(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo

(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo(Luận văn thạc sĩ) Mô phỏng hiệu ứng sóng nước trong thực tại ảo

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Trần Thị Thúy Mai MÔ PHỎNG HIỆU ỨNG SÓNG NƢỚC TRONG THỰC TẠI ẢO LUẬN VĂN THẠC SỸ Thái nguyên: 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Trần Thị Thúy Mai MƠ PHỎNG HIỆU ỨNG SĨNG NƢỚC TRONG THỰC TẠI ẢO Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SỸ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS ĐỖ NĂNG TOÀN Thái nguyên: 2014 Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan, tồn nội dung liên quan tới đề tài đƣợc trình bày luận văn thân tơi tự tìm hiểu nghiên cứu, dƣới hƣớng dẫn khoa học Thầy giáo PGS TS ĐỖ NĂNG TOÀN Các tài liệu, số liệu tham khảo đƣợc trích dẫn đầy đủ nguồn gốc Tơi xin chịu trách nhiệm trƣớc pháp luật lời cam đoan Thái Nguyên, ngày… Tháng… năm 2014 Học viên thực Trần Thị Thúy Mai Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn tới trƣờng Công nghệ thông tin truyền thông - Đại học Thái Nguyên, nơi thầy tận tình truyền đạt kiến thức q báu cho tơi suốt q trình học tập Xin cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa cán tạo điều kiện tốt cho học tập hồn thành đề tài tốt nghiệp Đặc biệt, xin gửi tới PGS TS Đỗ Năng Tồn, thầy tận tình bảo tơi suốt trình thực đề tài lời cảm ơn biết ơn sâu sắc Bên cạnh kiến thức khoa học, thầy giúp nhận học phong cách học tập, làm việc kinh nghiệm sống q báu Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp ngƣời thân động viên khích lệ tinh thần giúp đỡ để tơi hồn thành luận văn Số hóa Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC i MỞ ĐẦU CHƢƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ MÔ PHỎNG NƢỚC VÀ BÀI TỐN MƠ PHỎNG SĨNG NƢỚC 1.1 Khái niệm mô nƣớc 1.1.1 Tổng quan thực ảo 1.1.2 Vai trị mơ nƣớc 10 1.1.3 Một số hiệu ứng nƣớc 10 1.2 Bài tốn mơ sóng nƣớc 14 1.2.1 Tổng quan mô 14 1.2.2 Bài tốn mơ sóng nƣớc 16 CHƢƠNG II: MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG MƠ PHỎNG SĨNG NƢỚC21 2.1 Đặc Điểm Cơ Bản Của Sóng Nƣớc 21 2.1.1 Sóng 21 2.1.2 Những đại lƣợng đặc trƣng chuyển động sóng 23 2.1.3 Phƣơng trình sóng 23 2.2 Mô bề mặt nƣớc 25 2.2.1 Hiện tƣợng căng mặt 25 2.2.2 Sự dính ƣớt khơng dính ƣớt 27 2.2.3 Cơ sở lý thuyết mô nƣớc 28 2.3 Phƣơng pháp Particle-based 31 2.3.1 Giới thiệu 31 2.3.2 Tiến trình mơ 32 2.3.3 Giảm mật độ kép 36 ii 2.3.4 Biểu diễn bề mặt (Viscoelasticity) 43 2.3.5 Va chạm với đối tƣợng 46 CHƢƠNG III: CÀI ĐẶT CHƢƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG 50 3.1 Bài Toán 50 3.2 Chƣơng Trình 53 3.3 Kết thử nghiệm 55 PHẦN KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Những lĩnh vực nghệ thuật mà ngƣời sáng tạo lịch sử phát triển chung mục đích: mơ tả giới vơ phong phú mà ngƣời sống, khơng có mâu thuẫn nói: tất ngƣời sáng tạo cuối chung mục đích phục vụ ngƣời Cơng nghệ thực ảo (Virtual Reality-VR) vậy, đƣợc đời với mục