Mô phỏng nước trong công nghệ thực tại ảo

IăH CăQU CăGIAăHÀăN I I H C CỌNG NGH TH THANH TOÀN MỌ PH NG N C TRONG CỌNG NGH TH C T I O LU N V N TH C S CỌNG NGH THỌNG TIN HÀăN Iăậ 2009 IăH CăQU CăGIAăHÀăN I I H C CỌNG NGH TH THANH TOÀN MỌ PH NG N C TRONG CỌNG NGH TH C T I O Chuyên ngành : Côngăngh ăph năm m Mƣ s : 60.48.01 LU N V N TH C S CỌNG NGH THÔNG TIN Ng ih ng d n khoa h c: PGS.TS.ă HÀăN Iăậ 2009 ăN NGăTOÀN L I CAM OAN TôiăxinăcamăđoanătoƠnăb ăn iădungăb nălu năv nănƠyălƠădoătôiăt ăs uăt m,ătraăc uăvƠă s păx păchoăphùăh păv iăn iădungăyêuăc uăc aăđ ătƠi.ă N iădungălu năv nănƠyăch aăt ngăđ nƠoă vƠă c ngă khôngă đ căcôngăb ăhayăxu tăb năd iăb tăk ăhìnhăth că că saoă chépă t ă b tă k ă m tă côngă trìnhă nghiênă c uănƠo T tăc ăph nămƣăngu năc aăch ngătrìnhăđ uădoătôiăt ăthi tăk ăvƠăxơyăd ng,ătrongăđóă cóăs ăd ngăm tăs ăth ăvi năchu năvƠăcácăthu tătoánăđ căcácătácăgi ăxu tăb năcôngăkhaiă mi năphíătrênăm ngăInternet.ăN uăsaiătôiăxinătôiăxinăhoƠnătoƠnăch uătráchănhi m H i Phòng, ngày 24 tháng 04 n m 2009 Ng iăcamăđoan ăTh ăThanhăToƠn L IC M N Lu năv năđ căhoƠnăthƠnhăd iăs ăh ngăd năc aăPGS.ăTSă ăN ngăToƠnă -Vi nă Côngăngh ăThôngătinăthu căVi năKhoaăh căvƠăCôngăngh ăVi tăNam Tôi xinăbƠyăt ălòngăbi tă năsơuăs căđ năth y,ăv ăs ăh nhơnăh uătrongăquáătrìnhăh căt p,ănghiênăc u ngăd năt nătìnhăvƠăđ yălòngă Tôi xinăbƠyăt ălòngăbi tă năđ năBanălƣnhăđ oăTr ngă iăh căH iăPhòngăđƣăt nătìnhă đ ngăviênăt oăđi uăki năgiúpăđ ătácăgi ătrongăth iăgianăh căt p Tôi xinăbƠyăt ălòngăbi tă năsơuăs căđ năTr ngă iăh căCôngăngh - iăh căQu că giaăHƠăn i,ăVi năCôngăngh ăThôngătin - Vi năKhoaăh căvƠăCôngăngh ăVi tăNamăđƣăt oă uăki năthu năl iătrongăth iăh căt pănghiênăc u Tôi xinăg iăl iăcámă năchơnăthƠnhăđ nănh ngăng iăthơnătrongăgiaăđìnhăb năbèăvƠă đ ngă nghi pă v ă nh ngă s ă quană tơm,ă đ ngă viênă vƠă giúpă đ ă trongă th iă gian qua Hà N i, ngày 24 tháng 04 n m 2009 M CL C Trang PH NăM ă Ch U ngă1:ăKHÁIăQUÁTăV ăTH CăT Iă OăVÀăMỌăPH NGăN C 1.1.ăKHÁIăQUÁTăV ăTH CăT Iă O 1.1.1.Th căt iă oălƠăgì? 1.1.2.ăS ăl căl chăs ăphátătri năc aăth căt iă o 1.1.3.ăM tăs ăl nhăv căth căt ă ngăd ngăth căt iă o 1.2.ăMỌăPH NGăN CăTRONGăTH CăT Iă O 15 1.2.1.ăVaiătròăc aămôăph ngăn 1.2.2.ăM tăs ăhi uă ngăn c 15 căc ăb n 16 1.2.3.ăC ăs ălýăthuy tăc aămôăph ngăn c 19 1.2.3.1.ăTínhăđƠnăh iăc aăch tăl ng 20 1.2.3.2.ă ănh tăc aăch tăl ng 20 1.2.3.3.ăL cămaoăd năc aăch tăl ng 21 1.2.3.4.ăS ăhútăkhíăc aăch tăl ng 22 Ch ngă2:ăM TăS ăK ăTHU TăMỌăPH NGăN C 23 2.1 K ăTHU T PHYSICALLY-BASE 23 2.1.1.ăGi íăthi u 23 2.1.2.ăC ăs ăv tălý 23 2.1.3.