Tìm hiểu một số kỹ thuật mô phỏng nước và ứng dụng

MỤC LỤC Mở đầu Chương Tổng quan mô nước 1.1 Tổng quan Thực ảo .5 1.2 Tổng quan mô nước 19 1.2.1 Vai trò mô nước 19 1.2.2 Một số hiệu ứng nước .20 1.3 Cơ sở lý thuyết mô nước .23 1.3.1 Tính co giãn chất lỏng 25 1.3.2 Độ nhớt chất lỏng 25 1.3.3 Lực mao dẫn chất lỏng 26 1.3.4 Sự hút khí chất lỏng 26 Chương Một số phương pháp mô nước 27 2.1 Phương pháp Physically-based 27 2.1.1 Giới thiệu .27 2.1.2 Cơ sở vật lý 28 2.1.3 Khái quát thuật toán .30 2.1.4 Phép ngoại suy bề mặt ảo .31 2.1.5 Phương pháp Level- sets .38 2.1.6 Mô hình góc tiếp xúc động 40 2.2 Phương pháp Particle-based .41 2.2.1 Giới thiệu .41 2.2.2 Tiến trình mô .42 2.2.3 Giảm mật độ kép 46 2.2.4 Biểu diễn bề mặt 53 2.2.5 Va chạm với đối tượng 57 Chương Ứng dụng mô hiệu ứng nước Thực ảo 60 3.2 Mô nước Thực ảo 61 3.3 Chương trình Demo 64 3.3.1 Demo ứng dụng kỹ thuật Physically-Based 64 3.3.2 Demo ứng dụng kỹ thuật Particle-Based .67 Kết luận 69 Tài liệu tham khảo 72 Phụ lục 73 Mở đầu Bảy lĩnh vực nghệ thuật mà người sáng tạo lịch sử phát triển chung mục đích: mô tả giới vô phong phú xinh đẹp mà người sống, từ nuôi dưỡng tâm hồn, bồi bổ thêm tình yêu, phát huy tính sáng tạo vô tận làm cho sống ngày tốt đẹp Có lẽ ngày không xa người có thêm môn nghệ thuật mới, môn nghệ thuật thứ Tám mang tên “Nghệ thuật giới ảo” Điều hoàn toàn viển vông, phát triển vượt bậc công nghệ thông tin kỷ qua cho phép người mở rộng thêm phương tiện để hiểu biết giới vô phong phú Một ngày đó, mà vướng mắc kỹ thuật để thể ý tưởng không vấn đề quan trọng thì, sức sáng tạo người dành cho công việc tạo “tác phẩm ảo” mang lại giá trị thực phục vụ cho sống người Những “tác phẩm ảo” mà em muốn nói tác phẩm mà tư trước ta mặc định: phải nhạc, tiểu thuyết, hay tranh.v.v…Mà mở rộng tư sang khía cạnh mẻ hơn, rộng lớn hơn, tác phẩm nghệ thuật hệ thống thông tin hoàn chỉnh cung cấp cho người tiện nghi, hiểu biết, nâng cao nhận thức, bồi dưỡng tâm hồn cho người…làm cho sống người ngày tốt hơn, ý nghĩ Rõ ràng mâu thuẫn nói: tất người sáng tạo có mục đích cuối phục vụ cho người Công nghệ Thực ảo (Virtual Reality- VR) vậy, đời với mục đích mô giới thực hay giới trí tưởng tượng máy tính, từ người cảm nhận tương tác với giới giới thật Hãy tưởng tượng bạn không gian ảo, bạn nhìn thấy vật, bạn lại đó, bạn nghe âm thanh, bạn cảm nhận gió mát… giới đưa bạn đến tình thật hiểm nghèo; bạn phải làm để vượt qua ?! Rõ ràng thực tế, bạn sai lầm hội lần thứ hai cho bạn Đó ưu tuyệt đối Thực ảo so với phương pháp lĩnh vực hoạt động người Và công nghệ Thực ảo phổ biến giá trị sống (kinh nghiêm, đạo đức, tín ngưỡng nghệ thuật) người thể cách phong phú, sinh động đó, người quan sát cảm nhận số giác quan Những hệ thống thông tin trở thành tác phẩm nghệ thuật tổng hợp Nếu trở lại vài thập niên trước, bạn cho điều viễn tưởng, phát triển vượt bậc phần cứng thiết bị xử lý đồ hoạ thiết bị ngoại vị tương tác cho phép sống giới thời điểm Ở Việt Nam, công nghệ Thực ảo triển khai nghiên cứu bước đầu Tại viện Công