Số hóa bởi trung tâm học liệu
: 60-48-01
:
- 2013
i
Số hóa bởi trung tâm học liệu
15 9 năm 2013
Tác giả luận văn
iii
Số hóa bởi trung tâm học liệu
i
ii
ii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v
DANH MỤC CÔNG THỨC vii
1
3
3
3
3
1.1.3. Một số loại hệ thống thực tại ảo [6] 5
6
7
1.2. Các yếu tố trong mô phỏng lửa 8
8
9
1.2.3. Mô phỏng lửa 12
1.2.4. Ý nghĩa của việc mô phỏng lửa 14
16
16 v
Số hóa bởi trung tâm học liệu
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Hệ thống huấn luyện quân sự ảo 10
Hình 1.2. Hệ thống tập lái xe ảo 10
Hình 1.3. Hệ thống phẫu thuật ảo 11
Hình 1.4. Cháy rừng ở Tây Nguyên năm 2010 14
Hình 1.5. Cháy cây xăng Trần Hưng Đạo - Hà Nội năm 2013 15
Hình 2.1. Particle System phát ra các hạt dựa trên vùng diện tích và các
thuộc tính như vị trí, góc phóng, và vận tốc khác nhau một cách
ngẫu nhiên 20
Hình 2.2. Particle System với hình dạng cầu 22
Hình 2.3. Sự thay đổi về mầu sắc của lửa 23
Hình 2.4. Kỹ thuật Anti-Aliased (áp dụng trong hình bên phải) 25
Hình 2.5. Sự chết đi của hạt 26
Hình 2.6. Sơ đồ vòng đời của hạt trong Particle System 27
Hình 2.7. Các hạt được phát cùng số lượng và tốc độ 29
Hình 2.8. Các hạt được phát với số lượng và tốc độ một cách ngẫu nhiên 30
Hình 2.9. Các hạt được phát theo hướng thẳng đứng 30
Hình 2.10. Cấu trúc phân cấp của thành phần quản lý bộ phát 31
Hình 2.11. Ngọn lửa được mô phỏng mà không có sự kìm chế của các tác
động thực tế 33
Hình 2.12. Hình ảnh mô phỏng lửa bằng các hàm lượng giác 34
Hình 2.13. Mô phỏng các hạt di chuyển sau mỗi lần lặp đến các điểm áp
suất thấp gần nhất 35
Hình 2.14. Mô phỏng ngọn lửa theo phương pháp các hạt di chuyển về 1
Số hóa bởi trung tâm học liệu
.
.
g2
Số hóa bởi trung tâm học liệu
.
,
.
3 chương.
các yếu tố trong
T
.
Chương
G .
3
Số hóa bởi trung tâm học liệu
Chương 1: TRONG
video game.
(Immersion):
phần lớn vào cảm giác đắm chìm, cảm giác trở
thành một phần của hành động trên màn hình mà người sử dụng đang trải
nghiệm. Nhưng còn đẩy cảm giác này "thật" hơn nữa nhờ tác động
lên tất cả các kênh cảm giác của con người. Trong thực tế, người dùng không
những nhìn thấy đối tượng đồ họa 3D nổi, điều khiển (xoay, di chuyển, )
được đối tượng trên màn hình (như trong game), mà còn sờ và cảm thấy
chúng như có thật. Ngoài khả năng nhìn (thị giác), nghe (thính giác), sờ (xúc
giác), nhiều nghiên cứu hiện nay đã nghiên cứu để tạo các cảm giác khác như
ngửi (khứu giác), nếm (vị giác). Tuy nhiên hiện nay trong các cảm
giác này cũng ít được sử dụng đến.
(Imagination):
Tương tác và Đắm chìm mà n có 1 đặc
tín không chỉ là một hệ thống tương
tác Người- Máy tính, mà các ứng dụng của nó còn liên quan tới việc giải
quyết các vấn đề thật trong kỹ thuật, y học, quân sự, Các ứng dụng này do
các nhà phát triể thiết kế, điều này phụ thuộc rất nhiều vào khả
năng “tưởng tượng” của con người. Do đó có thể coi là tổng hợp
của 3 yếu tố: Tương tác- Đắm chìm- Tưởng tượng, (3 “I” trong tiếng
Anh: Interactive- Immersion- Imagination).
5
Số hóa bởi trung tâm học liệu
1.1.3. Một số loại hệ thống thực tại ảo [6]
Hệ thống Window on a World còn gọi là Desktop VR, là các chương
trình thực tại ảo chạy trên các máy tính cá nhân. Các hệ thống này ra đời từ
rất sớm, tuy nhiên chúng chỉ là các ứng dụng đồ hoạ máy tính nhỏ luôn gặp
phải khó khăn là làm thế nào để hình ảnh, âm thanh và các đối tượng hoạt
động như trong thực tế.
