Người Việt Nam đầu tiên dựng mô hình 3D cho hang Sơn Đoòng - Kỳ quan thiên nhiên của thế giới mới

Bảo tồn di sản dưới dạng số, xây dựng mô hình 3D của hang Sơn Đoòng, thu thập số liệu phục vụ canh tác nông nghiệp sử dụng kỹ thuật trắc địa bản đồ tiên tiến … đó là những gì mà nhóm của anh Hoàng Dũng – người sáng lập Công ty TNHH ANTHI Việt Nam đã thực hiện. Những công việc này tưởng chừng chỉ các công ty quốc tế mới có thể hoàn thành, nhưng nhóm của anh Dũng đã khẳng định được rằng, Việt Nam có thể bắt kịp công nghệ thế giới.

Từng kinh qua nhiều vị trí, công việc liên quan đến kỹ thuật công nghệ trắc địa và đo đạc bản đồ, viễn thám từ những năm 1995, đến khi tự mình khởi nghiệp, anh Hoàng Dũng đã đưa nhiều thiết bị công nghệ mới trong ngành trắc địa, viễn thám vào Việt Nam.

Với việc sớm tiếp cận công nghệ mới, anh Dũng và đồng nghiệp đã có nhiều đề xuất trong việc thay đổi và ứng dụng công nghệ mới vào thực tiễn. Nhờ đó mà Công ty TNHH ANTHI Việt Nam nhận được sự tin tưởng và đảm nhiệm nhiều dự án mang dấu ấn không chỉ trong nước mà còn ở nước ngoài.

Lần đầu “vẽ” lên kỳ quan thế giới mới.

PV: Là hang động lớn nhất thế giới, chắc hẳn dự án lập mô hình 3D cho hang Sơn Đoòng là một thách thức đối với nhóm của ANTHI Việt Nam. Vậy nhóm của anh nhận công việc này trong bối cảnh nào?

Chúng tôi rất may mắn khi được Đài THVN lựa chọn để cùng thực hiện chương trình VTV đặc biệt mang tên “Bản hòa tấu Sơn Đoòng”. Phía VTV mong muốn làm thế nào phải dựng được phim về hang động lớn nhất thế giới này. Còn về phía ANTHI Việt Nam thì lại đặt mục tiêu dựng được bản đồ và mô hình 3D chính xác của hang Sơn Đoòng.

Chúng tôi nghĩ rằng, đây là một hang động của Việt Nam nhưng mọi thông tin từ trước đến nay lại do nước ngoài cung cấp. Bản đồ đầu tiên của hang Sơn Đoòng cũng do đoàn khảo sát hang động của Anh thực hiện bằng máy laser cầm tay đo đơn điểm. Với kĩ thuật công nghệ hiện tại, chúng tôi có thể làm tốt hơn và nhận lời dựng bản đồ và mô hình 3D cho hang Sơn Đoòng.

PV: Trước khi nhận dự án này, anh đã có hiểu biết về địa danh này hay không và nhận thấy được những khó khăn gì có thể gặp phải?

Khi thực hiện dự án, chúng tôi xác định phải sử dụng những trang thiết bị để khi công bố quốc tế, các nhà khoa học sẽ công nhận tính xác thực đối với số liệu được tạo ra, đặc biệt là độ chính xác. Sau một thời gian cân đối kĩ thuật công nghệ thì chúng tôi quyết định sử dụng kỹ thuật quét laser 3D mặt đất, với hai máy đo có khoảng cách hiệu quả khác nhau, máy thứ nhất có khả năng quét xa 350 mét và máy thứ hai có khoáng cách quét 130 mét, cùng với các thiết bị đo khoảng cách hỗ trợ khác để đảm bảo khả năng kết nối các điểm quét độc lập lại để tạo thành mô hình tổng thể của hang.

