Đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật mô phỏng lửa

Mục đích của đề tài Nghiên cứu kỹ thuật mô phỏng lửa nhằm nghiên cứu tổng quan về thực tại ảo và kỹ thuật mô phỏng lửa, từ đó xây dựng demo trên công cụ để mô phỏng lửa trong thực tế. Mời các bạn cùng tham khảo!

LỜI CÁM ƠN Chúng em xin gửi lời cảm  ơn chân thành và sâu sắc đến Thầy giáo Ths   Nghiêm Văn Hưng ­ giáo viên hướng dẫn chun đề. Trong thời gian qua,   Thầy ln nhiệt tình hướng dẫn, chỉ bảo, trau dồi cho chúng em những kiến   thức q giá về  chun đề. Sự  gợi ý về  ý tưởng, cung cấp tài liệu, hướng   dẫn của thầy là một trong những nhân tố chính giúp chúng em hồn thành tốt  chun đề của mình.  Đồng thời, chúng em xin cảm  ơn các thầy, các cơ giáo khoa Cơng nghệ  thơng tin Trường Đại học Kỹ  thuật ­ Hậụ  cần CAND đã truyền đạt những   kiến thức cần thiết và đã tạo điều kiện thuận lợi cho chúng em hồn thành   chun đề này. Điều đó có ý nghĩa hết sức to lớn đối với chúng em ­ học viên  ngành Cơng nghệ thơng tin.  Trong q trình làm chun đề của chúng em khơng tránh khỏi những sai  sót. Mong q thầy cơ thơng cảm và góp ý cho chúng em để chun đề được   hồn chỉnh hơn. Chúng em xin chân thành cảm ơn! Bắc Ninh, ngày 06 tháng 12 năm 2016 MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH ẢNH DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT BLEVE Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion FDS Fire Dynamics Simulator HMD Head Mounted Display RGB Red­Green­Blue VR Virtual Reality WoW Windown on World LỜI NĨI ĐẦU 1. Tính cấp thiết của đề tài Cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật trong những năm gần đây đã ít nhiều  làm thay đổi cuộc sống con người. Sự phát triển của cơng nghệ  thơng tin và  kinh tế xã hội đặt ra những u cầu mới về mục tiêu, nội dung, phương pháp   tập huấn. Điển hình của ứng dụng cơng nghệ thơng tin là sử dụng cơng nghệ  mơ phỏng để  tái tạo các sự  vật, hiện tượng, trong thế  giới thực. Thơng qua  những thí nghiệm, những ví dụ  mơ tả  sát thực, giải thích, minh họa những   q trình, hệ thống, hiệu ứng phức tạp trên máy tính giúp cho người học hứng   thú hơn, kiến thức được thể hiện rõ ràng hơn, trực quan hơn, sinh động hơn,   đầy đủ hơn.  Có rất nhiều mơi trường trong thế giới thực cần được mơ phỏng, trong  đó lửa là một chất liệu phổ  biến và quan trọng. Lửa đã được người tiền sử  phát hiện ra từ  cách đây hàng nghìn năm. Lửa được xem là một trong những  phát minh quan trọng nhất của nhân loại. Lửa trở thành nguồn sống của con  người, giúp con người thốt khỏi đời sống ngun sơ. Để  đảm bảo cho việc   tính tốn thiết kế  các  ứng dụng của lửa được chính xác và sử  dụng có hiệu  quả vào cuộc sống việc mơ phỏng những ứng dụng của lửa trước khi đưa ra  ứng dụng là vơ cùng quan trọng. Ngồi ra, việc mơ phỏng lửa cũng giúp cho  