đích mơ giới thực hay giới trí tƣởng tƣợng ngƣời máy tính, từ ngƣời cảm nhận tƣơng tác với giới nhƣ giới thật Nếu trở lại vài thập niên trƣớc, bạn cho điều viễn tƣởng, nhƣng phát triển vƣợt bậc phần cứng thiết bị xử lý đồ hoạ thiết bị ngoại vị tương tác cho phép đƣợc sống giới thời điểm Ở Việt Nam, công nghệ Thực ảo đƣợc triển khai nghiên cứu Tại viện Công nghệ thông tin thuộc Viện khoa học & Công nghệ Việt Nam đƣợc trang bị phòng máy VR nƣớc Bên cạnh trung tâm đầu não đó, kỹ thuật mô đƣợc nhiều trƣờng Đại học, nhiều công ty phần mềm nghiên cứu thu đƣợc kết bƣớc đầu đáng khích lệ Nhƣng để làm chủ đƣợc cơng nghệ cần phải đầu tƣ nghiên cứu tiếp Một điều đƣơng nhiên là: muốn hiểu tồn cơng nghệ phải nắm đƣợc phƣơng pháp thể loại đối tƣợng, nước phần thiều hệ Thực ảo Chính chọn đề tài “ mô hiệu ứng sóng nước thực ảo” để làm luận văn tốt nghiệp Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu a Đối tượng đề tài: - Phƣơng pháp mơ sóng nƣớc bề mặt, bề mặt sóng nƣớc ứng dụng b Phạm vi nghiên cứu: - Nghiên cứu phƣơng pháp mơ sóng nƣớc thực ảo (chú trọng đến bề mặt nƣớc phẳng có nhiều hai vùng sóng) - Qua xây dựng hiệu ứng nƣớc Hƣớng nghiên cứu đề tài Đề tài tập chung nghiên cứu phƣơng pháp mà giới phát triển phƣơng pháp Particle-base Những nội dung nghiên cứu Luận văn gồm phần Mở đầu, phần Kết luận ba chƣơng cụ thể nhu sau: Chƣơng 1: Khái quát mơ nƣớc tốn mơ sóng nƣớc Trong chƣơng xin giới thiệu tổng quan trình phát triển lĩnh vực ứng dụng Thực ảo, đồng thời cung cấp nhìn tổng quan mơ nƣớc hệ Thực ảo Tại chƣơng sâu phân tích hiệu ứng nƣớc, giới thiệu phƣơng pháp mô mà ngƣời ta dùng để tạo hiệu ứng nƣớc Trình bày tốn mơ sóng nƣớc để làm sở cho trình bày phƣơng pháp mơ sóng nƣớc chƣơng Chƣơng 2: Một số vấn đề mơ sóng nƣớc Trong chƣơng tơi xin giới thiệu đặc điểm sóng nƣớc, tính chất vật lý phƣơng pháp mơ Particle – based Chƣơng 3: Cài đặt chƣơng trình ứng dụng Trong chƣơng tơi xin giới thiệu tốn, chƣơng trình kết thử nghiệm Phƣơng pháp nghiên cứu - Thu thập phân tích tài liệu, thơng tin liên quan đến đề tài - Tìm hiểu quy trình mơ hiệu ứng nƣớc - Tìm hiểu kỹ thuật thuật tốn xử lý liên quan - Tìm hiểu phân tích số phép tốn mơ sóng nƣớc - Kết hợp nghiên cứu trƣớc tác giả ngồi nƣớc với bảo, góp ý Thầy hƣớng dẫn để hoàn thành nội dung nghiên cứu Ý nghĩa khoa học đề tài - Nêu đƣợc tầm quan trọng việc mô sóng nƣớc thực ảo, chọn đƣợc thuật tốn quan trọng, ƣu việt q trình mơ - Nghiên cứu đƣa đƣợc hiệu ứng sóng nƣớc tầm quan trọng lĩnh vực CHƢƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ MƠ PHỎNG NƢỚC VÀ BÀI TỐN MƠ PHỎNG SĨNG NƢỚC 1.1 Khái niệm mô nƣớc 1.1.1 Tổng quan thực ảo Công nghệ thực ảo thuật ngữ xuất khoảng đầu thập kỷ 90, nhƣng Mỹ châu Âu thực ảo (Virtual Reality) trở thành công nghệ mũi nhọn nhờ khả ứng dụng rộng rãi lĩnh vực (nghiên cứu công nghiệp, giáo dục đào tạo, thƣơng mại giải trí, ) tiềm kinh tế, nhƣ dân dụng quân 1.1.1.1 Thực ảo gì? Thực ảo mô môi trƣờng không gian ba chiều máy tính, mơi trƣờng