nghệ thông tin thuộc Viện khoa học & Công nghệ Việt Nam trang bị phòng máy VR nước Bên cạnh trung tâm đầu não đó, kỹ thuật mô nhiều trường Đại học, nhiều công ty phần mềm nghiên cứu thu kết bước đầu đáng khích lệ Nhưng để làm chủ công nghệ cần phải đầu tư nghiên cứu tiếp Một điều đương nhiên là: muốn hiểu toàn công nghệ phải nắm phương pháp thể loại đối tượng, nước phần thiều hệ Thực ảo Chính em chọn chủ đề để hoàn thành khoá học đồ án tốt nghiệp có tiêu đề “Tìm hiểu số kỹ thuật mô nước ứng dụng” Đồ án tốt nghiệp em gồm phần Mở đầu, phần Kết luận Chương có nội dung cụ thể sau:  Chương 1: Tổng quan mô nước Trong chương em xin giới thiệu tổng quan trình phát triển lĩnh vực ứng dụng Thực ảo, đồng thời cung cấp nhìn tổng quan mô nước hệ Thực ảo Tại chương em sâu phân tích tính chất vật lý, hiệu ứng nước để làm sở cho trình bày phương pháp mô nước chương Tại em giới thiệu phương pháp mô mà người ta dùng để tạo hiệu ứng nước  Chương 2: Một số phương pháp mô nước Trong chương em xin giới thiệu phương pháp mà giới phát triển phưong pháp Physically-based phương pháp Particle-base Mỗi phương pháp có cách tính, ưu điểm nhược điểm riêng Từ cho hiểu biết mô nước, tiếp xúc với phần mềm công cụ hỗ trợ xây dựng mô hình 3D ta dễ dàng biết họ dùng phương pháp để tạo hiệu ứng nước  Chương 3: Ứng dụng mô nước Thực ảo Trong phần đầu chương em xin giới thiệu cách tổng quát trang thiết bị tương tác công nghệ Thực ảo Phần em xin giới thiệu ứng dụng mô nước Thực ảo Phần cuối chương trình Demo sử dụng kỹ thuật Physically-Based Particle-Based Chương Tổng quan mô nước 1.1 Tổng quan Thực ảo Theo cách truyền thống, việc tương tác với máy tính thực thông qua thiết bị bàn phím, chuột hay Joystick/Trackball/Keyboard/Styplus để cung cấp thông tin đầu vào sử dụng khối hiển thị trực quan để nhận thông tin đầu từ hệ thống Với đời hệ thống Thực ảo, phương thức giao tiếp phát triển cho phép người sử dụng tương tác cách tích cực với máy tính Thực ảo công nghệ sử dụng kỹ thuật mô hình hoá không gian ba chiều với hỗ trợ thiết bị đa phương tiện xây dựng giới mô máy tính – môi trường ảo (Virtual Environment) Trong giới ảo này, người sử dụng không xem người quan sát bên ngoài, mà thực trở thành phần hệ thống Một cách lý tưởng, người sử dụng tự chuyển động không gian ba chiều, tương tác với vật thể ảo, quan sát khảo cứu giới ảo góc độ khác mặt không gian Ngược lại, môi trường ảo lại có phản ứng tương ứng với hành động người sử dụng, tác động vào giác quan thị giác, thính giác, xúc giác người sử dụng thời gian thực tuân theo quy tắc vật lý tự nhiên, làm có cảm giác tồn giới thực Mục tiêu phần tổng quan đưa số nét tổng quát công nghệ Thực ảo, bao gồm: số nét lịch sử hình thành, lĩnh vực ứng dụng, phân loại hệ thống, phương pháp & công cụ phần mềm phổ biến tạo mô hình Thực ảo Sơ lược lịch sử phát triển Mặc dù Thực ảo mô tả công nghệ mang tính cách mạng, ý tưởng việc nhúng người sử dụng vào môi trường nhân tạo đời từ sớm Thực ảo xem tiếp nối ý tưởng lâu hệ thống mô bay, rạp chiếu phim ảnh