lực lượng phòng cháy chữa cháy hiểu rõ để cơng tác tốt trong việc phòng cháy  chữa cháy Tại Việt Nam, trong thời điểm gần đây xảy ra rất nhiều vụ cháy. Việc   tìm hiểu kỹ  thuật mơ phỏng lửa, các phương pháp mơ phỏng để  mơ phỏng   lửa trên các vật liệu cháy khác nhau giúp cho lực lượng phòng cháy chữa cháy  thực hiện tốt cơng việc. Bài tốn đặt ra đối với lực lượng cảnh sát phòng  cháy chữa cháy phải hiểu rõ bản chất cháy trên các vật liệu, tốc độ  cháy để  kịp thời  ứng phó và chữa cháy. Vậy nên, nhóm em chọn đề  tài: “Nghiên cứu  kỹ thuật mơ phỏng lửa ” làm đề  tài nghiên cứu. Trong khn khổ  đề  tài này,  nhóm em tập trung trình bày tổng quan kỹ thuật mơ phỏng lửa, phương pháp  mơ phỏng lửa 2. Mục tiêu của Chun đề ­ Mục đích của đề tài nhằm nghiên cứu tổng quan về thực tại  ảo và kỹ  thuật mơ phỏng lửa, từ  đó xây dựng demo trên cơng cụ  để  mơ phỏng lửa   trong thực tế Muốn hồn thành được mục tiêu trên, bài báo cáo phải thực hiện nhiệm   vụ sau: ­ Tìm hiểu chung về thực tại  ảo, các  ứng dụng cơ  bản của thực tại  ảo   và giới thiệu về bài tốn mơ phỏng lửa trong thực tại ảo ­ Phương pháp mơ phỏng lửa phương pháp Physically­based và phương  pháp Particle­based ­ Tìm hiểu cơng cụ mơ phỏng Unity3D 3. Đối tượng nghiên cứu Đề  tài tập trung nghiên cứu kỹ thuật mơ phỏng lửa và phương pháp mơ  phỏng lửa 4. Phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu chủ yếu áp dụng trong học tập và ngành Cơng an đặc  biệt lực lượng phòng cháy chữa cháy. Sản phẩm bao gồm 01 bản báo cáo và  Demo, sản phẩm phục vụ học tập, nghiên cứu 5. Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp chủ đạo ­ Phương pháp nghiên cứu tài liệu + Tìm hiểu kỹ thuật mơ phỏng lửa và phương pháp mơ phỏng lửa + Tìm hiểu cơng cụ để mơ phỏng + Từ các hệ thống giáo trình thực tải ảo + Từ các nghiên cứu của những người nghiên cứu trước đó, các sách,   tạp chí, các đề tài khoa học có liên quan đến đề tài + Từ các thơng tin trên mạng Internet  Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm + Tiến hành thử nghiệm trên cơng cụ mơ phỏng được chọn + Đánh giá kết quả đạt được 6. Nội dung nghiên cứu ­ Trình bày các hướng nghiên cứu cơ  bản giới thiệu chung về  thực tại  ảo, các ứng dụng cơ bản của thực tại  ảo và giới thiệu về bài tốn mơ phỏng  lửa trong thực tại ảo  ­ Trình bày và phân tích các phương pháp mơ phỏng lửa. Đề  tài sẽ  tập   trung phân tích vào 2 phương pháp cơ bản là phương pháp Physically­based và  phương pháp Particle­based ­ Trình bày về  cơng cụ mơ phỏng, bài tốn mơ phỏng lửa trong thực tại  ảo; Đánh giá các kết quả đạt được 7. Dự kiến sản phẩm đạt được Bao gồm 2 sản phẩm chính: ­ Thứ nhất: Bản báo cáo tổng hợp nội dung nghiên cứu ­ Thứ hai: Chương trình Demo CHƯƠNG 1 1.1 KHÁI QT THỰC TẠI ẢO VÀ MƠ PHỎNG LỬA Khái niệm thực tại ảo 1.1.1 Khái niệm Thực tại