mơ ngƣời quan sát thực thao tác mà mong muốn Với tất có mơi trƣờng mơ thơng qua thiết bị đầu vào, kết trả lại thay đổi mơi trƣờng mà ngƣời quan sát, hay cảm nhận đƣợc thông qua thiết bị đầu Theo nhƣ định nghĩa dễ dàng nhận thành phần làm lịng cốt thực ảo là: mơi trƣờng khơng gian ba chiều, tƣơng tác, thiết bị đầu vào, thiết bị đầu ra, mơ hình phải đƣợc tạo máy tính Trong giới ảo này, ngƣời sử dụng khơng cịn đƣợc xem nhƣ ngƣời quan sát bên ngoài, mà thực trở thành phần hệ thống Mục tiêu phần tổng quan đƣa số nét tổng quát công nghệ Thực ảo, bao gồm: số nét lịch sử hình thành, lĩnh vực ứng dụng, ý nghĩa mơ hình thực ảo tƣơng lai 45 ΓL = Γt.α (r - L) Α: (7) số chất dẻo (plasticity constant) Thuật tốn : Sự điều chỉnh spring: Mơ hình plastic spring đƣợc đƣa điều kiện VonMises, với trạng thái mà dòng chảy chất dẻo xảy biến dạng đủ lớn Chuyển sang hệ thống spring, có nghĩa L đƣợc thay đổi | r – L | lớn phần nhỏ L Phân số lý thuyết (specified ) đƣa số truyền độ cong, có nghĩa γ, cho đặc trƣng đƣợc chọn giá trị nằm 0.2 Độ dài (The rest length) gia tăng đƣợc viết: ΓL = Γt.α.sign (r- L) max (0, |r - L| - 8L) (8) Phƣơng trình (8) trở thành phƣơng trình (7) γ =0 Với chất lỏng chuyển động, spring phải đƣợc thêm vào bỏ Spring đƣợc thêm vào hai particles khoảng cách chúng nhỏ bán 46 kính tác dụng h, sau đƣợc bỏ rest length lớn h Giải mã trình hiệu chỉnh lực co dãn đƣa vào thuật tốn Ngồi ra, cách điều chỉnh đặc trƣng tính dính nhớt (viscoelastic behavior) đạt đƣợc cách sử dụng giá trị riêng biệt α γ cho nén giãn Ví dụ, chất liệu dính (nhớt) đƣợc mơ cách thiết lập γnén = γgiãn ≠ 2.3.4.3 Tính nhớt Tính nhớt có tác dụng việc làm đồng trƣờng vận tốc Nó đƣợc áp dụng nhƣ lực liên kết xuyên tâm phần tử gần Những xung lực làm thay đổi vận tốc particles vào thời điểm bắt đầu bƣớc, trƣớc di chuyển chúng đến vị trí dự đốn Thuật toán 5: Viscosity impluses Thuật toán cho ta thấy viscosity làm thay đổi vận tốc particlex nhƣ Sự phụ thuộc xung lực vào khoảng cách đƣợc nắm bắt linear kernel (1-rij/h) nhân tố (σu + βu2) điều khiển tuyến tính chất dính nhớt phụ thuộc bậc vào vận tốc Phát biểu đƣợc sáng tạo từ công nghệ SPH Nếu đặc tính cao dính nhớt (a highly viscous behavior) đƣợc yêu cầu, σ đƣợc tăng lớn Với chất lỏng có độ nhớt thấp, cần β phải thiết lập giá trị khác 2.3.5 Va chạm với đối tƣợng 47 2.3.5.1 Va chạm Với đối tƣợng, trƣờng khoảng cách đƣợc lấy mẫu đƣợc lƣu cấu trúc lƣới Với particles thêm vào khoảng cách d Sự va chạm đƣợc xác định d nhỏ bán kính va chạm R Ngƣời ta đề xuất bƣớc cho q trình tƣơng tác nhƣ sau: Và thuật tốn tƣơng tác particle-body nhƣ sau: Thuật toán 6: Trong bƣớc đầu (từ dịng đến 7), vị trí phần tử (body position) đƣợc chuyển lên phía trƣớc lực đẩy phụ thuộc vào phần sắc xảo (penetrating particles) đƣợc tích luỹ trọng lực vào nhớ tạm 48 Trong bƣớc thứ (từ dòng đến 11), vận tốc v vận tốc góc ω body đƣợc cập nhật sử dụng lực vận tốc góc tích lũy Những bodies đƣợc tiến xa lần từ cấu hình ban đầu tùy theo vận