Để hoàn thành việc thu thập số liệu thực địa, chúng tôi đã vào hang Sơn Đoòng tới hai lần, một lần vào cửa trước và lần thứ hai là cửa sau. Trong chuyến đi thứ nhất, chúng tôi và làm đoàn phim đã ở trong hang 7 đêm 8 ngày. Ban ngày đi quét thu thập số liệu, tối sẽ tiến hành nắn ghép và xử lý dữ liệu sơ bộ để đảm bảo quét bổ sung số liệu cho ngày hôm sau đối với các khu vực khuyết thiếu. Toàn bộ chuyến đi đều thực hiện dưới sự giám sát hướng dẫn của chuyên gia người Anh, khu vực nào được dùng ánh sáng, dùng ở mức độ bao nhiêu đều phải theo hướng dẫn của họ.

Sau khi hoàn thành chuyến đi, tôi cũng viết bài về chuyến đi và kết quả làm việc trên một số tạp chí quốc tế và được mời sang Phần Lan để công bố kết quả đấy. Mọi người làm nghề cũng ngạc nhiên vì có một nhóm ở Việt Nam làm được việc này.

PV: Ngoài dự án này, nhóm của anh đã thực hiện được sản phẩm nào trong lĩnh vực bảo tồn di sản hay chưa?

Chúng tôi đã từng thực hiện làm mô hình 3D cho nhiều di tích, di sản như Hoàng thành Thăng Long, khu di tích phát lộ tại đường cao tốc Đà Nẵng – Quảng Ngãi, địa đạo Vịnh Mốc, Chùa cầu Hội An, Bảo vật Quốc gia và Hiển Lâm Các Huế …

Trong lĩnh vực bảo tồn, ngay từ những năm 2012 chúng tôi đã chủ động đề xuất với UNESCO và các cơ quan chức năng của Việt Nam cùng thực hiện đề án ứng dụng công nghệ cao trong thu thập và xây dựng dữ liệu 3D hoàn chỉnh về các công trình di sản của Việt Nam. Kết hợp với sự phát triển của công nghệ hiện đại và một số đối tác triển khai trong thời gian qua, chúng tôi đã thành lập một nhóm nghiên cứu độc lập, đầu tư những trang thiết bị và công nghệ hiện đại nhất đồng thời, chủ động tiến hành các công trình thử nghiệm, đánh giá hiệu quả cũng như khả năng triển khai mở rộng.

Mục đích và nhiệm vụ cơ bản của Đề án này là bảo tồn các Di sản Văn hoá dưới dạng số thông qua việc thu thập, lưu trữ thông minh và cung cấp khả năng truy cập, chia sẻ cơ sở dữ liệu thu được từ máy quét laser 3D, mô hình dạng số, tài liệu và văn bản mô tả ... kết hợp với những kỹ thuật, công nghệ tiên tiến khác.

Phát triển các mô hình ứng dụng dẫn xuất từ cơ sở dữ liệu, phục vụ cho các mục đích khác như: Kết nối các nhà nghiên cứu lịch sử và văn hoá trên toàn thế giới, quảng bá du lịch Di sản, giáo dục đào tạo, hỗ trợ chuyển giao công nghệ và phát triển kinh tế du lịch ngay tại Di sản.

 anh Hoàng Dũng – người sáng lập Công ty TNHH ANTHI Việt Nam. 

Bắt kịp thế giới về kĩ thuật trắc địa

PV: Những công nghệ được sử dụng trong các dự án nói trên dường như đều là công nghệ dùng trong trắc địa bản đồ. Vậy cho đến nay kĩ thuật dùng trong trắc địa đã phát triển đến mức nào?

Bản chất và nguyên lý của trắc địa bản đồ thì không có sự thay đổi, nhưng những công cụ để thực hiện thì liên tục có sự đổi mới và nâng cấp. Ở thời điểm hiện tại, theo đánh giá của tôi chúng ta có thể vận hành một cách có hiệu quả 3 kỹ thuật phục vụ được cho rất nhiều lĩnh vực ứng dụng thực tiễn bao gồm: Thứ nhất là kỹ thuật định vị toàn cầu bằng vệ tinh GNSS, thứ 2 là máy bay không người lái UAV và quét laser 3D như chúng tôi đã dùng để xây dựng mô hình hang Sơn Đoòng là kĩ thuật thứ 3. Có thể nói đây đều là những kỹ thuật đóng góp rất lớn vào sự thay đổi và phát triển của ngành trắc địa bản đồ từ trước đến nay. VềnNguyên lý thì nó giống hệt ngày xưa nhưng kĩ thuật phục vụ nguyên lý đó lại có sự phát triển rất nhanh.