ảo [1] Thực tại ảo (Virtual Reality) là một hệ thống mơ phỏng trong đó đồ họa  máy tính được sử dụng để tạo ra một thế giới “như thật”. Hơn nữa, thế giới   “nhân tạo” này khơng tĩnh lại, mà lại phản  ứng, thay đổi theo ý muốn (tín  hiệu vào) của người sử dụng (nhờ hành động, lời nói,…). Điều này xác định  một đặc tính chính của. Thực tại ảo, đó là tương tác thời gian thực (real­time   interactivity). Thời gian thực ở đây có nghĩa là máy tính có khả năng nhận biết   được tín hiệu vào của người sử  dụng và thay đổi ngay lập tức thế  giới  ảo.  Người sử dụng nhìn thấy sự vật thay đổi trên màn hình ngay theo ý muốn của   họ và bị thu hút bởi sự mơ phỏng này Thực tại ảo là một thuật ngữ mới xuất hiện phát triển mạnh trong vòng  vài năm trở lại đây, đang trở  thành một ngành cơng nghệ  mũi nhọn nhờ  khả  năng ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực y tế, giáo dục, kiến trúc, qn sự,   du lịch, giải trí,… Nhiều bài báo, chương trình giới thiệu TV, hội thảo,  đã  miêu tả VR theo nhiều cách khác nhau.  Hiện nay, có nhiều định nghĩa về Thực tại  ảo, một trong các định nghĩa  được chấp nhận rộng rãi là của C.Burdea và P.Coiffet thì có thể hiểu Thực tại  ảo tương đối chính xác như sau: Thực tại  ảo là một hệ  thống giao diện cấp  cao giữa Người sử dụng và Máy tính. Hệ thống này mơ phỏng các sự vật và  hiện tượng theo thời gian thực có tương tác với người sử dụng qua tổng hợp   các kênh cảm giác (ngũ giác) gồm: thị giác, thính giác, xúc giác, khứu giác và  vị giác Hình 1.1.1.1.1 Giao diện giữa người và thực tế ảo Một   cách   lý   tưởng,   người   sử   dụng   có   thể   tự     chuyển   động   trong  khơng gian ba chiều, tương tác với các vật thể  ảo, quan sát và khảo cứu thế  giới ảo ở những góc độ khác nhau về mặt khơng gian. Ngược lại, mơi trường   ảo lại có những phản ứng tương ứng với mỗi hành động của người sử dụng,   tác động vào các giác quan thị  giác, thính giác, xúc giác của người sử  dụng  trong thời gian thực làm người sử  dụng có cảm giác như  đang tồn tại trong   một thế giới thực 1.1.2 Lịch sử phát triển của cơng nghệ Thực tại ảo Mặc dù Thực tại ảo được mơ tả như một cơng nghệ mới mang tính cách   mạng, nhưng ý tưởng về  việc nhúng người sử  dụng vào một mơi trường  nhân tạo đã ra đời từ rất sớm.  Thuật ngữ “Thực tại ảo” mới được quan tâm trong một vài năm gần đây  xong nó lại có lịch sử từ khá lâu. Cách đây khoảng gần 40 năm một nhà làm  phim có tên là Morton Heilig (1926­1997) người Mỹ  đã đưa ra ý tưởng hệ  thống mơ phỏng bay (Flight Simulation) là tại sao khơng đưa con người bước  sang một thế  giới khác. Sử  dụng hệ  thống này người quan sát có cảm giác   ảnh đang sống động ngay trước mắt mình. Do khơng có sự hỗ trợ về tài chính  Heilig khơng thể hồn thành ước mơ của mình, xong ơng cũng đã tạo ra được  một thiết bị