rộng, rạp chiếu phim v.v… Sử dụng hệ thống vậy, người quan sát có cảm giác hình ảnh sống động trước mắt Sự đời máy điện toán mini báo khoa học Ivan Sutherland có tên “Màn hình tối tân” vào năm 1965 xem hai bước đột phá lớn vào thập kỷ 60 cho công nghệ Thực ảo Trong báo mình, Sutherland tiên đoán phát triển Thiết bị Hiển thị đội đầu đầu tiên, mà sau ông tạo thiết bị vậy, có tên “Thanh kiếm Damocles” Sutherland nhận tiềm máy điện toán việc tạo lập hình ảnh cho hệ thống mô bay, hình ảnh trước xây dựng Video Camera Những ý tưởng hai nhà khoa học Mỹ NASA Fisher McGreevy kết hợp lại dự án có tên “Trạm làm việc ảo” vào năm 1984 Cũng từ NASA phát triển thiết bị Hiển thị đội đầu có tính thương mại đầu tiên, gọi hình môi trường trực quan, thiết kế dựa mẫu hình mặt nạ lặn với hình quang học mà hình ảnh cung cấp hai thiết bị truyền hình cầm tay Sony Watchman Sự phát triển thiết bị thành công dự đoán, NASA sản xuất thiết bị HMD có giá chấp nhận thị trường, ngành công nghiệp Thực ảo đời Các lĩnh vực ứng dụng Thực ảo Mặc dù khái niệm Thực ảo xuất từ lâu, nhiều lý mặt công nghệ (cơ sở phần cứng phát triển, nghiên cứu, chi phí), phải nhiều thời gian nỗ lực để Thực ảo có thành tựu ngày Hiện lĩnh vực công nghệ nhiều tiềm xét khía cạnh ứng dụng Một số lĩnh vực ứng dụng có khuynh hướng phát triển mạnh mẽ thời gian gần Kiến trúc thiết kế thiết bị công nghệ Hình - Ứng dụng Thực ảo thiết kế kiến trúc Một lĩnh vực ứng dụng tiêu biểu Thực ảo thiết kế kiến trúc Khả mô hình hoá giới thực công nghệ Thực ảo dường đáp ứng cách tự nhiên mục tiêu ngành thiết kế kiến trúc: đưa mô hình trực quan hình ảnh công trình mong muốn tương lai Việc xây dựng mô hình không gian kiến trúc hình ảnh lập thể với đầy đủ mô tả trực quan hình khối kiến trúc nhà, cách bố trí nội thất bên trong, chí hoa văn cửa sổ hay màu sơn tường, với khả cho phép khách hàng tự tham quan, khảo sát nhà họ tương lai theo nhiều góc độ vị trí, từ phòng sang phòng khác thực đem lại hiệu trực quan mang tính cách mạng lĩnh vực mang nhiều đặc điểm nghệ thuật Hình - Ứng dụng công nghệ Thực ảo thiết kế thiết bị công nghệ Tương tự kiến trúc, với ngành sản xuất thiết bị mà công đoạn thiết kế đóng vai trò quan trọng thiết kế động cơ, thiết kế ô tô, tàu biển, hay chí tàu vũ trụ, hình dạng cách bố trí chi tiết không đơn mang tính thẩm mỹ, tính kỹ thuật mà ảnh hưởng tới sức sống thiết bị xét khía cạnh thương mại Khả mô hình hoá hình ảnh lập thể công nghệ Thực ảo cho phép người thiết kế thể cách trực quan ý tưởng thiết kế mình, đánh giá hiệu thiết bị dựa thử nghiệm mô thiết bị ảo, từ có hiệu chỉnh cần thiết trước thiết bị thực sản xuất Điều rõ ràng góp phần không nhỏ thành công thiết bị công nghệ, giảm bớt chi phí phát sinh Giải trí Thị trường giải trí ứng dụng tiêu biểu khác môi trường Thực ảo Trên thực tế, lĩnh vực ứng dụng lớn xét theo khía cạnh lợi ích tài Rất nhiều công ty sản xuất trò chơi có sử dụng nguyên lý Thực ảo Số lượng người bị hút theo trò chơi vậy, đặc biệt giới trẻ, tăng theo cấp số nhân đánh dấu tiềm thương mại to