại, sinh học) và ứng dụng rộng rãi trong y tế, kiến trúc, giải trí. Hình ảnh và công nghệ 3D cũng đã trở thành nền tảng của thực tế tăng cường và các dự án dựa trên VR, metaverse.

📌 Có thể bạn quan tâm: Đặc điểm In 3D trong xây dựng

5. Cách tạo hình ảnh 3D

Quá trình tạo hình ảnh 3D phụ thuộc vào loại đồ họa, cách triển khai và phần mềm mô hình hóa 3D được sử dụng để tạo hình ảnh.

Dù sử dụng phần mềm chuyên nghiệp như CAD (Computer - Aided Design) hay trong lĩnh vực đồ họa máy tính CGI (Computer - Generated Imagery) thì đều sử dụng hai bước cơ bản sau để tạo hình ảnh 3D:

• Mô hình hóa: Mô hình 3D do máy tính tạo ra của một vật thể vật lý, đóng vai trò là bản thiết kế để tạo ra hình ảnh cuối cùng. Ở đây, các mô hình được tạo bằng phần mềm CAD và được đặc trưng trực quan dưới dạng hình ảnh hai chiều bằng các kỹ thuật trực quan hóa khác nhau. Một số kỹ thuật phổ biến: non-uniform rational B-spline, điêu khắc 3D...
• Kết xuất: Sau khi mô hình hoàn thành, kết xuất được áp dụng để tạo ra hình ảnh chân thực, tích hợp các hiệu ứng như ánh sáng, bóng đổ, phản chiếu, kết cấu, vật liệu và các chi tiết khác để làm cho hình ảnh chân thực nhất có thể. Kết xuất có thể được thực hiện trước hoặc theo thời gian thực để phù hợp với game hoặc các ứng dụng khác

6. Những ứng dụng phổ biến của công nghệ 3D 

Công nghệ 3D đã trở thành nền tảng trong nhiều lĩnh vực hiện đại, từ thiết kế đến giải trí. Dưới đây là những ứng dụng phổ biến nhất: 

 - Đồ họa máy tính 3D: Đồ họa 3D được tạo bằng các phần mềm như CAD (thiết kế hỗ trợ máy tính) hoặc CGI (hình ảnh do máy tính tạo ra). Giúp các nhà thiết kế mô phỏng và kiểm tra mô hình trên máy tính trước khi sản xuất thực tế. 

Trong phim ảnh và truyền hình, như Game of Thrones, đồ họa 3D được sử dụng để tạo các cảnh hoành tráng và thêm yếu tố chân thực vào hình ảnh 2D. 

 - In 3D: Còn gọi là sản xuất bồi đắp, cho phép chế tạo các vật thể phức tạp với chi phí thấp hơn nhiều so với các phương pháp truyền thống. Máy in 3D được sử dụng để sản xuất từ các vật dụng trong gia đình, phụ kiện, phụ tùng ô tô đến thực phẩm như sô cô la và thậm chí là các bộ phận cơ thể như nội tạng (đang nghiên cứu). 

 - Phim 3D: Bộ phim 3D đầu tiên xuất hiện vào năm 1922, nhưng đến Avatar (2009), phim 3D mới trở thành xu hướng chính thống, mang lại trải nghiệm chân thực và sống động hơn. 

 - Nghệ thuật 3D: Nghệ thuật 3D bao gồm điêu khắc truyền thống, kết hợp với công nghệ hiện đại như hình ảnh kỹ thuật số 3D. Một số tác phẩm nghệ thuật sử dụng công nghệ in 3D hoặc kỹ thuật ảo ảnh quang học, như The Crevasse của Edgar Mueller, để tạo ra các hiệu ứng thị giác độc đáo. 

 - Trò chơi 3D: Công nghệ 3D phổ biến trong các trò chơi VR và metaverse, nơi người chơi tương tác thông qua nhân vật 3D. Các trò chơi như Axie Infinity tận dụng 3D để tạo ra những nhân vật và thế giới sống động, mang đến trải nghiệm nhập vai cho người chơi. 