mơ phỏng gọi là “Sensorrama Simulator”, thiết bị này được cơng   bố vào khoảng đầu những năm 1960 Hình 1.1.2.1.1.Hình ảnh về thiết bị mơ phỏng Sensorrama­1960 Thiết bị mơ phỏng Sensorrama sử dụng hình ảnh 3D, thu được từ camera  35mm kết hợp thành một camera chính. Bao gồm một hệ thống âm thanh kết  hợp với những cảnh quay 3 chiều thực sự. Người nhìn có thể cưỡi một cái xe  máy, có thể  cảm thấy gió khi chuyển động, thậm chí họ  có thể  cảm thấy   những đoạn đường có ổ gà. Mặc dù đây còn là một cái máy đơn giản, thơ sơ  xong nó đã mở ra nhiều ý tưởng nghiên cứu mới chưa từng có trên thế giới.  Năm 1966, Ivan Sutherland (1938) một sinh viên tốt nghiệp Trường Utah  tiếp tục nghiên cứu vấn đề  Heilig đã bỏ  dở. Sutherland cho rằng cảnh quay  tương tự không đáp ứng được yêu cầu thực tế. Anh bắt đầu ý tưởng của một    tăng tốc đồ  hoạ  và đã chế  tạo được hệ  thống thiết bị  hiển thị  đội đầu   (Head Mounted Display­HMD) có thể kết nối tới máy tính Năm 1970, Sutherland tiếp tục phát triển phần cứng của HMD tại trường  đại học Utah, làm cho nó hồn thiện hơn có màn hình là màn hình màu. Sử  dụng hiển thị  này, một người có thể  thấy một thế  giới  ảo hiện ra như  thế  giới vật lý thật. Bao gồm một thế giới ảo mà ta có thể quan sát thơng qua một  HMD; một máy tính để duy trì các mơ hình trong thời gian thực; các khả năng  cho người sử  dụng để  thao tác những đối tượng thực tế  một cách trực quan  Hình 1.1.2.1.2.Ivan Sutherland và thiết bị mơ phỏng HMD­1970 Cũng trong khoảng thời gian này Myron Kreuger (1942) đã phát triển một  thiết bị  có tên VIDEOPLACE. Thiết bị  này sử  dụng một màn hình lớn đối  diện với người dùng. Trên màn hình hiển thị cái bóng người dùng. Hệ  thống   cũng có khả năng hiển thị nhiều người sử dụng trên cùng một màn hình Hình 1.1.2.1.3.Thiết bị VIDEOPLACE­1970 Những ý tưởng này được hai nhà khoa học Mỹ    NASA là Scott Fisher  (1963) và McGreevy (1957) kết hợp lại trong một dự án có tên là “Trạm làm   việc  ảo” (Visual Workstation) vào năm 1984. Cũng từ  đó NASA phát triển  thiết bị hiển thị  đội đầu có tính thương mại đầu tiên, thiết kế  dựa trên mẫu   hình mặt nạ  lặn với các màn hình quang học mà  ảnh được cung cấp bởi hai  thiết bị truyền hình cầm tay Sony Watchman. Sự phát triển của thiết bị này đã  thành cơng ngồi dự đốn, bởi NASA đã sản xuất được một thiết bị HMD có   giá chấp nhận được trên thị  trường và như  vậy ngành cơng nghiệp Thực tại  ảo đã ra đời Hình 1.1.2.1.4.Scott Fisher, McGreevy và thiết bị HMD­1984 của NASA Cơng nghệ  Thực tại  ảo từ  những năm 90 trở  lại đây được phát triển  mạnh mẽ và đang trở thành một cơng nghệ mũi nhọn nhờ khả năng ứng dụng   rộng rãi trong mọi lĩnh vực như: nghiên cứu và cơng nghiệp, giáo dục và đào  tạo cũng như thương mại, giải trí,  tiềm năng kinh tế, cũng như  tính lưỡng  dụng