Thế giới mô hình 3D đang đứng trước một cuộc cách mạng, nơi thị giác không còn là giác quan độc tôn. Giới công nghệ toàn cầu, vốn quen thuộc với những tiến bộ trong đồ họa máy tính cho Hollywood hay thiết kế sản phẩm, giờ đây phải hướng sự chú ý đến một khía cạnh thường bị lãng quên: cảm giác chạm. Các công cụ hiện tại, dù mạnh mẽ trong việc tái tạo màu sắc và hình dạng từ văn bản hoặc hình ảnh, vẫn còn một khoảng cách lớn với thực tế do bỏ qua thuộc tính xúc giác – yếu tố then chốt trong trải nghiệm của con người. Chính trong bối cảnh đó, hệ thống TactStyle từ các nhà nghiên cứu tại Phòng thí nghiệm Khoa học Máy tính và Trí tuệ Nhân tạo (CSAIL) của MIT đã ra đời, hứa hẹn mang đến một kỷ nguyên mới cho việc tạo dựng đối tượng 3D với độ chân thực chưa từng có.
Key Takeaways
- TactStyle là một hệ thống mới từ MIT CSAIL giúp tạo mô hình 3D với cảm giác chạm chân thực.
- Công nghệ hiện tại còn hạn chế trong việc tái tạo các thuộc tính xúc giác của vật thể.
- TactStyle sử dụng hình ảnh để tạo ra cả hình thức trực quan và đặc tính xúc giác cho mô hình 3D.
- Ứng dụng của TactStyle rất đa dạng, từ thiết kế sản phẩm đến giáo dục và nghiên cứu.
- TactStyle vượt trội so với các phương pháp truyền thống bằng cách sử dụng AI để tạo trường độ cao từ hình ảnh.
Khi “chạm” định nghĩa lại thế giới ảo
Trong cuộc sống thực, sự độc đáo của mỗi vật thể không chỉ nằm ở vẻ ngoài mà còn ở đặc tính xúc giác của nó: độ nhám, sự gồ ghề, hay cảm giác khi chạm vào gỗ, đá. Đây là những yếu tố mà các phương pháp mô hình hóa 3D hiện hành thường gặp khó khăn trong việc tái tạo một cách trực quan và dễ tiếp cận. Đa phần chúng đòi hỏi kiến thức chuyên sâu về thiết kế có sự hỗ trợ của máy tính (CAD) và hiếm khi hỗ trợ phản hồi xúc giác, vốn đóng vai trò quan trọng trong cách chúng ta nhận thức và tương tác với thế giới vật lý.
Thực tế cho thấy, việc thiếu vắng cảm giác chạm khiến cho các mô hình 3D, dù chi tiết đến đâu, vẫn chỉ là những cái bóng vô hồn của vật thể thực.
Rào cản của công nghệ hiện tại
Các hệ thống hiện tại thường tập trung vào việc diễn giải các gợi ý (prompts) bằng văn bản hoặc hình ảnh để xác định các khía cạnh thị giác như màu sắc và hình dạng. Dù đây là một điểm khởi đầu hợp lý, sự giới hạn về tính hiện thực trở nên rõ ràng khi yếu tố xúc giác bị bỏ qua. Việc mô phỏng bề mặt vật liệu, từ sự mịn màng của lụa đến sự thô ráp của bê tông, đòi hỏi một cách tiếp cận phức tạp hơn nhiều so với chỉ đơn thuần là tái tạo hình ảnh.
TactStyle: Đột phá từ hình ảnh đến cảm giác
Nhận thức rõ những hạn chế này, đội ngũ tại CSAIL đã phát triển TactStyle, một hệ thống tiên phong cho phép tạo kiểu mô hình 3D sử dụng gợi ý hình ảnh, sao chép hiệu quả cả hình thức trực quan lẫn thuộc tính xúc giác.
