T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 1
(
45
) Tập 2
/
N¨m 2008
128

Kỹ thuật mô phỏng nước Particle-based và ứng dụng trong thực tại ảo

Nguyễn Văn Huân - Phạm Việt Bình - Đỗ Thị Bắc- Ngô Thị Lan Phương
-
Phạm Bá Mấy (Khoa Công nghệ thông tin - ĐH Thái Nguyên)

ơ

1. Đặt vấn đề
Nước là thành phần không thể thiếu trong cuộc sống. nó phục vụ cho đời sống hàng
ngày, sản xuất, cuộc sống của con người. Việc nghiên cứu và mô phỏng nước là một công việc
không thể thiếu đối với mỗi con người chúng ta. Nó giúp chúng ta trong việc mô phỏng, đánh
giá được chất lượng thực của các nguồn nước để từ đó có các biện pháp thích hợp trong việc xử
lý nguồn nước phục vụ cho nhu cầu sống của con người.
Báo cáo đưa ra phương pháp Particle-based (hay còn gọi là phương pháp Lagrangian),
cho phép mô tả chất lỏng sử dụng các phần tử (particles). Bằng cách trực tiếp theo dõi từng
phần của quá trình các phần tử di chuyển qua những miền trống. Phương pháp particle không
chú trọng việc bảo toàn khối lượng và cung cấp khái niệm mô phỏng khung đơn giản, linh hoạt.

thủ tục nới lỏng (làm giảm - relaxation) mật độ kép, hiệu ứng của chất dẻo đàn hồi và không
tuyến tính thu được bằng cách thêm lực co dãn vào khoảng trống giữa các phần tử.
Các bước mô phỏng của chúng ta được mô tả chi tiết trong thuật toán sau:

Mô tả các bước thực hiện:
 Đầu tiên, chúng ta cập nhật vận tốc của particle tùy theo trọng lực và vận tốc (dòng 1 đến 5).
 Ghi lại vị trí trước đó và di chuyển particle tùy theo vận tốc của chúng.
 Dòng 12 đến 15: thay đổi spring (lực co dãn) dựa vào độ dài và sử dụng lực spring thay
thế particle.
 Đảm bảo tính bảo toàn khối lượng và tính không nhóm được (dòng 16).
 Cuối cùng, sự va chạm giữa các particle và các vật thể tĩnh/động được giải quyết và vận
tốc particle được tính lại.
Minh họa bằng hình ảnh: (
1) Áp đặt trọng lực cho particles

(2) Áp đặt trọng lực và tính nhớt cho particles
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 1
(
45
) Tập 2
/
N¨m 2008

Rij = | rij | ; rij = xj - xi
N(i) : Tập hợp các particle láng giềng nằm trong phạm vi của bán kính tương tác h.
j: Các láng giềng của particle i.
T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ
-
Sè 1
(
45
) Tập 2
/
N¨m 2008
131
Sau đó, thực hiện phục hồi tính không nén được. Phục hồi tính không nén được được thực thi
như là vòng lặp toàn cục trên mỗi particle i. Phép lặp của vòng lặp này bao gồm 2 bước trên mỗi
hàng xóm j của particle i. Bước đầu tiên, ước lượng mật độ cục bộ ở particle i bằng cách tính
tổng trọng lượng của các hàng xóm của chúng. Nếu mật độ này cao hơn ρ
0
, những hàng xóm
này sẽ bị đNy ra xa, nếu thấp hơn chúng sẽ được kéo vào gần hơn.
Thứ hai, Biểu diễn được mặt phân cách (dòng 5,12,15)
Biểu diễn mặt phân cách được giới thiệu trong mô hình của chúng ta gồm 3 tiến trình con:
Tính co giãn hay tính đàn hồi, tính dẻo và tính nhớt.
• Tính đàn hồi được thể hiện bằng cách thêm tính co giãn vào giữa các particles.
• Tính dẻo đạt được khi chiều dài co giãn đạt tới độ nghỉ.
• Tính nhớt được thể hiện bằng cách trao đổi bán kính tương tác đã được xác định bởi vận
tốc các particles khác.
Thứ ba, Giải quyết vấn đề va chạm với đối tượng (dòng 17)


Summary
The paper presents particle –based technique which allows water modelling on describing
liquid use particles during space and time. It creates water effects with real feeling, harmonious
and light for object movements. With the approach, particles in liquid block maintaining diverse
attributes, for examples: density, mass, velocity,.. and monitored during modelling process.
Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Văn Huân (Chủ biên) – Vũ Đức Thái (2006), Kỹ thuật lập trình mô phỏng thế giới
thực dựa trên Morfit, Nxb Khoa học và Kỹ thuật, Hà Nội.
[2] Nguyễn Văn Huân - Phạm Việt Bình (2006), Xử lý hiệu ứng màu và khí quyển trong thực tại
ảo, Kỷ yếu hội thảo quốc gia lần thứ 8, Hải Phòng.
[3] Nguyễn Văn Huân – Vũ Đức Thái, Một số kỹ thuật cải tiến xử lý hiệu ứng màu và khí quyển
trong thực tại ảo, Hội nghị khoa học Khoa Công nghệ Thông tin - Đại học Thái Nguyên, 14/12/2005.
[4] Nguyễn Văn Huân, Tổng quan về mô phỏng nước trong thực tại ảo, Hội nghị khoa học Khoa
Công nghệ Thông tin - Đại học Thái Nguyên, 10/12/2006.
[5] ASCHER, U., AND BOXERMAN, E. 2002. On the modied conjugate gradient method in
cloth simulation. (submitted to) The Visual Computer.
[6] Josh RobinsonMax. VS. Maya A direct comparision and analysis for Usage of Workplace,
October, 11 2004.
[7] Particle-based Viscoelastic Fluid Simulation. Simon Claves, Philippe Beaudoin, and Pierre
Poulin, LIGUM, Dept.IRO University De Montreal.
[8] Discontinuous Fluid. Jeong-Mo Hong and Chang Hun-Kim Korea University.