ăKháiăquátăthu tătoán 26 2.1.4 Ph ngăpháp ngo iăsuyăb ăm tă o 26 2.2 K ăTHU T PARTICLE-BASE 29 2.2.1 Gi iăthi u 29 2.2.2.ăTi nătrìnhămôăph ng 29 2.2.3.ăM tăđ ăkép 34 2.2.3.1.ăM tăđ ăvƠăápăsu t 34 2.2.3.2.ăPh căh iătínhăkhôngănénăđ c 35 2.2.3.3 Near ậ Density and Near- Pressure 35 2.2.3.4.ăS căc ngăb ăm t 40 2.2.4.ăBi uădi năb ăm t 40 2.2.4.1.ăTínhăđƠnăh i 40 2.2.4.2.ăTínhăd o 42 2.2.4.3.ăTínhănh t 44 2.2.5.ăS ăvaăch măđ iăt ng 44 2.2.5.1.ăVaăch m 44 3.2.5.2.ăTínhănh tătrongăt Ch ngătácăv iăđ iăt ngă3:ă NGăD NGăMỌăPH NGăN 3.1.ăMỌăPH NGăN 3.2.ăCH ng 47 C 48 CăTRONGăCÁCăH ăTH CăT Iă O 48 NGăTRÌNHăTH ăNGHI M 52 3.2.1 K ăthu tăPhysically-Based 52 3.2.2.ăK ăthu tăParticle-Based 55 PH NăK TăLU N 57 TÀIăLI UăTHAMăKH O 58 B ng ch vi t t t Stt Ch vi t t t N i dung VR VIVED HMD Head Mounted Display : SPH Smoothed Particle Hydro Dynamics: V tualăReality Visual environment display Danh m c hình v Hình 1.1 ng d ng th c t i o thi t k ki n trúc ầầầầầầầầầ 10 Hình 1.2 ng d ng th c t i o thi t k thi t b công ngh ầầầầầ 11 Hình 1.3 ng d ng th c t i o l nh v c gi i trí ầầầầầầầầầ 12 Hình 1.4 Mô hình hu n luy n bay s d ng công ngh th c t i o ầầầầầ 13 Hình 1.5 M t ph n c th o ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 14 Hình 2.1 Mô t góc ti p xúc b m t o ầầầầầầầầầầầầầầầ 27 Hình 2.2 Mô t góc ti p xúc b m t o gi a ch t l ng r n ầầầầầầ 28 Hình 3.1 H th ng t p tái tàu thu ầầầầầầầầầầầầầầầầầ 48 Hình 3.2 Th hi n hi u ng m t n c đƣ đ c t o ầầầầầầầầầầầ49 Hình 3.3 Hi u ng chuy n đ ng c a v t r i xu ng n Hình 3.4 Th hi n m t n Hình 3.5 Th hi n dòng n c b ng l i đa giác ph c ầầầầầầầầ 50 ng pháp Particle-Baseầ 50 c ch y b ng ph n t l p th particles ầầầ 51 Hình 3.6 Bi u đ so sánh ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ 52 Hình 3.7 Mô ph ng m t h b ng k thu t Physically-Based ầầầầầầầ 52 Hình 3.8 Mô ph ng hi u ng sóng n c b ng k thu t Particle-Based ầầầ.56 PH N M U Trongănh ngăn măg năđơy,ăcôngăngh ăthôngătinăđƣăđ că ngăd ngăm nhăm ă trongăh uăh tăt tăc ăcácăl nhăv c.ăCácă ngăd ngăc aănóăvƠoăcu căs ngăngƠyăcƠngă phongăphú,ăđaăd ngăvƠăthi tăth căh n.ăT ăcácăl nhăv cănh ăkhoaăh căc ăb n,ăđ nă cácăl nhăv căkinhăt ,ăk ăthu tăchoăđ năcácăl nhăv cănh ăgi iătrí,ăduăl ch;ăkhôngăl nhă v cănƠoăkhôngăcóăs ă ngăd ngăthi tăth căvƠăhi uăqu ăc aăcôngăngh ăthôngătin.ăS ă phátă tri năkhôngăng ngă c aă s că m nhă máyă tínhăđƣă lƠmă choă m tă s ăl nhăv că khóă phátătri nătr căkia,ănayăđƣăcóăkh ăn ngăphátătri năvƠăđƣăđ tăđ cănh ngăthƠnhăt uă đángăk ;ănh ălƠ:ăCácăh ăchuyênăgia,ăcácăh ăx ălýăth iăgianăth căv.v ăvƠăm tăl nhă v căđangăđ căphátătri năm nhătrênăth ăgi i,ăđóălƠăcôngăngh ămôăph ng Vi că“táiăt o”ăcácăhi năt ng,ăs ăv tătrongăth ăgi iăth cătrênămáyătínhăcóăr tă nhi uătácăd ng.