Sử dụng thực tại ảo mô phỏng điểm đèn giao thông trên địa bàn tỉnh thái nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG Lê Hữu Nhân SỬ DỤNG THỰC TẠI ẢO MÔ PHỎNG ĐIỂM ĐEN GIAO THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Đỗ Năng Toàn Thái Nguyên, năm 2012 Công trình hoàn thành : Trường Đai học Công nghệ thông tin Truyền thông – Đại học Thái Nguyên Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đỗ Năng Toàn Phản biện 1: TS Phạm Việt Bình Phản biện 2: TS Nguyễn Thế Quế Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn họp tại: Vào hồi 10 ngày 10 tháng 11 năm 2012 Có thể tìm hiểu luận văn trung tâm học liệu Đại học Thái Nguyên Và thư viện Trường/Khoa: Trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông Đặt vấn đề Thái Nguyên có 4.500 km đường giao thông Hàng năm địa bàn tỉnh có khoảng 1000 vụ tai nạn va chạm giao thông xảy Nếu tính bình quân tháng Thái Nguyên có 19 người chết 100 người bị thương tai nạn giao thông (TNGT) Theo số liệu phân tích Ban An toàn giao thông tỉnh Thái Nguyên, nguyên nhân xảy tai nạn va chạm giao thông nêu nhiều nguyên nhân khách quan, chủ quan khác nhau, có nhiều nguyên nhân tồn điểm đen giao thông (Trên địa bàn tỉnh có 64 điểm đen giao thông) Việc đẩy mạnh tăng cường công tác quản lý, phát xử lý kịp thời điểm đen TNGT cần thiết quan trọng góp phần giảm thiểu tối đa tai nan giao thông địa bàn, xuất phát từ tình hình thực tiễn nêu trên: luận văn tập trung vào việc tìm hiều công nghệ thực ảo, tìm hiểu va chạm đối tượng tai nạn giao thông thực tế để mô vào máy tính Luận văn gồm chương: Chương 1: Khái quát mô điểm đen giao thông; Chương 2: Một số kỹ thuật phát hiện, xử lý va chạm mô điểm đen giao thông; Chương 3: Ứng dụng mô tai nạn va chạm điểm đen giao thông Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Tình hình tai nạn va chạm giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên số tỉnh có tuyến quốc lộ qua Thái Nguyên; Các điểm đen giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên; số tai nạn va chạm giao thông điểm đen giao thông nói trên; Một số công nghệ, kỹ thuật mô máy tính an toàn giao thông đối phương tiên ô tô bốn bánh Kỹ thuật lập trình 3D thực ảo tảng công nghệ lập trình Java Mục tiêu nghiên cứu Tìm hiểu khái niệm vấn đề liên qua đến mô mô điểm đen giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên; Tìm hiểu số kỹ thuật tính toán xử lý va chạm mô phỏng; Cài đặt thử nghiệm tình giao thông nguy hiểm điểm đen giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên Hướng nghiên cứu đề tài Mô ứng dụng mô an toàn giao thông Nội dung nghiên cứu Tìm hiểu, khái quát thực ảo mô phỏng; Tìm hiểu, trạng kết cấu sở hạ tầng giao thông an toàn giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên; Tìm hiểu số kỹ thuật mô xử lý va chạm phương tiện tham gia giao thông đen giao thông địa bàn tỉnh; Cài đặt thử nghiệm tình va chạm giao thông điểm đen giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên Phương pháp nghiên cứu Tim hiểu, nghiên cứu lý thuyết; Thông kê khoa học, phân loại; Thực nghiệm; Thông qua hướng dẫn thầy, cô giáo, chuyên gia có nghiên cứu thuộc ngành lĩnh vực liên quan đến đề tài Ý nghĩa khoa học đề tài Kết nghiên cứu đề tài làm rõ số kỹ thuật mô ứng dụng an toàn giao thông Đồng thời làm sở giúp việc tổ chức triển khai ứng dụng phần mềm, hệ thống thông tin phục vụ công tác đảm bảo an toàn giao thông địa bàn tỉnh nói riêng nước nói riêng 4 Bố cục luận văn Ngoài thông tin bảng vẽ, thuật ngữ phần mở đầu, luận văn trình bày với bố cục nội dung gồm: Đặt vấn đề Chương 1: Khái quát mô điểm đen giao thông; Chương 2: Một số kỹ thuật phát hiện, xử lý va