Trước đây chính xác nhất vẫn là các phương pháp trắc địa dùng máy toàn đạc, nhưng ngày nay chúng ta có nhiều phương pháp đo để đạt được độ chính xác tốt không kém. Với những người ngoại đạo, chúng ta chỉ cần hình dung rằng trắc địa sẽ giúp định hình và tạo ra nền tảng không gian phục vụ cho tất cả các ứng dụng khác như xây dựng, giao thông, nông nghiệp, lâm nghiệp … và một trong những bước tiến quan trọng ở thời điểm này mà chúng ta cần lưu ý, đó là bước chuyển từ các thiết bị giúp đo đạc thu số liệu đơn điểm sang các thiết bị có khả năng tạo ra số liệu đám mây điểm điểm (Point Cloud), trước đây chúng ta đo ít điểm sau đó về nội suy để tăng dày điểm lên, giờ chúng ta đo nhiều điểm và sẽ lọc bớt đi khi sử dụng, ngược lại hoàn toàn với nhau.

PV: Anh có thể giải thích kĩ hơn về kĩ thuật quét laser 3D mà ANTHI Việt Nam đã dùng để lập mô hình của hang Sơn Đoòng và bảo tồn di tích được không?

Kĩ thuật quét laser 3D cũng là sự thay đổi lớn trong lĩnh vực đo đạc bản đồ của chúng tôi. Nguyên lý của kĩ thuật quét laser 3D rất đơn giản, nó là thiết bị phát tia laser có khả năng quay 360 độ theo chiều ngang, và lên tới 320 độ theo chiều đứng. Để dễ hình dung về năng lực tuyệt vời của máy quét laser 3D, tôi xin đưa một ví dụ thế này, theo phương pháp đo đạc truyền thống chúng tôi thường lập các đội đo với 2 người đi gương và 1 người đứng máy toàn đạc nếu một ngày làm việc hiệu quả nhất thì có thể đo được 1.000 điểm. Còn với máy quét laser 3D ư, bạn có biết không có những máy thế hệ mới có khả năng đo được tới 1.2 triệu điểm đo 3D mỗi giây và khoảng cách xa nhất một máy quét laser có thể thực hiện lên tới 6.000 mét.

Công nghệ quét laser 3D cũng sẽ không giới hạn bằng điểm đo đơn lập nữa, ví dụ trước đây chúng ta sẽ đo 4 điểm góc để dựng lên một ngôi nhà dạng 2D rên bản đồ hay giấy chứng nhận quyền sử dụng đất, nhưng nay với máy quét laser 3D chúng ta có khả năng dựng lại nguyên trạng cả ngôi nhà đó chứ không đơn thuần là kích thước và hơn thế nữa nếu có máy in 3D, chúng ta có thể in cả ngôi nhà đó ra được.

PV: Sự phát triển của công nghệ ngành đo đạc bản đồ còn có thể ứng ứng dụng như thế nào trong thực tiễn không?

Cần phải nhìn nhận rằng đo đạc bản đồ là hợp phần mang tính nền tảng để định hình gần như tất cả các ứng dụng trong thực tiễn, chúng ta không thể xây dựng một công trình giao thông hay toà nhà mà không có kỹ thuật trắc địa được, chúng ta xây dựng thành phố thông minh mà bỏ qua cơ sở dữ liệu địa không gian do các kỹ thuật đo đạc bản đồ tạo ra thì đơn giản thành phố thông minh đó chỉ thể hiện qua hệ thống camera, nếu chúng ta có được một cơ sở dữ liệu địa không gian tốt thì khả năng cảnh bá và xử lý hậu quả thiên tai sẽ đỡ hơn rất nhiều, ngay như hiện tại chúng tôi đang triển khai một dự án làm nông nghiệp truyền thống nhưng sẽ có sự khác biệt bởi dự án được phát triển và phân tích trên nền tảng số liệu đo đạn bản đồ chi tiết. Đó là một số ví dụ điển hình, tuy nhiên trong thực tiễn, đo đạc bản đồ có vai trò đặc biệt quan trọng.

