Đang tải... (xem toàn văn)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 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 bởi 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 MÔ PHỎNG HIỆU ỨNG SÓNG 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 bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan, toàn bộ nội dung liên quan tới đề tài đƣợc trình bày trong luận văn là bản thân tôi tự tìm hiểu và nghiên cứu, dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của Thầy giáo PGS. TS ĐỖ NĂNG TOÀN Các tài liệu, số liệu tham khảo đƣợc trích dẫn đầy đủ nguồn gốc. Tôi xin chịu trách nhiệm trƣớc pháp luật lời cam đoan của mình. Thái Nguyên, ngày…. Tháng…. năm 2014 Học viên thực hiện Trần Thị Thúy Mai Số hóa bởi 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 và truyền thông - Đại học Thái Nguyên, nơi các thầy cô đã tận tình truyền đạt các kiến thức quý báu cho tôi trong suốt quá trình học tập. Xin cảm ơn Ban chủ nhiệm khoa và các cán bộ đã tạo điều kiện tốt nhất cho chúng tôi học tập và hoàn thành đề tài tốt nghiệp của mình. Đặc biệt, tôi xin gửi tới PGS. TS Đỗ Năng Toàn, thầy đã tận tình chỉ bảo tôi trong suốt quá trình thực hiện đề tài lời cảm ơn và biết ơn sâu sắc nhất. Bên cạnh những kiến thức khoa học, thầy đã giúp tôi nhận ra những bài học về phong cách học tập, làm việc và những kinh nghiệm sống quý báu. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp và những ngƣời thân đã động viên khích lệ tinh thần và giúp đỡ để tôi hoàn thành luận văn này. i MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC ......................................................................................................... i MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 CHƢƠNG I: KHÁI QUÁT VỀ MÔ PHỎNG NƢỚC VÀ BÀI TOÁN MÔ PHỎNG SÓNG NƢỚC ................................................................................... 4 1.1. Khái niệm về mô phỏng nƣớc ................................................................. 4 1.1.1. Tổng quan về thực tại ảo ................................................................. 4 1.1.2. Vai trò của mô phỏng nƣớc ........................................................... 10 1.1.3. Một số hiệu ứng nƣớc cơ bản ....................................................... 10 1.2. Bài toán mô phỏng sóng nƣớc ............................................................... 14 1.2.1. Tổng quan về mô phỏng ............................................................... 14 1.2.2. Bài toán mô phỏng sóng nƣớc ...................................................... 16 CHƢƠNG II: MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG MÔ PHỎNG SÓNG NƢỚC21 2.1. Đặc Điểm Cơ Bản Của Sóng Nƣớc ....................................................... 21 2.1.1. Sóng cơ ............................................................................................... 21 2.1.2. Những đại lƣợng đặc trƣng của chuyển động sóng ...................... 23 2.1.3. Phƣơng trình sóng ......................................................................... 23 2.2. Mô phỏng bề mặt nƣớc ......................................................................... 25 2.2.1. Hiện tƣợng căng mặt ngoài ........................................................... 25 2.2.2. Sự dính ƣớt và không dính ƣớt ..................................................... 27 2.2.3. Cơ sở lý thuyết của mô phỏng nƣớc ............................................. 28 2.3. Phƣơng pháp Particle-based .................................................................. 31 2.3.1. Giới thiệu ...................................................................................... 31 2.3.2. Tiến trình mô phỏng...................................................................... 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 quả thử nghiệm ............................................................................... 55 PHẦN KẾT LUẬN ........................................................................................ 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................ 58 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Những lĩnh vực nghệ thuật mà con ngƣời đã sáng tạo ra trong lịch sử phát tr
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Trần Thị Thúy Mai MƠ PHỎNG HIỆU ỨNG SĨNG 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 Tôi 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 chúng tơi học tập hồn thành đề tài tốt nghiệp Đặc biệt, tơi xin gửi tới PGS TS Đỗ Năng Tồn, thầy tận tình bảo tơi suốt q 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 quý 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 toán 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 mơ 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 toàn 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 mô 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 qt 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 mô nƣớc hệ Thực ảo Tại chƣơng tơi 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 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 MÔ 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 môi trƣờng mô thông 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 không 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 qt cơng nghệ Thực ảo, bao gồm: số nét lịch sử hình thành, lĩnh vực ứng dụng, ý nghĩa mô hình thực ảo tƣơng lai