chạm mô điểm đen giao thông; Chương 3: Ứng dụng mô tai nạn va chạm điểm đen giao thông Kết luận Tài liệu tham khảo CHƯƠNG I KHÁI QUÁT VỀ MÔ PHỎNG VÀ ĐIỂM ĐEN GIAO THÔNG Chương I, luận văn tập trung vào trình bày khái quát nội dung mô mô máy tính gồm vấn đề mô phỏng, mô máy tính, thực ảo máy tính ứng dụng 1.1 Khái quát mô 1.1.1 Mô gì? Luận trình bày kết tìm hiểu khái niệm mô mô ứng dụng sống Luận văn đưa khái niệm khác nước, tài liệu công bố Trên sở đánh giá đưa khai niệm chung tài liệu hay sử dụng dễ hiểu nhất: Đó là: Mô trình “bắng chước” hệ thống (mô hình, trạng thái, đối tượng) có thực 1.1.2 Mô máy tính Tương tự ý trên, mục luận văn trình bày khái niệm mô máy tính, có sử dụng hình ảnh 3D kết quả, thành tực nghiên cứu mô máy máy tính Luận văn tập trung nghiên Hình 1.1 Mô 3D điểu kiển đèn tín hiệu giao thông dụng mô máy tính tính, để làm rõ thêm khái niệm mô cứu, tìm hiểu, trình bày ứng ngành lĩnh vực y học, giao thông, quân sự, kinh tế, văn hóa, giải trí…Luận văn trình bày nêu phương pháp mô máy tính, phân tích khái quát hai phương pháp mô là: Mô nhân quả; Mô phi nhân 1.1.3 Thực ảo máy tính Mục này, luận văn trình bày khái quát lịch sử hoàn cảnh đời thực ảo, tình hình phát triển công nghệ thực ảo nay…Trình bày khái niệm thực ảo, công cụ phát triển, công cụ lập trình xây dưng hệ thống thực ảo… 1.1.4 Ứng dụng thực ảo máy tính Mục luận văn trình bày ứng dụng hệ thống thực ảo máy tính ứng dụng triển khai với môi trường thực ảo như: Lớp toán thiết kế, quy hoạch mạng lưới giao thông; Lớp toán quản lý tính toán thiết kế luồng giao thông; Lớp toán phát hiện, cảnh báo ng uy hiệm, điểm đen tai nạn giao thông ; Lớp toán giảng dạy lĩnh vực giao thông…; 1.2 Điểm đen tai nạn va chạm giao thông 1.2.1 Điểm đen giao thông Mục trình bày khái niệm điểm đen giao thông theo luận Việt Hình 1.2 Mô 3D va chạm Oto Nam, sau: Điểm đen tai nạn giao thông tuyến đường vị trí nguy hiểm (có thể nút giao thông mức đoạn đường có chiều dài 500m) thường xảy tai nạn giao thông cao mức bình thường có tính chất tương đối giống khoảng thời gian định Hình 1.3 Một điểm đen giao thông địa bàn tỉnh TN, Ảnh theo ngồn VOV 1.2.2 Tai nạn, va chạm giao thông điểm đen Luật Giao thông đường Việt Nam quy định: Tai nạn giao thông (TNGT) việc bất ngờ xảy đối tượng tham gia giao thông hoạt động tuyến đường bộ, đường sắt, đường thuỷ, đường hàng không địa bàn giao thông công cộng khác vi phạm quy định an toàn giao thông gặp phải tình huống, cố đột xuất không kịp phòng tránh gây thiệt hại Hình 1.4 Tai nạn, va chạm giao thông núi điểm đen tầm nhìn bị che khuất, ảnh theo ngồn Internet đến tính mạng, sức khoẻ người, đến tài sản phương tiện Như tai nạn, va chạm giao thông điểm đen giao thông việc bất ngờ xảy đối tượng tham gia giao thông vị trị nguy hiểm 1.2.3 Mô giao thông Mô giao thông cách ‘bắt chước’ hoạt động hệ thống gồm đối tượng tham gia giao thông máy tính Dạng mô vi mô (microscopic simulation) dùng thông số đầu vào hệ thống hệ thống phương trình quy định hành vi ứng xử loại phương tiện giao thông để diễn tả lại trạng thái hệ thống giao thông Việc mô Hình 1.5 mô hình quy hoạch phân luồng oto 3D hệ thống Carsim lập trình xử lý máy tính Có số mô hình mô giao thông thương mại hóa phần mềm, ví dụ PARAMICS, VISSIM Như vậy: việc mô tai nạn, va chạm giao thông điểm đen gia thông phần hệ thống mô giao thông, mà kỹ thuật phát xử lý va chạm tính toán, mô thiếu quan trọng 1.2.4 Các hệ thống phần mềm quản lý an toàn giao thông Mục này, luận văn tập trung vào trình bày ứng dụng ngành giao thông hãng sản xuất phần mềm máy tính giới cung cấp thương mại hóa, ngành giao thông khai thác sử dụng như: ARCADY, PICADY, OSCADY PRO, TRANSYT, MOVA, MAAP, VISSIM… CHƯƠNG II MỘT SỐ KỸ THUẬT PHÁT HIỆN, XỬ LÝ VA CHẠM 2.1 Mô điểm giao thông Mục này, trình bày khái niệm điểm đen giao thông; mô tả liệu vào toán mô điểm đen giao thông, kiến trúc Bài toán quản lý mô điểm đen giao thông 2.2 Phát va chạm Định nghĩa [collision detection] : Cho không gian U với tập đối tượng O, thuật toán phát va chạm cho biết va chạm cặp đối tượng đôi C p ⊂ O x O x R3 với đối tượng o1,o2 cho biết điểm va chạm chúng p1,2 ∈ R3 2.3 Kỹ thuật phát va chạm dùng hộp bao AABB 2.3.1 Khái niệm Hộp bao AABB (Axis Aligned Bounding Box) hộp bao có dạng hình hộp chữ nhật, cạnh (trục) song song với trục toạ độ tương ứng bao lấy vật thể Hộp bao AABB bao gồm tâm C, ba hệ số a 0, a1, a2 tương ứng độ dài theo ba trục toạ độ hình hộp Hộp bao dạng đơn giản, dễ tạo thao tác kiểm tra va chạm Hộp bao loại tạo nhiều khoảng trống vật thể hộp bao, vật thể không nằm song song với trục toạ độ có dạng dài khoảng trống Hình 2.1 Hộp bao AABB, 2D lớn 2.3.2 Kỹ thuật dựng hộp bao AABB Xây dựng hộp bao loại đơn giản, hộp bao tạo điểm có toạ độ nhỏ lớn vật thể hình vẽ 2.3.3 Kỹ thuật xử lý phát va chạm Cho hai hộp bao AABB xác định [C 1, a0,a1, a2] [C2, b0, b1, b2] với giả sử ai>0, Hình 2.2 Hộp bao AABB bj>0, i,j = 0,1,2 Để kiểm tra va chạm, xác định toạ độ cao thấp hộp bao Kí hiệu (x min1, ymin1, zmin1), (xmax1, ymax1, zmax1) toạ độ thấp cao hộp bao có tâm C1, Tương tự, ta tính (xmin2, ymin2, zmin2), (xmax2, ymax2, zmax2) toạ độ thấp cao hộp bao xác định tâm C2 Hai hộp bao AABB va chạm xảy bốn điều kiện sau: Để tìm điểm va chạm, có chọn điểm va chạm đỉnh tương ứng với bốn trường hợp a) Thuật toán tổng quát: Để kiểm tra hộp bao có va chạm với hay không ta sử dụng định lý sau: đối tượng lồi không giao tồn mặt phẳng P cô lập chúng Trong không gian chiêu R3, hộp bao giao hình chiếu Hình 2.3 Chiếu đối tượng lên chúng trục toạ độ x, y z phải giao Thuật toán: trục toạ độ - Chiếu hộp bao (AABB) lên trục toạ độ x, y z Kết thu đoạn thẳng - Hoặc chiếu hộp bao (AABB) lên mặt phẳng toạ độ xOy, yOz zOx Kết thu hình chữ nhật - Kiểm tra giao đoạn thẳng chiếu lên trục toạ độ Nếu hình chiếu hộp bao giao trục toạ độ hộp bao giao Ngược lại chúng không giao - Nếu chiếu lên mặt phẳng toạ độ hộp bao giao hình chiếu hộp bao lên mặt phẳng toạ độ giao 2.4 Kỹ thuật phát va chạm dụng hộp bao theo hướng – OBB 2.4.1 Khái niệm OBB hộp bao AABB trục có hướng bất kỳ, hình vẽ 14, OBB có ưu điểm AABB giảm không gian trống vật thể hộp bao 7 Loại hộp bao bao vừa dạng vật thể, không tối ưu vật thể có nhiều đỉnh cao hình vẽ 13 Một hình hộp OBB bao gồm tâm C, ba vector 0, 1, hướng hình hộp hệ số Hình 2.4 Hộp bao hướng - OBB độ dài tương ứng với kích thước hình hộp a0 >0, a1>0, a2>0 Khi đó, đỉnh hình hộp xác định: 2.4.2 Kỹ thuật xử lý phát va chạm a) Kiểm tra nhanh va chạm hai hộp OBBs Cho hai hình bao OBBs xác định thông số [C 0,A0,A1,A2,a0,a1,a2] [C1,B0,B1,B2,b0,b1,b2] Tập ứng cử viên trục cô lập tối đa 15 trục sau: - trục hướng hộp bao thứ - trục hướng hộp bao thứ hai - trục tạo tích có hướng trục thuộc hộp bao thứ trục thuộc hộp bao thứ hai Gọi trục cô lập có vector phương V qua tâm C hộp bao thứ có phương trình sau: d=0 + t* Trong đó: t – tham số; i, j i, j i,j=0,1,2 Gọi P điểm bất kỳ, hình chiếu P lên đường thẳng d với gốc C đoạn thẳng C0H xác định sau (hình 15) Hình 2.5 Hình chiếu P lên đường thẳng d Như vậy, chiếu đỉnh hộp bao thứ lên trục cô lập d với gốc C thu cặp đoạn thẳng có độ dài nằm hai phía so với C0 (hình 16), độ dài đoạn thẳng xác định sau: (2.1) Hình 2.6 Chiếu đỉnh hình hộp lên trục d Như vậy, khoảng cách nhỏ chứa đoạng thẳng (2.1) có tâm C bán kính