lớn công nghệ Thực ảo lĩnh vực Hơn thế, ngành công nghiệp trò chơi điện tử có ảnh hưởng to lớn tới lĩnh vực Thực ảo Nó tạo động lực cần thiết để thúc đẩu phát triển nhiều phần cứng Thực ảo, chẳng hạn card tăng tốc đồ hoạ Nếu trở lại khoảng 10 năm trước, thật khó tìm thấy card tăng tốc đồ hoạ có đủ lực tính toán cần thiết cho phép tạo ứng dụng Thực ảo thời gian thực Tại thời điểm đó, card trị giá hàng ngàn đôla đủ khả sinh 100.000 đa giác/giây mức độ phân giải trung bình Những thiết bị phần cứng khác Găng tay liệu Thiết bị hiển thị đội đầu chịu ảnh hưởng phần công nghiệp giải trí Tóm lại, ứng dụng Thực ảo giải trí đóng vai trò vừa mục tiều vừa động lực cho công nghiệp Thực ảo Hình - Ứng dụng Thực ảo lĩnh vực giải trí Giáo dục Đào tạo Phát triển công nghệ kỹ thuật cao, Thực ảo tích hợp đặc tính làm cho thân có tiềm vượt trội so với công nghệ đa phương tiện truyền thống khác: cho người sử dụng cảm nhận diện môi trường máy tính tạo khả tương tác, tự trị người dùng môi trường ảo, phản hồi tức thời, trực quan từ phía môi trường ảo tới giác quan người sử dụng Hơn nữa, công nghệ Thực ảo cho phép mô môi trường nguy hiểm hay tốn buồng lái máy bay, phòng thí nghiệm hoá chất.v.v… Hình – Mô hình huấn luyện bay sử dụng công nghệ Thực ảo Tất đặc tính khiến công nghệ Thực ảo trở nên phù hợp cho ứng dụng có tính chất giáo dục hay đào tạo Trong đó, mô hình trình diễn lập đóng vai trò quan trọng Các vật thể giới ảo biểu diễn xác nhiều so với đối tượng phẳng (hình ảnh hai chiều) bổ sung thêm chiều sâu Kết trình diễn minh hoạ hay thí nghiệm mô xác quan sát từ nhiều góc độ khác mặt không gian, điều mà giới phẳng hai chiều không làm Tính chất trực quan giảng nâng cao bước làm tăng hứng thú học tập khả ghi nhớ khái niệm quan trọng giảng Xét mặt này, khả tương tác với môi trường ảo khía cạnh đáng lưu ý Nếu thiếu khả tương tác (hai chiều) môi trường ảo người tham dự, Thực ảo không khác giao diện lập thể ấn tượng sống Trong phòng thí nghiệm hay huấn luyện ảo, thực thao tác đối tượng môi trường ảo, nhận phản hồi kịp thời có nghĩa từ vật thể môi trường yếu tố tiên khiến cho học viên có cảm nhận trải nghiệm tình thực Từ đó, học viên nắm bắt nhanh chóng 10 3.2 Mô nước Thực ảo Nước đối tượng quan trọng Thực ảo, hệ có hoạt động diễn môi trường có nước, ví dụ: hệ thống mô tập lái tàu thuỷ (Đại học GTVT HCM), hệ thống mô tập lái xe lội nước (Công ty CadPro-Việt Nam), hệ thống mô chất lượng nước hồ Tây (Viện khoa học Công nghệ Môi trường).v.v… Hình 13 - Hệ thống tập lái tầu thuỷ trường ĐH GTVT HCM Nếu hệ mô phải mua từ nước phải bỏ lượng tiền lớn, khoa học nước lại hội nghiên cứu Nếu hệ thống tập lái tàu thủy hay tập lái xe lội nước, mô nước tập trung vào hiệu ứng bề mặt, thể hiên hiệu ứng sóng nước, nước chảy, ánh sáng, màu sắc…Thì hệ mô tính chất nước lại tập trung vào mô thuộc tính cụ thể nước: độ trong, chất lơ lửng nước, độ sánh, sinh vật nước… 61 Hình 14 - Thể hiệu ứng mặt nước tạo Chính tùy thuộc vào yêu cầu toán mà ta lựa chọn phương pháp mô cho phù hợp Phương pháp