Đây không chỉ là một bước tiến về mặt kỹ thuật mà còn là một sự thay đổi trong tư duy thiết kế, đặt trải nghiệm xúc giác ngang hàng với trải nghiệm thị giác.
Cơ chế hoạt động và sự khác biệt
Công cụ TactStyle cho phép các nhà sáng tạo tạo kiểu cho mô hình 3D dựa trên hình ảnh, đồng thời tích hợp các thuộc tính xúc giác dự kiến của kết cấu đó. Điểm mấu chốt của TactStyle là khả năng tách biệt quá trình tạo kiểu trực quan và hình học. Điều này cho phép hệ thống tái tạo cả đặc tính thị giác lẫn xúc giác từ một đầu vào hình ảnh duy nhất. Faraz Faruqi, nghiên cứu sinh tiến sĩ và tác giả chính của công trình nghiên cứu về dự án này, nhấn mạnh rằng sự đổi mới cốt lõi nằm ở mô-đun tạo kiểu hình học. Mô-đun này sử dụng một mô hình khuếch tán (diffusion model) đã được tinh chỉnh để tạo ra các “trường độ cao” (heightfield) từ hình ảnh kết cấu – một điều mà các khung tạo kiểu trước đây chưa thể sao chép chính xác.
Để đạt được điều này, TactStyle tận dụng một phương pháp có sẵn mang tên “Style2Fab” để điều chỉnh các kênh màu của mô hình nhằm khớp với phong cách trực quan của hình ảnh đầu vào. Người dùng trước tiên cung cấp một hình ảnh của kết cấu mong muốn. Sau đó, một bộ tự mã hóa biến đổi (variational autoencoder) được tinh chỉnh sẽ được sử dụng để dịch hình ảnh đầu vào thành một trường độ cao tương ứng. Trường độ cao này sau đó được áp dụng để sửa đổi hình học của mô hình, từ đó tạo ra các thuộc tính xúc giác.
Ứng dụng không giới hạn: Từ đời sống đến giáo dục
Tiềm năng ứng dụng của TactStyle là vô cùng rộng lớn, vượt xa những gì chúng ta có thể hình dung ban đầu. Faraz Faruqi chia sẻ rằng công nghệ này có thể cách mạng hóa nhiều lĩnh vực, từ trang trí nội thất, phụ kiện cá nhân cho đến các công cụ học tập xúc giác.
Cá nhân hóa và thiết kế sản phẩm
Người dùng có thể tải xuống một thiết kế cơ bản – ví dụ, một chiếc đế giữ tai nghe từ nền tảng chia sẻ mô hình 3D như Thingiverse – và tùy chỉnh nó với phong cách và kết cấu mà họ mong muốn. Trong lĩnh vực thiết kế sản phẩm, việc tạo mẫu nhanh (rapid prototyping) trở nên dễ dàng hơn khi các nhà thiết kế có thể nhanh chóng in nhiều phiên bản để tinh chỉnh các phẩm chất xúc giác, một yếu tố quan trọng trong trải nghiệm người dùng. “Bạn có thể tưởng tượng việc sử dụng hệ thống này cho các vật dụng thông thường, như đế điện thoại và hộp đựng tai nghe, để tạo ra các kết cấu phức tạp hơn và tăng cường phản hồi xúc giác theo nhiều cách khác nhau,” Faruqi cho biết.
Đột phá trong giáo dục và nghiên cứu
Trong giáo dục, người học có thể khám phá các kết cấu đa dạng từ khắp nơi trên thế giới mà không cần rời khỏi lớp học. “Bạn có thể tạo ra các công cụ giáo dục xúc giác để minh họa một loạt các khái niệm khác nhau trong các lĩnh vực như sinh học, hình học và địa hình học,” Faruqi giải thích thêm.
Điều này mở ra một phương pháp tiếp cận kiến thức mới, trực quan và sinh động hơn rất nhiều.