r0 xác định sau: Đặt R0 =r* , ta có: Tương tự, ta xác định hình chiếu đỉnh hộp bao thứ hai lên d với gốc C sau Với =1- Chú ý rằng, đoạn thẳng nhóm thành cặp đối xứng qua C1 Do vậy, khoảng cách nhỏ chứa đoạng thẳng (2.2) có tâm C1 bán kính R xác định sau: Đặt R1= r* , tương tự ta suy Hai khoảng cách không giao nếu: (2.3) Trong đó: R= C0C1* Hình 2.7 Kết chiếu hai hình hộp lên trục cô lập d Giải cụ thể phương trình trên, với vector i ta viết thành: i=C0i0 + C1i1 + C2i2, với i=0,1,2 Đặt: A=(A0, A1, A2); B=(B0, B1,B2) (2.4) (2.5) Từ (2.4) (2.5) => cij=i * j, hay cij tích vô hướng vector i, j Mặt khác: từ B=C*A => A=CT*B i=ci00 + ci11 + ci22, với i=0,1,2 Như ta biết, tập trục cô lập ứng cử viên i= {i, j, i, j }, với i, j = 0,1,2 Để tính toán hệ số R0, R1 ta minh họa cho hai trường hợp = i = i, j, trường hợp lại tương tự Xét trường hợp: = Xét trường hợp: = 0, Hình 2.8 Tìm điểm va Mặt khác: Viết lại dạng: chạm hai điểm tiếp xúc Tiếp tục làm cho trường hợp lại, ta xác định giá trị cho R, R 0, R1 b) Tìm va chạm hai hộp OBBs Phát va chạm mức thứ chưa đưa xác điểm va chạm Trường hợp kết mức thứ cho ta biết có va chạm xảy phải chuyển sang mức hai để tìm xác điểm va chạm [9] Ý tưởng để tìm thời điểm va chạm sau: Nếu không tìm trục cô lập có nghĩa hai hộp bao va chạm với nhau, nhãn thời gian gán cho trục cô lập lần kiểm tra liền trước thời điểm mà hai hộp bao va chạm nhau, gọi T nhãn thời gian Khi đó, ta coi R = R0+R1(thời điểm hai hình hộp tiếp xúc nhau) Gọi P điểm tiếp xúc hai hộp bao suy tồn vector x = {x 0, x1, x2} y = {y0, y1, y2} cho: (2.6) Việc tìm điểm va chạm phụ thuộc vào trục cô lập thời điểm T trục số 15 trục cô lập ứng cử viên Ta xét trường hợp sau: Trường hợp 1: véctor i Nhân hai vế (6) với vector i ta được: Đặt = Sign (i * ) => xi = * (R0+R1) + Thay giá trị R0, R1 bảng ta được: Nhân hai vế với ta được: (7) Thấy: (ai – *xi) (bj + * Sign (cij) * yj) Nếu cij=0, ứng với trường hợp cạnh va chạm mặt, mặt va chạm mặt, nhân hai vế (2.6) với vector được: Mặt khác, |yj| ≤ bj, nên ta có: Do ta cần chọn giá trị yj thuộc đoạn Trường hợp 2: véctor j Tương tự trường hợp 1, ta tính được: j 10 Nếu cij=0, nhân hai (6) với , ta có: Tương tự, ta có: Khi đó, chọn xj thuộc đoạn sau làm điểm tiếp xúc Trường hợp 3: véctor i j , để thuận tiện dễ trình bày, ta minh họa cho trường hợp = c201= - c01 + c021, trường hợp khác tính tương tự Nhân hai (6) với i j, ta được: 0 = c10 – (8) Lưu ý: theo hàng bảng 1, thì: Đặt = Sign ((0 0) * ), ta có (8) tương đương với: |c20| * (a1 + *Sign(c20)*x1)+|c10|*(a2-*Sign(c10)*x2)+|c01|*(b2-*Sign(c01)*y2)+|c02| *(b1+*Sign(c02)*y1)=0 Ta thấy: Để tìm x0, y0, nhân hai vế (6) với 0, (9) Giải hệ phương trình trên, với hệ số y1, y2, x1, x2, ta tìm x0, y0 Đối với trường hợp ={ 1, 2, 0, 1, 2 1, 2} tính toán tương tự để tìm điểm tiếp xúc Cứ ta tính tiểm tiếp xúc trường hợp 2.5 Kỹ thuật phát va chạm sử dụng phương pháp Elipsoid 2.5.1 Không gian vector tịnh tiến vật thể không gian Phương pháp Elipsoid, sử dụng không gian vector thuộc dạng chuẩn, để đơn giản hoá việc tính toán Các Luật không gian vector phải đáp ứng: - Thỏa mãn luật cộng nhân Có nghĩa cho vector X, Y thuộc không gian vector xét Z = X + Y thuộc không gian Cho số thực r, X nằm không gian r*X thuộc không gian (Luật 1) - Tồn vector không V0 cho với vector X không gian V 0+X=X Với vector X X*0 = V0 (Luật 2) - Nó phải thoả mãn phép toán học chuẩn : luật kết hợp luật giao hoán (Luật 3) 11 Tổ hợp tuyến tính vector không gian vector: vector nhận ta tổ hợp vector không gian vector phép cộng phép nhân với số vô hướng 2.5.2 Phát va chạm Ý tưởng: mô đối tượng giới thực Ellipsoid (hình bao