Physically-based có ưu điểm mô nước có kích thước nhỏ, góc độ quan sát nhỏ mô giọt nước Phương pháp đảm bảo mô mặt nước thật, tốt thể tính chất vật lý nước sức căng bề mặt, độ dính bám, hình thể đa dạng giọt nước chuyển động Nhưng nhược điểm khối lượng xử lý nhiều, tốn nhiều dung lượng nhớ khó khăn muốn thể bề mặt rộng lớn mặt nước Hình 15 - Hiệu ứng chuyền động vật rơi xuống nước 62 Phương pháp Particles-based dựa phần tử đa giác hay khối hình Polygon để tạo thành bề mặt nước, không tốt dùng để thể nước có khích thước nhỏ trông không thật khó khăn việc tạo hiệu ứng bề mặt, với bề mặt rộng lớn phương pháp tỏ ưu điểm vượt trội Nó thể tốt mặt nước với đầy đủ hiệu ứng sóng nước, giao thoa sóng nước, nước chảy, hiệu ứng in bóng nước phản chiếu ánh sáng.v.v… Hình 16 - Thể mặt nước lưới đa giác phương pháp Particle-Base Xây dựng mô 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 hưởng không nhỏ tới mức độ cảm nhận tính thực người sử dụng giới ảo Trên giới có nhiều công cụ phần mềm hỗ trợ xây dựng ứng dụng đồ hoạ nói chung xây dựng mô hình nước Thực ảo nói riêng Do vậy, việc lựa chọn công cụ phần mềm thích hợp mặt tính giá thành vấn đề đáng quan tâm đầu tư xây dựng hệ thống Thực ảo Mỗi phần mềm có ưu điểm nhược điểm riêng Bài khoá luận đưa 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 mô hình lập 63 thể, ta phải đề cập đến phần mềm phổ biến Maya, 3D Studio Max, Softimage, Renderman, Houdini LightWave, Hình 17 - Thể dòng nước chảy phần tử lập thể particles Mặc sau, kết nghiên cứu hạn chế với chiến lược phát triển tốt bước hướng định ngày tạo hệ thống mô lớn sánh ngang với hệ mô giới, không đủ cung cấp cho nhu cầu Việt Nam 3.3 Chương trình Demo 3.3.1 Demo ứng dụng kỹ thuật Physically-Based a) Yêu cầu: Xây dựng chương trình Demo mô mặt hồ với hiệu ứng in bóng nước, hiệu ứng sóng nước chương trình có khả sẵn sàng tích hợp hệ Thực ảo 64 Hình 18: Kết mô mặt hồ kỹ thuật Physically-Based b) Phân tích toán, xác định vấn đề Mô nước toán tương đối khó Nhưng tính cấp thiết tầm quan trọng Thực ảo lại vấn đề cấp thiết cần làm Bài toán mô nước có hai hướng tiếp cận :  Phương pháp giả mô phỏng: ta dùng kỹ thuật xử lý ảnh để tạo đối tượng hiệu ứng giả đánh lừa mắt nhìn người Ví dụ, biến đổi ảnh không gian 2D thành hình ảnh vật không gian 3D, hay phương pháp Texture  Phương pháp mô thật: dùng kỹ thuật tạo đối tượng hiệu ứng dựa sở khoa học thuật toán biểu diễn tính chất vật lý đối tượng hàm biến đổi để thể đối tượng cách xác Với toán nêu em xin chọn hướng tiếp cận thứ : giả mô để thể mặt nước với hiệu ứng sóng, in bóng Nước có nhiều hiệu ứng khác đề cập phần 1.2.2 theo đề đặt em xin lựa chọn số hiệu ứng mặt nước để giải yêu cầu, là: tạo mặt 65 nước động có sóng, hiệu ứng phản chiếu ánh sáng, in bóng nước, độ màu sắc mặt nước Chương trình mô mặt nước phải thể yêu cầu phải có tính thẩm mỹ đủ làm hài lòng người quan sát Có thể mở rộng tạo số tương tác điều khiển lên đối tượng mặt nước làm cho mặt nước sinh động có khả sẵn sàng tích hợp hệ mô Thực ảo Qua việc tìm