 - Chăm sóc sức khỏe: Hình ảnh y tế 3D: Cải thiện độ chính xác chẩn đoán thông qua hình ảnh ba chiều chi tiết của các cơ quan và cấu trúc bên trong. In 3D các bộ phận giả và cấy ghép: Các thiết bị tùy chỉnh, dành riêng cho bệnh nhân được thiết kế để cải thiện sự thoải mái và chức năng 

 - Kiến trúc và xây dựng: Tạo bản vẽ 3D và mô hình hóa công trình, giúp khách hàng dễ dàng hình dung dự án trước khi xây dựng. Hỗ trợ thiết kế nội thất và quản lý không gian hiệu quả hơn. 

Trải nghiệm dự án mô hình 3D mẫu: https://vr360.com.vn/vega-city-nha-trang-vrtour

 - Bảo tồn di sản văn hóa: Số hóa các di tích lịch sử, văn hóa thông qua quét 3D để lưu giữ và tái hiện chân thực cho thế hệ sau. Tái tạo các công trình đã xuống cấp hoặc bị phá hủy. 

7. Lợi ích của công nghệ 3D

Tạo nên sự khác biệt trong cạnh tranh

Nghiên cứu năm 2022 của Shopify nêu rõ rằng những khách hàng tương tác với nội dung 3D trực tuyến có tỷ lệ chuyển đổi cao hơn 94% so với những khách truy cập không nhấp vào nội dung nhập vai.   

Trong một thị trường cạnh tranh hiện nay, sự khác biệt là rất quan trọng để các thương hiệu nổi bật và thu hút sự chú ý của khách hàng. Chiến lược ứng dụng 3D nhấn mạnh vào việc phát triển các đề xuất giá trị độc đáo, cho phép các công ty tạo sự khác biệt so với các đối thủ cạnh tranh. Bằng cách cung cấp các sản phẩm sáng tạo, trải nghiệm phù hợp hoặc các hoạt động bền vững, các thương hiệu có thể tạo ra bản sắc riêng biệt phù hợp với đối tượng mục tiêu của họ. 

Tối đa hóa trải nghiệm của khách hàng

Theo Cappasity, 95% người trả lời thích trải nghiệm 3D tương tác hơn là phát lại video. Bằng cách tập trung vào số hóa và khác biệt hóa, các thương hiệu có thể tận dụng thông tin chi tiết dựa trên dữ liệu để cung cấp các dịch vụ được thiết kế riêng và trải nghiệm khách hàng đặc biệt. Điều này không chỉ nâng cao sự hài lòng và lòng trung thành của khách hàng mà còn thúc đẩy tăng trưởng kinh doanh và khả năng cạnh tranh. 

Tiết kiệm thời gian và chi phí

Các bản vẽ hoặc mô hình 3D giúp doanh nghiệp thử nghiệm ý tưởng trước khi sản xuất thực tế, từ đó tiết kiệm chi phí chỉnh sửa và nguyên liệu. Phát hiện và xử lý các vấn đề thiết kế ngay từ sớm, giảm rủi ro trong giai đoạn sản xuất. 

Mở khóa tiềm năng đổi mới

Công nghệ 3D khuyến khích các thương hiệu áp dụng văn hóa đổi mới và khám phá những ranh giới mới. Bằng cách chủ động tìm kiếm các cơ hội đột phá, đầu tư vào nghiên cứu và phát triển và thúc đẩy quan hệ đối tác, các tổ chức có thể mở khóa tiềm năng đổi mới của mình. Điều này mở ra con đường để tạo ra các sản phẩm, dịch vụ và mô hình kinh doanh đột phá có thể cách mạng hóa các ngành công nghiệp. 

Công nghệ 3D không chỉ là tương lai, mà còn là giải pháp cho hiện tại. Với những lợi ích vượt trội, công nghệ này không ngừng khẳng định vị thế trong việc nâng cao hiệu suất, thúc đẩy sáng tạo và mang lại giá trị thực tiễn cho cộng đồng. 

Doanh nghiệp sẽ tận dụng như thế nào để tạo nên khác biệt trong công việc và cuộc sống? Liên hệ ngay với VR360 để được tư vấn miễn phí giải pháp phù hợp với lĩnh vực kinh doanh của bạn.