trong dân dụng và qn sự của nó 1.1.3 Các đặc tính chính của Thực tại ảo [1] VR (Virtual Reality) là một hệ thống mơ phỏng trong đó đồ họa máy tính  được sử dụng để tạo ra một thế giới “như thật”. Hay nói một cách cụ thể VR   là cơng nghệ  sử  dụng các kỹ  thuật mơ hình hố khơng gian ba chiều, với sự  hỗ  trợ  của thiết bị  hiện đại để  xây dựng một thế  giới mơ phỏng để  đưa  người ta vào một thế giới nhân tạo với khơng gian như thật Trong thế  giới  ảo này, người sử  dụng khơng còn được xem như  người  quan sát bên ngồi, mà đã thực sự trở thành một phần của hệ thống. Thế giới   “nhân tạo” này khơng tĩnh tại mà lại phản  ứng, thay đổi theo ý muốn của   người sử  dụng nhờ  những cử  chỉ, hành động,  Tức là người sử  dụng nhìn   thấy sự vật thay đổi trên màn hình ngay theo ý muốn của họ và bị thu hút bởi    mơ phỏng này. Điều này có thể nhận thấy ngay khi quan sát trẻ  nhỏ  chơi   video game. Tương tác và khả  năng thu hút của VR góp phần lớn vào cảm  giác đắm chìm, cảm giác trở thành một phần của hành động trên màn hình mà   người sử  dụng đang trải nghiệm. Nhưng VR còn đẩy cảm giác này “thật”   hơn nữa nhờ tác động lên tất cả các kênh cảm giác của con người. Trong thực   tế, người dùng khơng những nhìn thấy đối tượng đồ  họa 3D nổi, điều khiển  10 Kết luận: Trên đây là một mơ hình vật lý dựa trên hiệu  ứng động của   lửa và ngọn lửa. Mơ hình này có thể được sử dụng để tìm kiếm ngọn lửa hỗn  loạn từ nhiên liệu rắn với khí. Cho thấy sự tương tác đáng tin cậy của lửa và  khói với các đối tượng, bao gồm cả đánh lửa của đối tượng bởi những ngọn   lửa 47 CHƯƠNG 3 CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM Tùy thuộc vào u cầu bài tốn mà chúng ta lựa chọn phương pháp mơ  phỏng phù hợp Phương pháp Physically­based có  ưu điểm trong mơ phỏng ngọn lửa có  kích thước nhỏ, có góc độ quan sát nhỏ nhất là khi mơ phỏng ngọn lửa mỏng.  Phương pháp này đảm bảo mơ phỏng ngọn lửa thật, rất tốt khi thể  hiện   những tính chất vật lý của lửa như  màu sắc, hình thể  đa đạng của ngọn lửa   khi nó cháy, chuyển động. Nhưng nhược điểm của nó là khối lượng xử  lý  nhiều, tốn nhiều dung lượn của bộ  nhớ  và khó khăn khi muốn thể  hiện bề  mặt rộng lớn của ngọn lửa Ngược lại, phương pháp Partitcle­based dựa trên những phần tử  là các  hạt tuy khơng tốt khi dùng để  thể  hiện ngọn lửa có kích thước nhỏ  vì trơng  khơng thật và khó khăn trong việc tạo hiệu  ứng bề  mặt, nhưng với bề mặt   rộng lớn thì phương pháp này tỏ ra  ưu điểm vượt trội. Nó thể hiện tốt ngọn   lửa với đầy đủ  các hiệu  ứng động của ngọn lửa. Bởi vì phương pháp này   được dựa trên các bước hội nhập thành phần cho phép thời gian lớn, nó chỉ  đòi hỏi một vài giây tính tốn cho mỗi khung hình được hiển thị 3.1 Bài tốn Việc mơ phỏng các đám cháy, vụ  cháy là một cơng việc khá tốn thời   