tốc chúng, nhƣng vị trí particles va chạm chƣa đƣợc thay đổi Thông thƣờng, va chạm trạng thái tiếp xúc đƣợc giải tiếp sau đó, bodies vƣơn tới vị trí vận tốc cuối chúng Trong bƣớc (từ dịng 12 đến 15), update vị trí particles để loại bỏ trình thâm nhập vận tốc Trong bƣớc cuối cùng, body đƣợc coi nhƣ có tính ì vô hạn Sức đẩy (impulses) phụ thuộc vào body-particle va chạm đƣợc dựa phục hồi kiểu va chạm zero-restitution với ma sát lớn Mơ hình yêu cầu vận tốc particle vi đƣợc tính sử dụng chênh lệch vị trí particles particles trƣớc Sau đó, tính vận tốc tƣơng đối particles: V = Vi - Vρ Vρ : vận tốc body điểm tiếp xúc Vận tốc đƣợc tách thành thành phần pháp tuyến tiếp tuyến Xung lực dòng dòng 13 khử vận tốc tiếp tuyến vận tốc pháp tuyến Ở đây, μ tham số va chạm: μ = μ = Trong vài trạng thái khó, ví dụ particles đối tƣợng bắt đầu bƣớc, việc xóa bỏ q trình xâm nhập vận tốc Ngƣời 49 ta giải vấn đề cách sử dụng trƣờng khoảng cách để rút particles bị xâm phạm cuối giai đoạn va chạm (dịng 15) Khi bình thƣờng với phát va chạm dựa trƣờng khoảng cách, va chạm bị bỏ qua đối tƣợng mỏng khía cạnh vận tốc vật 2.3.5.2 Tính nhớt (stickness) tƣơng tác với đối tƣợng Nhƣ mô tả, particles tách rời khỏi đối tƣợng Chúng ta thực phƣơng pháp đơn giản để gắn (dính) chúng lại với phía dƣới bề mặt ngang Ý tƣởng thay đổi xung lực tính phƣơng trình (11) cách thêm vào sức hút cho particles gần đối tƣợng Di khoảng cách đối tƣợng bề mặt particles xung đột Sự thúc đẩy lực hút xảy di nhỏ khoảng cách cố định dstick Để tránh vật mẫu hố (artifacts), ví dụ nhƣ particles nhảy lên bề mặt dstick phải lực giữ đủ nhỏ để tƣơng tác particles nằm miền h Chúng ta sử dụng công thức: I stick tk stick di di d stick nˆ Nó đạt giá trị lớn khoảng cách dstick/2 (12) 50 CHƢƠNG III: CÀI ĐẶT CHƢƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG 3.1 Bài Tốn Mơ nƣớc tốn tƣơng đối khó Nhƣng tính cấp thiết tầm quan trọng Thực ảo lại vấn đề cấp thiết cần làm Bài tốn mơ nƣớc có hai hƣớng tiếp cận : Phƣơng pháp giả mô phỏng: ta dùng kỹ thuật xử lý ảnh để tạo đối tƣợng hiệu ứng giả đánh lừa mắt nhìn ngƣời Ví dụ, nhƣ biến đổi ảnh khơng gian 2D thành hình ảnh vật nhƣ không gian 3D, hay phƣơng pháp Texture Phƣơng pháp mô thật: dùng kỹ thuật tạo đối tƣợng hiệu ứng dựa sở khoa học thuật tốn biểu diễn tính chất vật lý đối tƣợng hàm biến đổi để thể đối tƣợng cách xác Với toán nêu luận văn chọn hƣớng tiếp cận thứ hai: mô thật để thể mặt nƣớc với hiệu ứng sóng có kiện ngoại lực tác động, in bóng Nƣớc có nhiều hiệu ứng khác nhƣ đƣợc đề cập phần 1.1.3 mục luận văn lựa chọn số hiệu ứng mặt nƣớc để giải yêu cầu, là: tạo mặt nƣớc động có sóng, hiệu ứng phản chiếu ánh sáng, in bóng nƣớc, độ màu sắc mặt nƣớc Phƣơng pháp Particles-based dựa phần tử đa giác hay khối hình Polygon để tạo thành bề mặt nƣớc, không tốt dùng để thể nƣớc có kích thƣớc nhỏ trơng khơng thật khó khăn việc tạo hiệu ứng bề mặt, nhƣng với bề mặt rộng lớn phƣơng pháp tỏ ƣu điểm vƣợt trội Nó thể tốt mặt nƣớc với đầy đủ hiệu ứng nhƣ sóng nƣớc, giao thoa sóng nƣớc, nƣớc chảy, hiệu ứng in bóng nƣớc phản chiếu ánh sáng.v.v… 51 Hình 3.1: Thể mặt nước lưới đa giác phương pháp ParticleBase Xây dựng mơ hình giới ba chiều khâu quan trọng quy trình xây dựng hệ thống Thực ảo.Từ hệ thống để bàn đến dạng hệ hỗ trợ nhúng hoàn toàn, mức độ xác tinh tế hình ảnh lập thể không gian ảo ảnh hƣởng không nhỏ tới mức độ cảm nhận tính thực ngƣời sử dụng giới ảo Trên giới có nhiều cơng cụ phần mềm hỗ trợ xây dựng ứng dụng đồ hoạ nói chung xây dựng mơ hình nƣớc Thực ảo nói riêng Do vậy, việc lựa chọn thích hợp mặt tính giá thành vấn đề đáng quan tâm đầu tƣ xây dựng hệ thống Thực ảo Bài luận văn đƣa số đánh giá khách quan phần mềm phổ biến thông qua việc tập hợp ý kiến chuyên gia sử dụng công cụ phần mềm Hiện tại, nói đến phần mềm hỗ trợ xây dựng mơ hình lập thể, ta phải đề cập đến phần mềm phổ biến nhƣ Maya, 3D Studio Max, , 52 Hình 3.2: Thể dịng nước chảy phần tử lập thể particles mềm nói dựa sở yêu cầu kinh nghiệm sử dụng p 3DRender 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% Maya 3D Studio Max Softimage Renderman Houdini LightWave Hình 3.3: Biểu đồ so sánh mức độ yêu cầu kinh nghiệm phần mềm hỗ trợ xây dựng mơ hình lập thể thiết kế đồ hoạ 3D chuyên nghiệp Ở Việt Nam kết nghiên cứu thực ảo mô nƣớc hạn chế nhƣng với chiến lƣợc phát triển tốt bƣớc hƣớng định ngày tạo đƣợc hệ thống mô lớn sánh ngang với hệ mô giới, không đủ cung cấp cho nhu cầu Việt Nam 53 Chƣơng trình mơ mặt nƣớc phải thể đƣợc u cầu phải có tính thẩm mỹ đủ làm hài lịng ngƣời quan sát Có thể mở rộng tạo số tƣơng tác điều khiển lên đối tƣợng mặt nƣớc làm cho mặt nƣớc sinh động có khả sẵn sàng tích hợp hệ mô Thực ảo Để củng cố phần lý thuyết đề cập, chƣơng trình đƣợc cài đặt minh họa cho phƣơng pháp particle – base nêu chƣơng II, áp dụng cho đối tƣợng cụ thể ảnh bitmap Bài toán đƣợc đặt nhƣ sau: - Đầu vào: ảnh bitmap - Đầu ra: Mơ hiệu ứng sóng nƣớc chịu tác động ngoại lực dựa phƣơng pháp particle 3.2 Chƣơng Trình Để giải tốn luận văn sử dụng hƣớng tiếp cận mô thật Kỹ thuật mô nƣớc đƣợc dùng kỹ thuật Particle-Based - Sử dụng ngôn ngữ Visual Studio để xây dựng chƣơng trình demo Với việc mơ tả hiệu ứng sóng chịu ngọai lực tác động, cần giải việc sau: Qua phân tích để xác định rõ yêu cầu toán, luận văn đề cập đến giải toán cách sử dụng kỹ thuật Particle-Based thể yêu cầu hiệu ứng mặt nƣớc nhƣ đề Chia nhỏ tốn mơ mặt nƣớc thành phần nhỏ để giải yêu cầu toán Cụ thể nhƣ sau: - Hiệu ứng in bóng nƣớc: dùng phép chiếu ảnh để lấy ảnh đối ngẫu với ảnh gốc ban đầu (mọi thao tác diễn ảnh đối ngẫu này) 54 - Mặt nƣớc dao động: chia mặt nƣớc(ảnh đối ngẫu) thành dãy đƣờng kẻ ngang ảnh với bề rộng nhỏ chiều dài chiều dài ảnh Sử dụng vòng lặp để điều khiển việc vẽ lại đƣờng kẻ từ ảnh gốc, vòng lặp chịu trách nhiệm tạo hiệu ứng sóng Nó tạo thay đổi từ ảnh nguồn tới ảnh đích với hiệu ứng sóng đƣợc xây dựng việc chép đƣờng kẻ Thay chép đƣờng từ ảnh nguồn, xây dựng hàm mà giá trị thay đổi dựa