Ellipsoid) Ellipsoid định nghĩa tâm bán kính theo trục tọa độ, hình vẽ Ý tưởng thuật toán tổng quát thực theo bước sau: Bước 1: Tính mặt phẳng chứa tam giác Bước 2: Tính điểm giao hình cầu chúng va chạm với mặt phẳng Bước 3: Tính điểm giao mặt phẳng hình cầu va chạm với mặt phẳng Bước 4: Tính toán, điểm va chạm mặt phẳng nằm tam giác Nếu không ta phải tính lại điểm va chạm thực Bước 5: Nếu xảy khả điểm giao không thực khoảng cách tới điểm giao nhỏ độ lớn khoảng cách mà muốn di chuyển đối tượng, kiểm tra điểm va chạm gần Lưu thông tin va chạm Thuật toán kết thúc, tồn điểm va chạm gần nhất, thực lưu giữ thông tin va chạm, thông tin cần thiết để xử lý phản hồi (response) sau va chạm Khi toàn trình phát xử lý va chạm kết thúc, ta chuyển toàn kết vào không gian R chuẩn để kết cuối cùng, cập nhật vị trí đối tượng a) Triển khai thực thuật toán tổng quát trên: (1) Tính mặt phẳng chứa tam giác Giả sử ta có mặt phẳng chưa tam giác ABC Chọn A làm gốc ta có vector không song song tính công thức: v1 = B – A v2 = C – A Vector pháp tuyến tính tích có hướng vector v 1,v2 (2) Tính điểm va chạm giả định hình cầu (cầu đơn vị) Tính điểm giao hình cầu (trước di chuyển hình cầu) tịnh tính (giả định) mặt phẳng tới làm mặt phẳng tiếp diện với mặt cầu tiếp điểm giao điểm xảy va chạm.Thuật toán thực là: eIPoint = source – pNormal Hình Tính mặt phẳng chứa tam giác Hình Tìm điểm va chạm giả định (3) Tính điểm va chạm giả định nằm mặt phẳng Để tìm điểm này, ta kéo tia từ điểm nằm mặt cầu dọc theo vector vận tốc, tia cắt mặt phẳng đầu điểm giao Còn điểm nằm mặt cầu điểm ta vẽ bán kính mặt cầu song song ngược chiều với vector pháp tuyến mặt phẳng, hình vẽ 21 Hình Tính điểm va chạm giả định nằm mặt phẳng Thấy điểm va chạm điểm mà tập điểm, phải chọn điểm nằm mặt phẳng điểm ta vẽ bán kính theo hướng vector pháp tuyến mặt phẳng, bán kính giao với mặt phẳng điểm điểm điểm cần tìm Việc thực mặt phẳng cắt mặt cầu Hình điểm va chạm tập điểm (4) Tính toán điểm giao thực Nếu tồn điểm giao thực, điểm mà hình cầu va chạm với tam giác, có trường hợp xảy ra: điểm va chạm nằm tam giác xét nằm tam giác (thuộc mặt phẳng) - không xét trường hợp mặt cầu không va chạm với mặt phẳng Ý tưởng thuật toán kiểm tra điểm nằm tam giác: 12 Giả sử ta có điểm P bất kì, nối điểm P với đỉnh tam giác ABC, đó: Nếu P nằm tam giác ABC : + + = 360o; Nếu P nằm tam giác ABC : + + < 360o Lưu ý: tích vô hướng vector đơn vị cosin góc chúng Hình Kiểm tra điểm nằm tam giác Như vậy, trường hợp điểm va chạm nằm tam giác, tính toán điểm nằm cạnh tam giác gần với điểm va chạm giả định Ta thực hạ đường vuông góc từ điểm va chạm giả định xuống cạnh tam giác, lấy đường vuông góc có độ dài nhỏ nhất, chân đường vuông góc nằm cạnh tam giác chân đường vuông góc điểm cần tìm Ngược lại ta lấy đỉnh gần cạnh ứng Hình Kiểm tra điểm va chạm với đường vuông góc xác nhận điểm va chạm (5) Va chạm xảy Ở bước ta thực được: Khoảng cách tới điểm va chạm (nếu có); Điểm va chạm mặt cầu; Điểm va chạm tam giác Trước hết, thấy va chạm xảy khoảng cách tới điểm va chạm phải nhỏ quãng đường di chuyển hình cầu (độ lớn vector vận tốc) Ta xét riêng với tam giác tại, lúc di chuyển va chạm với tam giác khác… 2.6 Phát va chạm đối tượng di chuyển Giả sử hai đối tượng (mà ta coi hình hộp) C C1 chuyển động với gia tốc khác Ta xây dựng lớp hình hộp chứa thông tin cần thiết đối tượng như: toạ độ tâm hình hộp, vector hướng, độ dài chiều hình hộp, gia tốc chuyển động, vận tốc chuyển động, trọng lượng hình hộp,… Những thông số gọi thông số trạng thái đối tượng Khi đối tượng chuyển động với thông số riêng Giả sử thời điểm t0 ta có vector trạng thái đối tượng, sang thời điểm