Hệ thống kết hợp các hình ảnh video với các hình ảnh đồ hoạ 2D làm
hữu trong thế giới ảo. Chẳng hạn như màn hình đội đầu HMD, chuột, các tai
nghe âm thanh nổi - và những thiết bị đầu vào có khả năng ghi nhận nơi người
sử dụng đang nhìn vào hoặc hướng đang chỉ tới, như thiết bị theo dõi gắn trên
đầu (head-trackers), găng tay hữu tuyến (wire-gloves).
Các thiết bị đầu ra (Output devices): gồm hiển thị đồ họa (như màn
hình, HDM, ) để nhìn được đối tượng 3D. Thiết bị âm thanh (loa) để nghe
được âm thanh vòm (như Hi-Fi, Surround, ). Bộ phản hồi cảm giác (Haptic
feedback như găng tay, ) để tạo xúc giác khi sờ, nắm đối tượng. Bộ phản hồi
xung lực (Force Feedback) để tạo lực tác động như khi đạp xe, đi đường xóc,
Bộ giả lập thực tại (reality simulator)
Là trái tim của hệ thống thực tại ảo, bao gồm hệ thống máy tính và
phần cứng ngoại vi, thiết bị đồ hoạ và multimedia; cung cấp cho bộ tác động
những thông tin giác quan cần thiết. Trong hệ thống mô phỏng cabin lái, thì
mô hình cabin là thành phần này.
Ứng dụng (application)
7
Số hóa bởi trung tâm học liệu
. Ví dụ như các ngôn ngữ (có
thể tìm miễn phí) Open GL, Open Scene Graph, Open SG, C++, Java 3 D,
VRML, X3D, hay các phần mềm thương mại như World Tool Kit, People
Shop,Ve Ga
, động lực học, và mô phỏng
ứng xử của đối tượng.
Tại các nước phát triển, chúng ta có thể nhận thấy được ứng
dụng trong mọi lĩnh vực: Khoa học kỹ thuật, kiến trúc, quân sự, giải trí, và
đáp ứng mọi nhu cầu: Nghiên cứu- Giáo dục- Thương mại.
Y học là lĩnh . Bên cạnh đó
.
: 3DSMax, Maya,
g
.
- :
),
10
Số hóa bởi trung tâm học liệu
Hình 1.1. Hệ thống huấn luyện quân sự ảo
- :
,
Hình 1.2. Hệ thống tập lái xe ảo
11
Số hóa bởi trung tâm học liệu
- Y học: Đây là lĩnh vực nhiều triển vọng của công nghệ mô phỏng, đặc
biệt là thực tại ảo. Hiện nay trên thế giới thì sự ứng dụng thực tại ảo vào y học
là rất phong phú, ta có thể kể đến một số ứng dụng sau: Trong phẫu thuật bác
sĩ đã có thể tiến hành các cuộc phẫu thuật trong môi trường ảo mà không cần
bệnh nhân mà vẫn như đang phẫu thuật trên bệnh nhân thật, họ cũng có thể
tiến hành các cuộc phẫu thuật từ xa thông qua các thiết bị của thực tại ảo.
Hình 1.3. Hệ thống phẫu thuật ảo
- Thiết kế: Với sự trợ giúp của công nghệ mô phỏng, trong thiết kế hiện
nay không chỉ đơn thuần là những thiết kế nữa mà nó tiến gần tới sản phẩm
thực. Không những con người có thể xem được hình ảnh trực quan của thiết
bị cần thiết mà thậm chí còn có khả năng đi vào, thậm chí là sử dụng các thiết
bị đó. Ví dụ với một cái ô tô người sử dụng không những được xem mọi ngóc
ngách của nó mà còn có thể lái thử xe trong môi trường ảo. Với một bản thiết
ánh sáng. Tuy nhiên, khi mô phỏng về lửa ta chỉ tập trung vào hình ảnh của
ngọn lửa, bởi mục đích chính là xây dựng một mô hình trực quan của lửa. Các
13
Số hóa bởi trung tâm học liệu
thuộc tính vật lý có thể được xác định bằng phương thức quang học dựa trên
mô hình đó. Phần lớn các mô hình đặc tả ngọn lửa như một vật chất phát ra
ánh sáng và có tính trong suốt cao (mặc định nó là môi trường không tán xạ).
Khi không có khói hay độ ẩm thì giả thiết này là có thể chấp nhận được.