Tôi sẽ lấy ví dụ như thế này cho dễ hình dung, sự xuất hiện của kỹ thuật định vị toàn cầu bằng vệ tinh GPS (ngày nay là GNSS) vào đầu những năm 90 là bước nhảy vọt về công nghệ, trước thời điểm này chúng ta chỉ có thể đo được hai điểm khi và chỉ khi các điểm nhìn thấy nhau, hay còn gọi là thông hướng nhưng khi máy định vị vệ tinh GPS xuất hiện, chúng ta có thể thực hiện các phép đo với cạnh dài lên tới hàng trăm kilomet, chúng ta có thể đo nối từ đất liền ra đảo các đảo thuộc quần đảo Trường Sa. Sau 30 năm, một chiếc máy định vị vệ tinh cân nặng hơn 10kg giờ chỉ còn là một thiết bị nằm gọn trong lòng bàn tay được tích hợp với chiếc điện thoại như điện thoại mà bạn đang sử dụng.

Chẳng hạn trong quản trị thành phố thông minh, bạn có biết chỉ với một thiết bị định vị nằm gọn trong bàn tay cũng dễ dàng thực hiện công tác theo dõi và quản lý hạ tầng. Tôi lấy ví dụ thế này, một đội duy tu đèn chiếu sáng đô thị, trước khi ra thực địa, toàn bộ các vị trí cột đèn cần kiểm tra sẽ được tải lên thiết bị định vị GNSS cầm tay, thiết bị này sẽ hướng dẫn kỹ thuật viên hiện trường tới đúng các cột đèn cần kiểm tra, khi tới vị trí máy sẽ hiển thị đủ thông tin liên quan như vị trí, loại cột, chiều cao cột, loại đèn chiếu sáng, lịch bảo dưỡng sửa chữa và đặc biệt là các thông tin này sẽ được cập nhật bởi chính người điều khiển một cách dễ dàng. Trong quản trị thành phố thông minh, những thiết bị như thấy này thực sự cần thiết bởi nó sẽ giúp chúng ta tiết kiệm rất nhiều thời gian.

Với công nghệ quét laser 3D thì sao? Chúng tôi đã thử nghiệm và xây dựng các tài liệu kỹ thuật, báo cáo kiểm tra khả năng sử dụng máy quét laser 3D trong việc thu thập hiện trường tai nạn giao thông, bình thường các vụ tai nạn giao thông sẽ cần từ 1 đến 3 giờ đo vẽ hiện trường để lập hồ sơ và giao thông chỉ trở lại bình thường sau khi hồ sơ hoàn tất và giải phóng phương tiện. Điều đó đồng nghĩa với việc có những cung đường hoặc nhiều cung đường sẽ bị ách tách do phải chặn hoặc hạn chế phương tiện qua lại tại điểm tại nạn xảy ra. Nhưng nếu chúng ta sử dụng máy quét laser 3D thay thế cho việc đo vẽ hiện trường tai nạn giao thông bằng tay, thời gian chỉ cần từ 20 đến 30 phút là đã giải phóng được phương tiện, giảm thiểu thời gian tắc đường. Tuy nhiên, như tôi đã đề cập ở trên, cái khó mà những đơn vị đi tiên phong về kỹ thuật công nghệ thường gặp phải ở Việt Nam đó chính là các văn bản hướng dẫn và định mức kinh tế.

Ứng dụng quét 3D lưu dũ liệu về lầu bát giác tại Chùa Láng (Hà Nội).

PV: Việc phát triển các kĩ thuật này hỗ trợ cho người làm trong ngành đo đạc bản đồ như thế nào?

Trước đây trong lĩnh vực đo đạc bản đồ, thời gian chúng tôi làm trên thực địa rất nhiều cơ bản là trên thực địa. Nhưng với những kỹ thuật công nghệ đã đề cập ở trên, chúng sẽ giúp giảm tối đa thời gian trên thực địa và thay vì trên thực địa vất vả thì sẽ làm việc trong phòng, giảm thời gian thực địa tức là tiết kiệm được kinh phí, giảm số lượng nhân công, nâng cao hệ số an toàn, đảm bảo độ chính xác và tính đồnh nhất của số liệu.