t1 > t0 vector trạng thái đối tượng tính toán phương pháp lấy tích phân số gần [5] Có hai phương pháp tính tích phân số hay dùng phương pháp Euler Runge–Kutta Fourth Phương pháp Euler đơn giản, sai số lớn cho độ xác tốt t = t1 - t0 lớn, ngược lại t bé phương pháp Runge–Kutta Fourth4 lại cho độ xác cao 2.7 Xử lý hiệu ứng meo mó, biến dạng sau va chạm Như ta biết toàn va chạm vật nói chung hay tai nạn, va chạm nói riêng, bước phải xử lý sau va chạm Sau va chạm vật (oto với oto, oto với xe máy…) đối tượng (vật thể) xét hình dạng, có ban đầu không? hay biết dạng? biết dạng nào?… Cơ sở để tạo nên tính thực động vật lý (Physics Engines), Engine vật lý xây dựng chi tiết làm tăng tính thực hệ thống tương tác 2.7.1 Tư tưởng thuật toán Hình Hỉnh ảnh méo mó, biến Cách tiếp cận cho vấn đề sử dụng kĩ thuật bóp méo tự [10, 17] (Free Form Deformation) Với đối tượng, tìm hình bao AABB dạng sau va chạm bao quanh - Trên hình bao AABB này, lập lưới (lattice) điểm điều khiển Số lượng điểm điều khiển chiều tuỳ ý, giả sử chúng Nu,Nv,Nw Tổng số điểm điều khiển N = Nu*Nv*Nw; - Từ điểm điều khiển này, ta xây dựng mộ t đường bao B-Splines 3D, đều, tuần hoàn qua điểm điều khiển trên; - Với đối tượng, bổ sung thuộc tính độ cứng chúng (stiff); - Khi hai đối tượng A, B va chạm nhau, ta lấy thông tin điểm va chạm xung ảnh hưởng lên đối tượng Từ điểm va chạm, ta tìm điểm điều khiển gần điểm va chạm phạm vị bán kính R Sau xác định độ chuyển dịch cho điểm điều khiển tác dụng xung vừa tính Mối liên hệ xung độ cứng đối tượng tương tự mối quan hệ lực với độ cứng lò xo Vì vậy, ta áp dụng mối liên hệ để tính toán độ chuyển dịch cho điểm điều khiển - Khi tính toán độ chuyển dịch cho điểm điều khiển, tiếp tục tính toán ảnh hưởng điểm thuộc bề mặt đối tượng theo nguyên lý hàm B- Splines [1,18] 13 2.7.2 Đường cong B-Splines a) Tổng quan đường cong Giả sử điểm không gian biểu diễn dạng vector tham số p(t) Với đường cong 2D, C(t) = (x(t), y(t)) đường 3D, C(t) = (x(t), y(t), z(t)) Để xây dựng đường cong C(t), ta dựa dãy điểm cho trước tạo giá trị C(t) ứng với giá trị t Việc thay đổi điểm làm thay đổi dạng đường cong Phương pháp tạo đường cong dựa dãy bước nội suy tuyến tính hay nội suy khoảng (In-Betweening) Giả sử đường cong Bezier C tạo từ (n+1) điểm kiểm soát P0, P1, P2, …, Pn Kí hiệu tọa độ điểm kiểm soát Pi(xi, yi, zi) 0≤ k ≤n Tập hợp điểm kiểm soát ta gọi đa giác kiểm soát (control polygon) Khi điểm đường cong Bezier C tính theo công thức [10]: (2.4.1) Trong (2.4.1.) gọi công thức Bernstein bậc n, gọi hàm trộn (blending function) tạo đường cong cách pha trộn điểm P0, P1, P2, …, Pn Dựa tính chất hàm Spline, ta dùng hàm trộn để tạo đường cong C(t) dựa điểm kiểm soát P0, P1, ,Pn Khi đó: Tổng quát, ta xây dựng đường cong C(t) với n điểm kiểm soát cách với điểm kiểm soát Pi , ta có hàm trộn tương ứng Ri(t) tập nút gọi vector nút T = (t0, ti, , tz) với ti ∈ R, ti ≤ ti+1 Khi đó: Các đoạn đường cong riêng phần gặp điểm nút làm cho đường cong liên tục Ta gọi đường cong đường cong Spline b) Đường cong B-Spline Hàm sở: Cho trước vector nút T = (t0, ti, ,tz) với ti ∈ R, ti ≤ ti+1, tồn họ hàm trộn cho chúng phát sinh đường cong Spline định nghĩa vector nút Một họ hàm gọi sở cho Spline Với vector có nhiều họ hàm vậy, đặc biệt có họ hàm trộn có đoạn mang giá trị khác nhỏ B-Spline Đối với hàm B-Spline, đa thức riêng phần tạo có bậc m Do đó, thay dùng ký hiệu Ri(t) công thức Cho hàm riêng phần ta ký hiệu hàm trộn Nk,m(t) Khi đó, đường cong B-Spline bậc m-1 xây dựng dựa vector nút T (n + l) điểm kiểm soát Pi có dạng : Trong đó: Ni,m(t) gọi hàm Cox-de Boor hay hàm sở B-Spline có cấp m (order m) bậc (m-1) (degree m1) phương pháp chuẩn để định nghĩa hàm sở B-Spline Ni,m(t) cho công thức đệ quy: Hình Đường cong B-Spline, m=2 c) Mặt cong B-Spline 14 Giả sử ta có mảng (N+1).