hiểu quy trình mô hiệu ứng mặt nước yêu cầu đặt cao phải nắm quy trình xây dựng hệ Thực ảo c) Giải vấn đề Qua phân tích để xác định rõ yêu cầu toán, em xin giải toán cách sử dụng kỹ thuật Physically-Based thể yêu cầu hiệu ứng mặt nước đề Sử dụng ngôn ngữ Visual C # để xây dựng chương trình demo Chia nhỏ toán mô mặt nước thành hai phần nhỏ để giải hai yêu cầu toán Cụ thể sau: - Hiệu ứng in bóng nước: dùng phép chiếu ảnh để lấy ảnh đối ngẫu với ảnh gốc ban đầu (mọi thao tác diễn ảnh đối ngẫu này) - Mặt nước dao động: chia mặt nước(ảnh đối ngẫu) thành dãy đường kẻ ngang ảnh với bề rộng nhỏ chiều dài chiều dài ảnh Sử dụng vòng lặp để điều khiển việc vẽ lại đường 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 xây dựng việc chép đường kẻ Thay chép đường 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 nước Trong thực tế, thay đổi đơn giản tạo gợn sóng cho ảnh mà không tạo hiệu ứng cho bề mặt hồ nước Do muốn có nhiều sóng phải tạo nhiều thay đổi vị 66 trí nhiều dòng kẻ Kích thước độ dịch chuyển biến đổi dựa theo vị trí tọa độ y (dựa theo chiều dọc ảnh) đường kẻ Các đường gần với phần ảnh thay đổi đường phần ảnh Điều giúp cho việc phối cảnh trở lên chân thực d) Kết quả: Như với việc sử dụng kỹ thuật Physically-Based em mô mặt hồ với hiệu ứng hiệu ứng in bóng nước, hiệu ứng sóng nước… Với tóan mô bề mặt lớn mặt hồ, kỹ thuật Physically-Based thực thích hợp để mô Tuy nhiên, gặp khó khăn kỹ thuật Physically-Based chủ yếu dựa vào mô toàn bề mặt theo lưới phần tử cách đồng Để mô mặt nước có điều kiện ngoại lực tác động, điểm chịu ngoại lực tác động điểm phát sinh sóng em sử dụng kỹ thuật Particle-Based Kỹ thuật trực dõi phần trình phần tử di chuyển qua miền trống 3.3.2 Demo ứng dụng kỹ thuật Particle-Based a) Yêu cầu: Xây dựng chương trình Demo mô mặt nước với hiệu ứng sóng nước xuất chịu ngoại lực tác b) Phân tích toán, xác định vấn đề Những vấn đề cần giải toán giống với toán Tuy nhiên cần xét đến yếu tố khác biệt: toán yêu cầu phát sinh hiệu ứng sóng có kiện ngoại lực tác động c) Giải vấn đề: Để giải toán em sử dụng hướng tiếp cận toán giả mô Kỹ thuật mô nước dùng kỹ thuật Particle-Based Sử dụng ngôn ngữ Visual C# để xây dựng chương trình demo Với việc mô tả hiệu ứng sóng chịu ngọai lực tác động, cần giải việc sau: 67 - Ngoại lực tác dụng thể thông qua kiện di chuyển trái chuột Một vòng tròn với bán kính radius độ cao height tạo hàm PutDrop(x,y,height) - Phát sinh sóng: sóng sinh phát triền từ đường tròn trung tâm, lan sang điểm lân cận theo vòng tròn với bán kính lớn dần Sóng xuất nằm phạm vi ảnh - Thời gian sống sóng phụ thuộc vào yếu tố: sóng lan xa, bước sóng lớn độ mạnh sóng lại giảm Mỗi lần sóng lên xuống, lượng phân bố theo khu vực tương ứng Có nghĩa là, cường độ sóng giảm theo đường sóng Sử dụng yếu tố gọi damping để điều khiển việc Yếu tố lượng phần trăm(%) cường độ sóng trừ cho cường độ để khiến cường độ cao biến nhanh cường độ nhẹ từ từ d) Kết quả: Mô thành công mặt nước với hiệu ứng sóng xuất có ngoại lực tác động: Hình 19: Kết mô