Vượt qua rào cản của phương pháp truyền thống
Các phương pháp truyền thống để sao chép kết cấu thường liên quan đến việc sử dụng các cảm biến xúc giác chuyên dụng – chẳng hạn như GelSight, một công nghệ cũng được phát triển tại MIT – để chạm vật lý vào một đối tượng và ghi lại vi hình học bề mặt của nó dưới dạng “trường độ cao”. Tuy nhiên, điều này đòi hỏi phải có một đối tượng vật lý hoặc bề mặt đã được ghi lại của nó để sao chép. TactStyle cho phép người dùng sao chép vi hình học bề mặt bằng cách tận dụng AI tạo sinh để tạo ra một trường độ cao trực tiếp từ hình ảnh của kết cấu.
Hơn nữa, đối với các nền tảng như kho lưu trữ in 3D Thingiverse, việc lấy các thiết kế riêng lẻ và tùy chỉnh chúng là một thách thức. Thực tế, nếu người dùng thiếu nền tảng kỹ thuật đủ, việc thay đổi một thiết kế theo cách thủ công có nguy cơ “làm hỏng” nó, khiến nó không thể in được nữa. Tất cả những yếu tố này đã thúc đẩy Faruqi nghiên cứu xây dựng một công cụ cho phép tùy chỉnh các mô hình có thể tải xuống ở cấp độ cao, nhưng vẫn bảo toàn được chức năng.
Trong các thí nghiệm, TactStyle đã cho thấy những cải tiến đáng kể so với các phương pháp tạo kiểu truyền thống bằng cách tạo ra các mối tương quan chính xác giữa hình ảnh trực quan của kết cấu và trường độ cao của nó. Một thí nghiệm tâm vật lý cho thấy người dùng cảm nhận các kết cấu do TactStyle tạo ra tương tự như cả các thuộc tính xúc giác mong đợi từ đầu vào trực quan và các đặc điểm xúc giác của kết cấu gốc, dẫn đến trải nghiệm xúc giác và thị giác thống nhất.
Hướng tới tương lai: Những chân trời mới
Nhìn về phía trước, Faruqi cho biết nhóm nghiên cứu đặt mục tiêu mở rộng TactStyle để tạo ra các mô hình 3D hoàn toàn mới bằng cách sử dụng AI tạo sinh với các kết cấu được nhúng sẵn. Điều này đòi hỏi phải khám phá chính xác loại quy trình cần thiết để sao chép cả hình thức và chức năng của các mô hình 3D đang được chế tạo. Họ cũng có kế hoạch điều tra “sự không khớp giữa thị giác và xúc giác” (visuo-haptic mismatches) để tạo ra những trải nghiệm mới lạ với các vật liệu thách thức những kỳ vọng thông thường, ví dụ như một thứ gì đó trông giống như làm bằng đá cẩm thạch nhưng khi chạm vào lại có cảm giác như gỗ. Công trình nghiên cứu này có sự hợp tác của nhiều nhà khoa học uy tín, bao gồm Giáo sư Stefanie Mueller của MIT, các nghiên cứu sinh Maxine Perroni-Scharf và Yunyi Zhu, cùng các cộng sự khác.
Kết luận
TactStyle không chỉ đơn thuần là một công cụ kỹ thuật mới; nó đại diện cho một bước nhảy vọt trong cách chúng ta hình dung và tương tác với thế giới số. Bằng cách tích hợp cảm giác chạm một cách tinh vi và trực quan, công nghệ này của MIT CSAIL đang mở đường cho vô số ứng dụng thực tiễn, từ việc nâng cao tính cá nhân hóa trong sản phẩm tiêu dùng đến việc tạo ra những phương pháp giáo dục nhập vai hơn. Sự hội tụ giữa thị giác và xúc giác trong mô hình 3D hứa hẹn sẽ xóa nhòa hơn nữa ranh giới giữa ảo và thực, mang đến những trải nghiệm phong phú và chân thực hơn bao giờ hết. Câu hỏi không còn là liệu công nghệ này có khả thi hay không, mà là khi nào nó sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong dòng chảy công nghệ toàn cầu.