(K+1) phần tử Các điểm kiểm soát P ij, với ≤ i ≤ n, ≤ j ≤ l tạo thành khối đa diện kiểm soát Khi điểm mặt cong B-Spline S tính theo công thức: Khối đa diện kiểm soát có (N+l).(K+l) đỉnh u v, biến thiên từ tới giá tri lớn nút vector nút tương ứng chúng Hình 2.6 sau đâu biểu diễn mặt cong B-Spline Thông thường để thiết kế, người ta dùng B-Spline cấp (tức cubic B-Spline) việc chọn số điểm kiểm soát không hạn chế (số lượng điểm không ảnh hưởng đến bậc đa thức đường cong Bezier) nên tạo dạng mặt cong phức tạp Hình Mặt cong BSpline CHƯƠNG III ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG TAI NẠN VA CHẠM CỦA PHƯƠNG TIÊN Ô TÔ TẠI ĐIỂM ĐEN GIAO THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN 3.1 Tổng quan kết cấu sở hạ tầng an toàn giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên Mục Luận văn, trình bày tóm tắt điều kiện tự nhiên, kinh tế xã hội tỉnh Thái Nguyên, đặc điểm địa hình…Luận văn trình bày trạng kết cấu hạ tầng giao thông tỉnh như: Mạng lưới giao thông đường bộ, đường thủy, đường sắt, tình hình tổ chức giao thông; trạng phương tiên giao thông 3.2 Hiện trạng an toàn giao thông điểm đen giao thông Diễn biến tình hình tai nạn giao thông từ năm 2006-2010 Vụ TNGT Số Người chết Số Người bị thương Số So sánh với So sánh với người So sánh với Năm người kỳNhà cửa, đô thị, kỳ giao thông; bị kỳ hành lang giao thông; dẫn giao thô Giai đoạn chuẩn bị (Offline): xây dựng tạo vụ đối tượng, gồm: đường công trình chết thương +/+/% +/% % 2006 231 - 29 - 11,1 181 +25 +16,0 189 -64 -25,3 2007 205 - 26 - 11,2 189Load +08 +4,4 113 đối tượng vào hệ thống -76 -40,2 2008 199 - 06 -2,9 197 +08 +4,2 137 +24 +21,2 2009 204 +05 +2,5 217 +20 +10,2 139 +02 +1,4 2010 209 +05 +2,45 238 +21 +9,7 96 - 43 -30,9 Giai đoạn mô (Online): Tính toánđến vector trạng thái (Euler, RK4) Bảng Số liệu tai nạn giao thông địa bàn tỉnh từ năm 2006 2010 – Ngồn số liệu: Ban an toàn giao thông tỉnh Thái Nguyên 3.3 Bài toán ứng dụng mô tình va chạm giao thông Không 3.3.1 Bài toán: Bài toán mô tình hống giao thông đường có va cácchạm đối tượng tham gia Render giao thông qua ngã tư coi điểm đen giao thông theo Luật đường Bộ Việt Nam tìm va chạm địa bàn tỉnh Thái Nguyên, ứng dụng mô Do ta cần sử dụng mô hình: Mô hình hạ tầng giao thông đường bộ; Mô hình xe cảnh sát; Mô hình xe tải; Mô hình xe 04 chỗ ngồi Có va chạm 3.3.2 Xây dựng mô hình mô Hình 36 Sơ đồ xây dựng hệ thống mô Xử lý va chạm Xây dựng trạng thái 15 3.3.3 Kết thực nghiệm Hình 10 Mô tình di chuyển phương tiện tham gia giao thông Ở hình mô tình tham gia giao thông phương tiên tham gia giao thông xe ô tô sau: xe cảnh sát theo hướng ưu tiên thẳng, xe bốn chỗ, xe tải từ đường ngược chiều qua giao cắt với đường ưu tiên Xe tải rẽ phải vào đường ưu tiên; xem bốn chỗ thẳng qua giao cắt với đường ưu tiên Tình sảy va chạm xe tải xe bốn chỗ mô sau: Hình 39 Mô va chạm giao thông xe bốn chỗ xe tải tham gia giao thông qua ngã tư có giao cắt đường không ưu tiên với đường ưu tiên 3.4 Một số kiến nghị, đề xuất giải pháp kìm chế tai nạn giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2011-2015 Một là: Tăng cường lãnh đạo cấp ủy đảng, nâng cao trách nhiệm vủa quyền cấp công tác đảm bảo TTATGT ; Hai là: Tăng cường công tác tuyên truyền, giáo dục ATGT Ba là: Tăng cường kiểm tra xử lý vi phạm Bốn là: Xây dựng quản lý, khai thác kết cấu hạ tầng giao thông Năm là: Kiện toàn tổ chức thực công tác ATGT; tăng cường quản lý phương tiện người điều khiển phương tiện giao