hiệu ứng sóng nước kỹ thuật Particle-Based 68 Kết luận Tự đánh giá đồ án 1.1 Về cấu trúc chương trình Trong trình làm đồ án em cố gắng bám sát yêu cầu đề tài đặt là:  Tìm hiểu tổng quan Thực ảo vấn đề mô nước Thực ảo  Tìm hiểu nước bao gồm tính chất hiệu ứng nước  Tìm hiểu số kỹ thuật mô hiệu ứng nước  Tạo chương trình Demo thể kiến thức thu nhận Chương trình mô hiệu ứng nước em xây dựng thành công đáp ứng yêu cầu khoá luận thể số hiệu ứng nước Hiệu ứng nước hiệu ứng hệ Thực ảo, việc tạo hiệu ứng cho ta hội tiếp cận với quy trình công nghệ xây dựng hệ Thực ảo - hướng phát triển công nghệ thông tin Việt Nam Tiếp thu làm chủ công nghệ xây dựng hệ mô có lợi ích to lớn lĩnh vực giáo dục đào tạo, nghiên cứu khoa học… Chương trình Demo thể rõ yêu cầu đồ án đặt thể số hiệu ứng nước 1.2 Những hạn chế Chương trình có tính chuyên nghiệp chưa cao, chưa giải trọn vẹn vấn đề nảy sinh trình thực chương trình Demo như: Các hiệu ứng nước chưa thật hút, tính thẩm mỹ chưa cao xây dựng mô hình thiếu tính chuyên nghiệp Cũng điều kiện nghiên cứu thời điểm thiếu thốn, chưa có hệ thống máy tính mạnh để kết xuất chương trình có độ 69 phân giải cao có nhiều đối tượng, chưa có thiết bị trình chiếu đồng tốt để thực mô 3D Stereo cách hoàn chỉnh Kết thu nhận thân Trong trình tìm hiểu, nghiên cứu triển khai đề tài để thiết kế chương trình em nắm bắt thu nhận kiến thức kĩ bổ ích sau:  Có khả phân tích thiết kế chương trình ứng dụng đồ hoạ 3D từ khâu khảo sát, phân tích nội dung, trình bày ý tưởng, phân tích thiết kế chương trình đến khâu tạo lập trình bày chương trình  Nghiên cứu công cụ đồ hoạ chuyên nghiệp Maya, 3DsMax củng cố kỹ lập trình C, Visual C# Tìm hiểu ngôn ngữ lập trình VRML OpenGL  Thêm hiểu biết quy trình bước thực cho toán cụ thể từ phân tích yêu cầu, khảo sát thực tế, phân tích mô hình, thiết kế triển khai chương trình Đó học thực tế quý báu cho công việc sau em  Củng cố kiến thức đồ hoạ vi tính, xứ lý ảnh… mà em học nhà trường Hướng phát triển đề tài Hiện chương trình trình chiếu thiết bị Mono bình thường nên chưa phát huy lợi công nghệ Thực ảo trình chiếu công nghệ Stereo Hướng phát triển tới tạo chương trình thể lợi Thực ảo xử lý thời gian thực, tương tác, âm 3D… Phải nâng cao kỹ phân tích thiết kế mô hình nước, đảm bảo tính thẩm mỹ chuyên nghiệp chương trình đồ hoạ vi tính Tiến tới tạo kết xuất chương trình lớn đáp ứng yêu cầu tích 70 hợp vào hệ mô thương mại Có thể tạo hiệu ứng nước thật nữa, phong phú cách đưa hiệu ứng nước vào môi trường mà hiệu ứng nước phải thật với môi trường Kết hợp nhuần nhuyễn phương pháp mô nước hiệu ứng Tìm hiểu sâu thêm tính công cụ phát triển từ có kiến thức tổng quát, chuyên sâu, sẵn sàng cho việc phân tích thiết kế hệ Thực ảo có gắn bó với mô nước… Để thực mong muốn nhiều nữa, thân em tự nhận thức phải nỗ lực phấn đấu học tập nhiều, niềm đam mê công nghệ Thực ảo - môn nghệ thuật tương lai, lĩnh vực phát triển đầy hứa hẹn công nghệ Việt Nam, em mong muốn chia sẻ với tất người bạn trẻ Mong muốn tương lai không xa có nhiều người