ăTrongăgi iătrí,ănóăs ăgiúpăchúngătaăxơyăd ngăđ cănh ngătròăch iă s ngăđ ng,ăg năg iăv iăconăng iăt oăraăs călôiăcu năm nhăm ăTrongăxơyăd ng,ă vi căd ngăđ căcácămôăhìnhăhi năth că oăchoăphépăchúngătaăcóăcáiănhìnătr căquan,ă chínhăxácăđ ăcóăth ăđ aăraănh ngăquy tăđ nh,ănh ngăsángăki năthi tăk ăv ăcácăcôngă trìnhăxơyăd ngăđúngăđ n.ăTrongăgiáoăd c,ănh ngăthíănghi m,ănh ngăvíăd ăđ cămôă t ă sátăth că b ngă máyă tínhăgiúpă choăng iă h că h ngă thúă h n,ăki năth că đ că th ă hi n rõăh n,ătr căquanăh n,ăđ yăđ ăh n “Th că t iă o”ă lƠă l nhă v că nh mă môă ph ngă th ă gi iă th că c aă conă ng iă vƠoă máyătính,ămƠătrongăđóăconăng iăcóăth ăt ngătácăvƠăc mănh nănh ătrongăth ăgi iă th c.ă ă môă ph ngă đ că th ă gi iă th că trongă máyă tính,ă thìă nh tă thi tă môiă tr ngă trongăth ăgi iăth căc năđ cămôăph ng;ătrongăđó,ăn călƠăm tăch tăli uăph ăbi năvƠă quanătr ng TrongăcácăngƠnhăliênăquanănhi uăđ năn cănh :ăTƠuăthu ,ăduăl ch,ăgi iătrí,ăc uă ho ầă căbi tăđ iăv iăngƠnhăthu ăl i,ăđêăđi u,ăvi cămôăph ngăn căvƠăcácăhi uă ngăc aănóăc căk ăcóăýăngh a.ăNóăgiúpămôăph ngăcácăhi năt ngăth yăl căđ ăđ aă đ năcáiănhìnătr căquanăchoăng iăh c.ăNóăcóăth ăchoăth yăchínhăxácăcácătr ngăh pă xóiă l ă b ă khiă tínhăđ că cácă l că tácă d ngă t ngă ng;ă cácă tr ngă tháiă chuy nă đ ngă khác c aăn căkhiăch uătácăd ngăc aănh ngăl căkhácănhau.ăChúngătaăc ngăcóă th ăd ngăđ cănh ngămôăhìnhăđ pă o,ăkênhă o,ăh ăth ngăth yănôngăt ăb năthi tăk ă vƠătínhătoánăđ căchínhăxácăcácătr ngătháiăc aădòngăch yăvƠăcácăhi năt ngămƠănóă gơyăraầ.ă ăt ăđóăcácănhƠăthi tăk ,ănhƠăqu nălýăd ăánăcóăth ăđ aăraăđ cănh ngă quy tăđ nhăchínhăxácăh nătrongăvi căxơyăd ngăcácăcôngătrìnhăth yăl i,ătránhănh ngă tr ngăh păđángăti căx yăra Xu tăphátăt ăth căt ăđó,ălu năv năl aăch n đ ătƠiă“Môăph ngăn cătrongăcôngă ngh ăth căt iă o”.ăM cătiêuăchínhăc aălu năv nălƠ:ăNghiênăc uăm tăs ăk ăthu tămôă ph ngăn cănh mă ngăd ngăchoăvi căxơyăd ngămôăhìnhă3ăchi uătrongăTh căt iă o C uătrúcălu năv năg măPh năm ăđ u,ăPh năk tălu năvƠă3ăCh ngăn iădung, c ăth ă nh ăsau:ă  Ch ng 1: Khái quát v th c t i o vƠ mô ph ng n c Trongăch ngănƠyăgi iăthi uăt ngăquanăv ăquáătrìnhăphátătri năvƠăcácăl nhăv că ngăd ngăchínhăhi nănayăc aă Th că t iă o,ăđ ngăth iăcungăc pă m tăcáiănhìnăt ngă quanăv ămôăph ngăn cătrongăh ăTh căt iă o.