gian, vì vậy trong phạm vi nghiên cứu báo cáo này, chương trình thử nghiệm  cài đặt thuật tốn của phương pháp particle­based mơ phỏng hiệu ứng lửa trên  một số vật liệu cơ bản làm tiền đề cho việc xây dựng một số tình huống đám   cháy. Trong demo mơ phỏng các hiệu  ứng đồ  họa được xử  lý bằng kỹ  thuật   particle­base bao gồm: ­ Hiệu ứng màu ngọn lửa ­ Hiệu ứng tốc độ lửa cháy trên từng vật liệu khác nhau Thơng qua demo này, việc mơ phỏng các vật liệu cháy sẽ  giúp cho lực  lượng phòng cháy chữa cháy hiểu được cháy trên vật liệu khác nhau sẽ  có  màu sắc, tốc độ lửa khác nhau 3.2 Phân tích và lựa chọn cơng cụ Ngọn lửa là một đối tượng khơng định hình, tức là nó chưa được định  nghĩa một cách rõ ràng và phương pháp Particle là phù hợp để  mơ phỏng cho   những đối tượng đó 3.2.1 Unity3D Unity3D       Game   Engine     xây   dựng     đội   ngũ   Unity  Technologies từ 2004. Version hiện tại là 5.3.x có trên cả 2 nền tảng Window   và Mac. Các phiên bản đời đầu (1x­2x) chỉ  hướng đến các nhà làm Game   khơng chun với những khả năng đơn giản. Tuy nhiên các phiên bản về  sau   48 đã có sự phát triển mạnh mẽ và những cải tiến vượt bậc, trở thành cơng cụ  được rất nhiều cá nhân và các cơng ty sử dụng (đặc biệt là thị trường Mobile)  [7] Tại sao nên lựa chọn Unity3D: – Hỗ trợ đa nền tảng (23 nền tảng) và vẫn đang tiếp tục tăng  Các nền tảng Unity3D hỗ trợ Hình 3.2.1.1.1.Nền tảng Unity3D hỗ trợ – Chi phí sử dụng chấp nhận được, có bản Free và Pro (1,500$/y hoặc  75$/m).  – Vấn đề  ngơn ngữ: Unity hỗ  trợ  3 ngơn ngữ  lập trình: C#, Boo và  UnityScript . Các bạn có thể  dùng cả  3 ngơn ngữ  trong cùng 1 project, tất   nhiên là hầu như khơng ai làm thế và cách này cũng khơng được recommend.  C# là ngơn ngữ rất phổ biến và khá quen thuộc đối với đa số các lập trình – Asset Store: Unity3D cos Asset Store của mình,   đây bao gồm các  Plugin được cộng đồng Unity phát triển và bán, có cả  những bản free (mách   nhỏ là nhiều plugin hay ho trên này các bạn có thể tìm thấy qua torrent) – Community: Unity rất chú trọng vào việc xây dựng một cộng đồng  người dùng đơng đảo và lớn mạnh, giúp trao đổi, giải quyết các vấn đề  bạn  cần thắc mắc hoặc quan tâm. Nhiều các tutorials từ  cơ  bản đến nâng cao,  documents, ebook phong phú và các buổi training được diễn ra thường xun – Hỗ trợ Game 2D: Mặc dù tên gọi đầy đủ là Unity3D nhưng Unity hỗ  trợ việc xây dựng game 2D rất tốt và có rất nhiều game 2D nổi tiếng trên các  nền tảng khác nhau sử dụng Game Engine này Nền tảng Unity mang lại nhiều tính năng và giao diện tương đối dễ học   Điểm cốt lõi của nền tảng này là tích hợp giữa các nền tảng hệ  điều hành  khác nhau, nghĩa là game có thể  được chuyển lên Android, iOS, WP8 hay   Blackberry một cách dễ  dàng và nhanh chóng.  