thông, công tác cứu hộ, cứu nạn cấp cứu y tế TNGT 3.5 Đề xuất Mô hình kiến trúc ứng dụng quản lý mô điểm đen giao thông địa bàn tỉnh Người dân| QL Doanh nghiệp| Tổ chức| quan nhà thẩm Quảngoài nước| Web nước|Người Mô ngữ nghĩa | định, n lý Web3D lý hồ phê cảnh Lớp ứng dụng điểm sơ duyệt báo đen/điể điểm CSDL xử lý điểm m tiềm Dịch vụ cảnh đen Lớp ứng dụng CSDL 3D điểm đen Dịch vụ Service ẩn báo nguy hiểm Dịch vụ nhận đen Điểm Đối CSDL CSDL Quản Chip mạng PC/Laptop PTG LAN/T /PDA T SL GT tầng Các GT máy chủ Cơ chế sách quản lý , xử lý điểm đen, dùng: tượng Hạ chế taikiến nạntrúc giaovà thông Quảnkìm lý chuẩn hệ thống Quản lý hệ thống Quản lý an toàn, an ninh web3D dạng, xử lý ngôn Dịch vụ quản lý đensơ Hồ ngữ tự nhiên Dịch vụ xác liệu taiHạ Phương Hạ thực LDAP nạn tiện người Hạ tầng tầng tầng kỹ thuật 16 KẾT LUẬN Luận văn tìm hiểu trình bày số vấn đề mô phỏng, mô máy tính ứng dụng mô giải toán ứng dụng giao thông như: Quy hoạch giao thông; An toàn giao thông; công tác tuyên truyền an toàn giao thông Qua tìm hiểu nghiên cứu thực trạng cở sở, kết cấu hạ tầng giao thông, tình hình tai nạn giao thông tỉnh Thái Nguyên từ năm 2006 đến 2010 tìm hiểu lý thuyết tính toán xử lý va chạm vật (đối tượng) thực tế mô máy tính với không gian R3 (3D) Để từ xây dựng cài đặt mô tình va chạm ô tô điểm đen (vị trí giao thông nguy hiểm) đề xuất số giải pháp nhằm đảm bảo an toàn giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên giai đoạn với kết cụ thể sau: Tìm hiểu mô phỏng, mô máy tính Tìm hiểu lý thuyết số kỹ thuật mô phát hiện, xử lý va chạm: Kỹ thuật phát va chạm sử dụng: Hộp bao AABB, OBB, Ellipsoid; Sử dụng đường cong B-Spline để xử lý hiệu ứng méo mó sau va chạm vật Ứng dụng kỹ thuật để mô va chạm phương tiên Ô tô điểm đen giao thông; Tìm hiểu trạng sở hạ tầng an toàn giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2006 đến năm 2010 đề xuất số giải pháp nhằm đảm bảo an toàn giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên Một số vấn đề luận văn chưa nghiên cứu kỹ thuật phát hiện, xử lý va chạm vật di chuyển địa hình khác lý thuyết động lực học để xử lý trước sau va chạm…Hướng phát triển luận văn phát triển kỹ thuật phát hiện, xử lý va chạm để phục vụ xây dựng toán như: - Trong an toàn, quy hoạch giao thông; dựng lại trường tai nạn giao thông phục vụ công tác điều tra xử lý vụ tai nạn giao thông… - Trong tuyên truyền, giảng dạy giao thông; - Phục vụ lĩnh vực giải trí Game, Phim hoạt hình, kỹ xảo phim trường… Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, thân cố gắng thời gian, công sức để tìm hiểu nghiên cứu đề tài, đồng thời nhận bảo, định hướng tận tình thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Đỗ Năng Toàn, anh, chị trước hạn chế mặt thời gian kiến thức thân hạn chế nên kết tìm hiểu, nghiên cứu cài đặt ứng dụng luận văn chưa đạt kết mong muốn đòi hỏi thực tiễn Trân trọng! ... chạm giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên số tỉnh có tuyến quốc lộ qua Thái Nguyên; Các điểm đen giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên; số tai nạn va chạm giao thông điểm đen giao thông nói trên; ... III ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG TAI NẠN VA CHẠM CỦA PHƯƠNG TIÊN Ô TÔ TẠI ĐIỂM ĐEN GIAO THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN TỈNH THÁI NGUYÊN 3.1 Tổng quan kết cấu sở hạ tầng an toàn giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên Mục... điểm đen giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên; Tìm hiểu số kỹ thuật tính toán xử lý va chạm mô phỏng; Cài đặt thử nghiệm tình giao thông nguy hiểm điểm đen giao thông địa bàn tỉnh Thái Nguyên Hướng