yêu thích tham gia vào dự án Thực ảo, mong muốn nhà nước có quan tâm nhiều cho công tác định hướng, đào tạo đầu tư cho lĩnh vực mẻ này, mong muốn sớm có diễn đàn cho chuyên gia hàng đầu mang thương hiệu Việt công tác nơi giới đóng góp thông tin, công sức nghiên cứu, tâm huyết động viên cho hệ trẻ sớm theo kịp với công nghệ Thế giới… Qua đồ án tốt nghiệp em cố gắng cung cấp nhìn tổng quan Thực ảo chuyên sâu lĩnh vực mô hấp dẫn công nghệ đó, hy vọng năm có nhiều bạn trẻ tiếp tục đề tài chuyên sâu Thực ảo 71 Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Văn Huân - Vũ Đức Thái, Kỹ thuật lập trình mô giới thực dựa Morfi, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2006 [2] Using Virtual Reality modelling to improve training techniques, http://www.ifip.or.at/con2000/iceut2000/iceut12-09.pdf [3] Virtual and Interative Environments for Workplaces of the future http://www.view.iao.fhg.de/IntrotoVR.htm [4] The Virtual Reality Laboratory (VRL) at the University of Michigan, http://www-vrl.umich.edu [5] 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 [6] 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 [7] Applications of Virtual Reality, Marc Bernatchez, July 13th, 2004, http://vresources.jump-gate.com/applications/applications.shtml [8] Virtual Reality and Augmented Reality Research Areas, Center of Advanced Media Technology (CAMTech), University of Nanyang, Singapore, http://camtech.ntu.edu.sg/index.htm [9] Particle-based Viscoelastic Fluid Simulation Simon Claves, Philippe Beaudoin, and Pierre Poulin, LIGUM, Dept.IRO University De Montreal [10] Discontinuous Fluid Jeong-Mo Hong and Chang Hun-Kim Korea University 72 Phụ lục - Để giải vấn đề dịch chuyển đường kẻ cần xây dựng hàm: iDisplacement Kết hàm trả giá trị cho biết phải làm để dịch chuyển đường kẻ frame ảnh Kích thước độ dịch chuyển biến đổi dựa theo vị trí tọa độ y (dựa theo chiều dọc ảnh) đường kẻ Các đường gần với phần ảnh thay đổi đường phần ảnh Điều giúp cho việc phối cảnh trở lên chân thực Cấu trúc hàm iDisplacement thể sau: Code: int iDisplacement = (int)(nRipples / m_nDamping * Math.Sin ((double)((nRipples) * /* A */ /* B */ /* B1 */ (iImageHeight - iCtr) / (double)(iCtr + 1)) + /* B2 */ nFrameAsRadians /* B3 */ )* (iCtr + m_nWaveHeight) / /* C */ (double) iImageHeight ); Trong đó: - A tác động đến yếu tố damping( giảm dần dao động sóng) - B: quy định việc dao động, đung đưa để tạo hiệu ứng sóng chừng mà điề kiện C kiểm sóat giảm dần dao động sóng Đó việc giảm từ mức cao xuống mức thấp gợn sóng tạo cảm giác có sóng mặt hồ Các thành phần B có nghĩa sau: + B1: xác định số gợn sóng lăn tăn xuất họat ảnh + B2: xác định kích thước gợn sóng lăn tăn Kích thước tăng dần lên từ bên cuối ảnh họat ảnh + B3: đưa khoảng ngừng dao động frame ảnh 73 - Hàm PutDrop(x,y,height) Hàm tạo vòng tròn sóng với tọa độ trung tâm (x,y) bán kính radius độ cao height private void PutDrop(int x, int y, short height) { _weHaveWaves = true; int radius = 15; double dist; for(int i = -radius; i