hàm sine(tỷ lệ chiều dài cạnh đối diện với góc nhọn chiều dài cạnh huyền) Đó chép từ bên sang bên sinh hiệu ứng sóng nƣớc Trong thực tế, thay đổi đơn giản tạo gợn sóng cho ảnh mà không tạo đƣợc hiệu ứng cho bề mặt hồ nƣớc Do muốn có nhiều sóng phải tạo đƣợc nhiều thay đổi vị trí nhiều dịng kẻ Kích thƣớc độ dịch chuyển biến đổi dựa theo vị trí tọa độ y (dựa theo chiều dọc ảnh) đƣờng kẻ Các đƣờng gần với phần ảnh thay đổi đƣờng phần dƣới ảnh Điều giúp cho việc phối cảnh trở lên chân thực - Ngoại lực tác dụng đƣợc thể thông qua kiện di chuyển trái chuột Một vịng trịn với bán kính radius độ cao height đƣợc tạo hàm PutDrop(x,y,height) - Phát sinh sóng: sóng đƣợc sinh phát triền từ đƣờng tròn trung tâm, lan sang điểm lân cận theo vịng trịn với bán kính lớn dần Sóng đƣợc xuất nằm phạm vi ảnh - Thời gian sống sóng phụ thuộc vào yếu tố: sóng lan xa, bƣớc sóng lớn độ mạnh sóng lại giảm Mỗi lần sóng lên xuống, lƣợng đƣợc phân bố theo khu vực tƣơng ứng Có nghĩa là, cƣờng độ sóng giảm theo đƣờng sóng Sử dụng yếu tố gọi damping để điều khiển việc Yếu tố lƣợng phần trăm(%) 55 cƣờng độ sóng đƣợc trừ cho cƣờng độ để khiến cƣờng độ cao biến nhanh cƣờng độ nhẹ từ từ 3.3 Kết thử nghiệm Mô thành công mặt nƣớc với hiệu ứng sóng xuất có ngoại lực tác động: Hình 3.4: Mơ hiệu ứng sóng nước kỹ thuật Particle-Based 56 PHẦN KẾT LUẬN Trong trình tìm hiểu, nghiên cứu, thực đến hồn thành Luận văn tốt nghiệp tơi bổ sung thêm cho nhiều kiến thức q giá Tơi tìm hiểu sâu hơn, đầy đủ tính chất vật lý chất lỏng nói chung nƣớc nói riêng Tơi có thêm kiến thức công nghệ thực ảo công nghệ mô ứng dụng chúng Tôi thực đƣợc việc mô nƣớc hiệu ứng nƣớc phƣơng pháp Particle Mô nƣớc sử dụng cơng cụ có sẵn mơ nƣớc thông qua phƣơng pháp phức tạp, chi tiết, phần em sâu vào nghiên cứu, tìm hiểu phƣơng pháp mơ nƣớc hiệu ứng nƣớc phƣơng pháp Particle – based Đặc biệt, qua luận văn với dẫn nhiệt tình thầy giáo hƣớng dẫn tơi học đƣợc cách tìm hiểu, phân tích nghiên cứu vấn đề khoa học Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, thân nỗ lực, cố gắng, đầu tƣ nhiều thời gian, cơng sức cho việc tìm hiểu nghiên cứu đề tài nhận đƣợc bảo, định hƣớng tận tình thầy giáo hƣớng dẫn anh, chị trƣớc nhƣng hạn chế mặt thời gian khó khăn việc tìm kiếm tài liệu nên chƣa có đƣợc kết thực hồn hảo Đã demo đƣợc cho phƣơng pháp Particle - based nhƣng chƣa tìm đƣợc giải pháp tối ƣu, chƣơng trình cịn u cầu q nhiều nhớ ngồi địi hỏi cấu hình máy mạnh ((tốc độ máy > = 3GH, nhớ >= 1GB, card đồ họa >= 512 MB) Chƣa demo đƣợc hết tất hiệu ứng nƣớc Hƣớng phát triển: Với kết nghiên cứu trên, cộng với đầu tƣ thời gian công nghệ tƣơng lai việc thực mơ liên quan đến nƣớc khơng cịn vấn đề khó khăn Chúng ta dễ dàng thực 57 đƣợc việc mơ xác nƣớc tƣợng nƣớc, nhƣ hiệu ứng âm chúng 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Phạm Văn Vĩnh (2006), Cơ học chất lỏng ứng dụng, NXB Giáo dục [2] Nguyễn Thanh Khiết, Phạm Quý Tƣ, Nguyễn Đức Thuần, Nguyễn Đức Thâm, Sách Vật Lý 11, Nhà xuất