ăCh ngănƠyăc ngăđiăsơuăphơnătích nh ngătínhăch tăv tălý,ăcácăhi uă ngăc ăb năc aăn căđ ălƠmăc ăs ăchoăs ătrìnhăbƠyă nh ngăph ngăphápămôăph ngăn cătrongăch ngă2.ă  Ch ng 2: M t s k thu t mô ph ng n c Ch ngănƠyătrình bày k ăthu t chínhămƠăth ăgi iăđƣăphátătri nălƠă k ăthu t Physically-based k ă thu t Particle-base.ă M iă k ă thu t cóă nh ngă cáchă tính,ă uă măvƠănh căđi măriêng.ăT ăđóăchoăchúngătaăs ăhi uăbi tăv ămôăph ngăn c,ăvƠă khiăti păxúcăv iănh ngăb ăph năm măcôngăc ăh ătr ăxơyăd ngămôăhìnhă3Dăthìătaă c ngăcóăth ă d ă dƠngă bi t đ că h ăđƣă dùngă k ă thu t gìă đ ă t oăraă nh ngăhi uă ngă n că ătrongănó  Ch ng 3: ng d ng c a mô ph ng n c TrìnhăbƠyăm tăs ngăd ngămôăph ngăn cătrongăTh căt iă o vƠăch ngătrìnhă th ănghi măchoăcácăk ăthu t môăph ngăn căđ căh ăth ngătrongăch ngă2 TÀI LI U THAM KH O [1] Ph măV năV nhăă(2006),ăC h c ch t l ng ng d ng,ăăNXBăGiáoăd c [2] Using Virtual Reality modelling to improve training http://www.ifip.or.at/con2000/iceut2000/iceut12-09.pdf techniques, [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] 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 [7] 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 [8] 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 University of Health Sciences (USUHS) and Program Manager, Pathogen Countermeasures, Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) [9] Applications of Virtual Reality, Marc Bernatchez, July 13th, 2004, http://vresources.jump-gate.com/applications/applications.shtml [10] Virtual Reality and Augmented Reality Research Areas, Center of Advanced Media Technology (CAMTech), University of Nanyang, Singapore, http://camtech.ntu.edu.sg/index.htm [11] Josh RobinsonMax VS Maya A direct comparision and analysis for Usage of Workplace, October, 11 2004 [12] Particle-based Viscoelastic Fluid Simulation Simon Claves, Philippe Beaudoin, and Pierre Poulin, LIGUM, Dept.IRO University De Montreal [13] M tăs ăWebsite: - 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 ... v că nh mă mô ph ngă th ă gi iă th că c aă conă ng iă vƠoă máyătính,ămƠ trong đóăconăng iăcóăth ăt ngătácăvƠăc mănh nănh trong th ăgi iă th c.ă ă mô ph ngă đ că th ă gi iă th că trong máyă... th că trong máyă tính,ă thìă nh tă thi tă môiă tr ngă trong th ăgi iăth căc năđ c mô ph ng; trong đó,ăn călƠăm tăch tăli uăph ăbi năvƠă quanătr ng Trong cácăngƠnhăliênăquanănhi uăđ năn cănh... tăđ nhăchínhăxácăh n trong vi căxơyăd ngăcác công trìnhăth yăl i,ătránhănh ngă tr ngăh păđángăti căx yăra Xu tăphátăt ăth căt ăđó,ălu năv năl aăch n đ ătƠiă Mô ph ngăn c trong công ngh ăth căt