Phần mềm cũng là một trong những khía cạnh công nghệ có sự thay đổi rất lớn trong thời gian qua, các nguyên lý trắc địa, đo đạc bản đồ, các quy trình xử lý số liệu, ứng dụng … đều được thực thi một cách nhanh chóng, tự động. Đó là một mối liên hệ rất tốt, kĩ thuật công nghệ làm giảm thời gian ở ngoài thực địa, chuyển vào trong phòng và có công nghệ phần mềm và kĩ thuật của máy tính bây giờ hỗ trợ công việc ở trong phòng một cách tự động và hiệu quả trên nền tảng năng lực xử lý của các máy tính thế hệ mới.

PV: Việc ứng dụng các thiết bị công nghệ mới trong lĩnh vực đo đạc bản đồ hiện tại có gặp khó khăn gì không?

Cái khó nhất mà chúng tôi gặp phải khi cố gắng ứng dụng các kỹ thuật công nghệ mới trong lĩnh vực đo đạc bản đồ như tôi nhận thấy đó chính là hệ thống các văn bản pháp luật hướng dẫn, định mức kĩ thuật, định mức kinh tế do cơ quan quản lý nhà nước ban hành, nếu không có những văn bản này thì việc ứng dụng kỹ thuật quét laser 3D hay máy bay không người lái UAV rất khó để có thể tham gia một cách chính thức vào các công trình của nhà nước. Các quốc gia khác như Singapore, Malaysia, Thái Lan, bạn sẽ thấy không khó để thấy việc ứng dụng rộng rãi những kỹ thuật này, cá nhân tôi rất mong chúng ta sẽ làm được điều tương tự tại Việt Nam, thay vì đang đi thụt lùi trong lĩnh vực này so với các quốc gia Đông Nam Á khác đã từng xếp sau chúng ta trong công nghệ đo đạc bản đồ vào những năm 90 của thế kỷ trước.

Đoàn công tác quét 3D toàn bộ hang Sơn Đoòng.

PV: Vì sao chúng ta không thể áp dụng cái mới khi mà những công nghệ đó có tính ứng dụng cao trong thực tiễn như vậy? Nó có liên quan đến chi phí sử dụng hay không?

Chi phí khi đưa công nghệ mới vào sử dụng ban đầu rất là khá lớn, nếu chỉ xét về kinh phí đầu tư thì mọi người sẽ không lựa chọn công nghệ mới, vì chúng ta vẫn thừa người để sử dụng công nghệ cũ. Tuy nhiên, chỉ cần chúng ta thay đổi tiêu chuẩn, kĩ thuật hoặc yêu cầu dữ liệu thay vì số liệu đơn thuần thì nhiều kỹ thuật công nghệ đo đạc bản đồ cũ khó mà đáp ứng được và khi không đáp ứng được thì bắt buộc phải chuyển đổi sang công nghệ mới phù hợp thôi. Giả sử yêu cầu đạc dựng lại mô hình 3D hoàn chỉnh của một ngôi đình cổ, rõ ràng phương cũ vẫn làm được, họ có thể ngồi vẽ từng viên ngói, đo từng cái cột, vẽ từng viên gạch… tiêu tốn rất nhiều thời gian chưa nói đến độ chính xác và tính đồng nhất. Ngược lại, kỹ thuật quét laser 3D sẽ giúp chúng ta xây dựng toàn bộ ngoi đình một cách chính xác, nhanh và đặc biệt chi tiết và cho phép thành lập các bản vẽ 2D bất kể khu vực nào, cao độ nào của ngôi đình đó.

Kinh nghiệm triển khai của chúng tôi cho thấy, nếu cần giảm giá thành thì có thể giảm được. Vì khi chúng ta đã giảm được thời gian làm việc thì cũng đồng nghĩa là giảm chi phí đi rất nhiều. Nhưng điều to lớn mà kỹ thuật công nghệ mới mang lại cho chúng ta, ví dụ như công nghệ quét laser 3D hay máy bay không người lái UAV chính là cơ sở dữ liệu hoàn chỉnh và khi có cơ sở dữ liệu rồi thì việc trích xuất dữ liệu phục vụ ứng dụng là điều hết sức đơn giản.