Thể hiện ngọn lửa trong mô phỏng cần tạo ra một cảm giác trực quan
đúng đắn về tính động của nó. Hiện tại có rất nhiều mô hình được sử dụng để
mô phỏng lửa. Trong các mô hình cháy các tia lửa được mô phỏng khá thuyết
phục bằng cách sử dụng mô hình đơn giản của cơ chế đốt cháy hỗn hợp khí -
nhiên liệu cũng như bằng các mô hình thủ tục phức tạp hơn. Những mô hình
nắm bắt các chuyển động của ngọn lửa như các thuộc tính khuyếch tán, sự đối
lưu, sự nổ hay nhiễu loạn…
Tiến trình thể hiện hình ảnh ngọn lửa là vấn đề then chốt của mô phỏng
lửa, trong một thể thiện ba chiều của ngọn lửa các hình ảnh có thể được tạo
rất nhanh bằng các kỹ thuật tận dụng sức mạnh phần cứng để cho ta cảm giác
thực sự về một ngọn lửa.
Để có kết quả tốt hơn, người ta có thể sử dụng các kỹ thuật như ánh xạ
photon coi ngọn lửa như một nguồn sáng hạt thật sự. Các hiệu ứng tâm lý như
sự điều chỉnh mắt người khi thay đổi độ sáng của ngọn lửa cũng được sử
dụng. Để thể hiện ngọn lửa ta có thể sử dụng kỹ thuật đơn giản như phép
chiếu thẳng và phép theo vết tia sáng. Chúng ta cũng có thể sử dụng các mô
hình thể hiện ngọn lửa dựa trên các hình ảnh có sẵn để tận dụng các thông tin
ở các hình ảnh sử dụng. Phương hướng trong tương lai là ứng dụng các phân
tích chuẩn về các tính chất của lửa như tính trong suốt để đề ra các phương
thức mới, mở rộng các phương thức mô phỏng để có thể thể hiện được các
thuộc tính vật lý khác của ngọn lửa và thiết kế phương thức để đánh giá một
cách khách quan và đáng tin cậy các thuộc tính này [11].
tượng khác hay các đối tượng lửa với nhau sẽ cho người học một cái nhìn trực
quan hơn, tiếp thu và nắm bài dễ hơn.
Tóm lại, việc xây dựng các mô hình mô phỏng lửa và các hiệu ứng của
nó đang là nhu cầu cấp thiết đối với các ngành liên quan đến lửa, mà mô
phỏng cần được thực hiện. Tuy nhiên, đây vẫn là một thách thức không hề
nhỏ của công nghệ mô phỏng.
16
Số hóa bởi trung tâm học liệu
Chương 2:
Với kỹ thuật tổng hợp hình ảnh như hiện tại sẽ rất khó khăn để mô hình
hóa các hiện tượng mà bề mặt không được xác định rõ ràng, cũng như không
có qui luật như mây, khói, nước, lửa….Đặc biệt, các hiện tượng này luôn
chuyển động và biến đổi. Do đó, những đối tượng không định hình như thế
này sẽ không thể dùng các kỹ thuật biến đổi thông thường dành cho các vật
thể cứng trong đồ họa máy tính như hiện tại, mà Particle chính là một phương
pháp đặc biệt dùng để mô phỏng cho các đối tượng kiểu này.
2.1.1. Particle System là gì ?
Particle System là một kỹ thuật đồ họa máy tính dùng để mô phỏng một
số hiện tượng mờ, những cái mà rất khó có thể tái tạo lại bằng các kỹ thuật
dựng hình thông thường.
Ví dụ: Các vụ cháy, nổ, khói, nước chảy, tia lửa, những chiếc lá rơi, mây,
sương mù, tuyết, bụi, đuôi sao băng hoặc các hiệu ứng hình ảnh trừu tượng
như những đường ánh sáng …
Theo William T. Reeves, Particle System được định nghĩa như sau:
Particle System là một tập hợp các thành phần hay các hạt riêng biệt.
Particle System điều khiển tập particle đó, cho phép chúng hoạt động một
cách tự động nhưng với một số thuộc tính chung nhất định [7].
2.1.2. Đặc tính của Particle System
So với các kỹ thuật dựng hình thông thường thì Particle System có ba
3. Một đối tượng được mô phỏng bằng Particle System là một đối tượng
“sống”, có nghĩa là chúng thay đổi theo thời gian.
Rất khó để có thể mô hình sự chuyển động phức tạp này bằng các kỹ thuật
mô hình dựa vào bề mặt đối tượng.
Copyright: Tài liệu đại học ©