Giáo dục, 1999 [3] Using Virtual Reality modelling to improve training techniques, http://www.ifip.or.at/con2000/iceut2000/iceut12-09.pdf [4] Virtual and Interative Environments for Workplaces of the future http://www.view.iao.fhg.de/IntrotoVR.htm [5] The Virtual Reality Laboratory (VRL) at the University of Michigan, http://www-vrl.umich.edu [6] P.J Costello Health and Safety Issues associated with Virtual Reality A Review of Current Literature - July 23rd, 1997, Patrick Costello Advanced VR Research Centre, Dept of Human Sciences, Loughborough University, Loughborough, Leicestershire, LE11 1NL [7] R.S Kalawsky Exploiting Virtual Reality Techniques in Education and Training: Technological Issues, A report prepared for AGOCG, Advanced VR Research Centre, Loughborough University of Technology [8] Nikos Avradinis, Spyros Vosinakis, Themis Panayiotopoulos Using Virtual Reality Techniques for the Simulation of Physics Experiments, Dept of Informatics, University of Piraeus, Knowledge Engineering Laboratory [9] MEDICAL APPLICATIONS of VIRTUAL REALITY - Richard M Satava, MD FACS Professor of Surgery, Yale University School of Medicine and Program Manager, Advanced Biomedical Technologies, Defense Advanced Research, Projects Agency (DARPA); CDR Shaun B Jones, MD, Associate Professor of Surgery, Uniformed Services 59 University of Health Sciences (USUHS) and Program Manager, Pathogen Countermeasures, Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) [10] Applications of Virtual Reality, Marc Bernatchez, July 13th, 2004, http://vresources.jump-gate.com/applications/applications.shtml [11] Virtual Reality and Augmented Reality Research Areas, Center of Advanced Media Technology (CAMTech), University of Nanyang, Singapore, http://camtech.ntu.edu.sg/index.htm [12] Josh RobinsonMax VS Maya A direct comparision and analysis for Usage of Workplace, October, 11 2004 [13] Particle-based Viscoelastic Fluid Simulation Simon Claves, Philippe Beaudoin, and Pierre Poulin, LIGUM, Dept.IRO University De Montreal [14] Một số Website: - http://www.iro.umontreal.ca - http://www.inria.fr - http://www.cco.caltech.edu - http://math.berkeley.edu - http://www.ann.jussieu.fr - http://vi.wikipedia.org - http://www.library.cornell.edu - http://math.fullerton.edu - http://www10.informatik.uni-erlangen.de - http://w3.impa.br ... dẫn đến hiệu ứng khác Sau số hiệu ứng nƣớc mà ta thƣờng gặp: Hiệu ứng phản chiếu ánh sáng Hiệu ứng in bóng nƣớc Hiệu ứng sóng nƣớc Hiệu ứng giao thoa sóng nƣớc Hiệu ứng nƣớc chảy Hiệu ứng giọt... nƣớc hệ Thực ảo Tại chƣơng sâu phân tích hiệu ứng nƣớc, giới thiệu phƣơng pháp mô mà ngƣời ta dùng để tạo hiệu ứng nƣớc Trình bày tốn mơ sóng nƣớc để làm sở cho trình bày phƣơng pháp mơ sóng nƣớc... đối tƣợng, nước phần thiều hệ Thực ảo Chính tơi chọn đề tài “ mơ hiệu ứng sóng nước thực ảo? ?? để làm luận văn tốt nghiệp Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu a Đối tượng đề tài: - Phƣơng pháp mơ sóng nƣớc