Tôi lấy ví dụ thế này, chúng ta đặt ra yêu cầu làm bản đồ cảnh báo thiên tai là định hướng đúng, nhưng thay vì làm bản đồ chúng ta hay nghĩ tới việc làm ra cơ sở dữ liệu, khi có cơ sở dữ liệu rồi thì bản đồ cũng chỉ là một sản phẩm dẫn xuất từ đó mà thôi. Đối với người dân, chúng ta cũng không thể mong đợi tất cả đều có khả năng đọc và hiểu được các nội dung trên bản đồ, nếu có làm ra bản đồ và phát cho người dân thì cũng chưa chắc đã giải quyết được vấn đề cảnh báo thiên tai, làm ra bản đồ quan trọng nhưng quan trọng hơn là khả năng tiếp cận và hiểu được bản đồ của số đông. Tôi còn nhớ năm 2018 khi sự cố sạt lở xảy ra tại Trạm Tấu, Yên Bái chúng tôi đã đưa thiết bị nay không người lái UAV vào thu thập số liệu và chỉ trong thời gian ngắn, lãnh đạo các sở ban ngành liên quan của tỉnh Yên Bái đã có cái nhìn toàn cảnh về các điểm trượt lở, tuyến đường bị ảnh hưởng và hướng tối ưu để tiếp cận khu vực bị cô lập.

Chùa Cầu - Hội An được số hóa.

PV: Vậy chúng ta cần làm gì để khắc phục những rào cản giữa công nghệ và ứng dụng thực tiễn như hiện nay?

Năm 2012, chúng tôi là đơn vị thứ hai đưa máy quét laser 3D khoảng cách dài về Việt Nam, chỉ sau Học viện Kĩ thuật Quân sự. Khi chúng tôi tìm hiểu về kỹ thuật này thì được nhà sản xuất báo tại Việt Nam đã có hệ thống thiết bị tiên tiến này từ trước thời điểm 2012 khá lâu, điều này chứng tỏ Việt Nam cũng bắt kịp công nghệ của thế giới nhưng chưa ứng dụng được nhiều trong thực tiễn.

Từ khi đưa được máy quét laser 3D mặt đất về Việt Nam, bên cạnh việc chủ động tìm kiếm khách hàng ứng dụng, chúng tôi cũng đã đề xuất với cơ quan quản lý nhà nước trong lĩnh vực này để cùng tham gia xây dựng hướng dẫn kỹ thuật, quy trình công nghệ cũng như dựng định mức kinh tế để làm sao nhanh chóng ứng dụng được kỹ thuật tiên tiến này vào thực tiễn. Bạn cũng hình dung rằng, rào cản này chính là bức tường ngăn cách khả năng áp dụng kỹ thuật công nghệ cao trong các dự án của nhà nước, bởi không có định mức thì không thể có được giá thành mà không có giá thành thì không thể triển khai được đối với các công trình sử dụng vốn ngân sách.

Tuy nhiên có một tín hiệu mừng đó là với kĩ thuật UAV, tôi biết được là chúng ta sắp có những hướng dẫn, định mức cụ thể do một số đơn vị chức năng của Bộ Tài nguyên và Môi trường chủ trì. Đó chính là việc cần làm để gỡ nút thắt trong việc áp dụng kỹ thuật công nghệ mới tại Việt Nam, chúng ta thường nói nhiều nhưng lại không mấy để ý tới rào cản chính là hướng dẫn và định mức kinh tế kỹ thuật, công nghệ mới chỉ có áp dụng rộng rã mới phát huy hết tác dụng.

Trong quý I năm 2021 này, chúng tôi dự kiến sẽ phối hợp với một số các cơ quan đơn vị trong nước để cùng nhau tổ chức một hội thảo khoa học để đánh giá và xem xét đúng mức vai trò của số liệu địa không gian trong phát triển thành phố thông minh tại Việt Nam. Chúng ta đang đẩy nhanh tốc độ phát triển thành phố thông minh, tuy nhiên vai trò của cơ sở dữ liệu địa không gian dường như chưa được quan tâm đúng mức.

PV: Xin cảm ơn anh về cuộc trò chuyện!

Phong Lê