Điều đó làm cho nền tảng   Unity đặc biệt thích hợp cho việc phát triển game di động. Ngồi ra Unity  cũng có khả  năng phát triển cho các hệ  điều hành khác như  PS3, Xbox360,   Wii U hay cho trình duyệt Web 49 Unity hỗ  trợ  các tài nguyên đồ  họa từ  các phần mềm 3D lớn như  3ds   Max, Maya, Softimage, CINEMA 4D, Blender và hơn thế  nữa, nghĩa là bạn  gần như không phải lo về giới hạn hỗ trợ của Unity. Bản Unity 4.3 m ới phát   hành gần đây cũng tích hợp sẵn tính năng đồ họa 2D, hỗ trợ hình ảnh và vật   lý 2D, khiến cho Unity trở thành một nền tảng tuyệt vời cho game 2D Được viết dựa trên ngơn ngữ  C# và JavaScript, thiết kế theo hướng đối  tượng, cấu trúc có khả năng mở rộng cao, hỗ  trợ các API đồ  họa là OpenGL  và DirectX Là một mơi trường phát triển tích hợp mạnh mẽ, có khả năng xem   trước kết quả, sản phẩm có thể triển khai trên nhiều nền tảng Unity sử  dụng phương pháp hạt để  mơ phỏng các đối tượng vì vậy nó  phù hợp với phương pháp Particle. Khi kết hợp với các hiệu ứng mà nhà sản   xuất đã tạo ra để mơ phỏng các vật thể thực tế 3.2.2 Xây dựng mơ hình mơ phỏng 3.2.2.1 Mơ phỏng cháy xăng Xăng là một một loại cháy lỏng dễ  bốc cháy dễ  bay hơi. Sau khi đốt   xăng được cháy tòa bộ. Trong q trình bốc cháy, xăng tiết ra một nhiệt lượng   nhiều hơn bất kì một nhiên liệu thể lỏng nào. Bài tốn đốt cháy xăng để thấy  được màu sắc ngọn lửa 3.2.2.2 Mơ phỏng cháy một căn phòng Ngày nay, các vụ  cháy ngày càng xảy ra nhiều. Việc mơ tả  một căn  phòng cháy sẽ  giúp cho lực lượng phòng cháy thấy được tốc độ  cháy của   từng đồ  vật, từ  màu sắc của lửa sẽ  biết được nhiệt độ  cháy của từng chất   liệu. Bài tốn mơ tả căn phòng cháy được xây dựng Tạo mơ hình mơ phỏng: ­ Bộ bàn ghế ­ Tivi ­ Bàn ghế ­ Rèm ­ Tạo các ngọn lửa trên các đồ dùng đó Tạo hiệu ứng của mơ phỏng: ­ Hiệu ứng cháy trên rèm­ chất liệu vải ­ Hiệu ứng cháy trên bàn ghế­ chất liệu gỗ ­ Hiệu ứng cháy trên các thiết bị khác 50 3.2.2.3 Điều khiển mơ hình bằng ngơn ngữ lập trình Chương trình thử  nghiệm đốt cháy thanh kim loại xây dựng sử  dụng  ngơn ngữ Visual C#, cài đặt phần mềm hỗ trợ lập trình Visual Studio 2013 và  cài bộ thư viện của Microsoft về đồ họa ba chiều Chương trình thử  nghiệm phải thể  hiện được một hoặc một số  hiệu   ứng đồ họa trên cơ sở sử dụng kỹ thuật Particle­based để  tạo hiệu ứng hình  ảnh ba chiều. Các hiệu  ứng đồ  họa được lựa chọn sử  dụng trong chương   trình thử  nghiệm trên cơ  sở  kỹ  thuật Particle­based là những hiệu  ứng đã   được đề cập trong khn khổ nội dung luận văn Chương trình thử  nghiệm có chức năng lựa chọn riêng biệt hoặc đồng  thời nhiều hiệu ứng được thể hiện trong việc mơ phỏng lửa ba chiều Khơng gian mơ phỏng cần thiết kế  hỗ  trợ  các tầm nhìn tồn cảnh, cận  cảnh để thấy rõ được việc thể hiện các hiệu ứng đồ  họa. Khuyến khích các  đối tượng mơ phỏng trong chương trình thử  nghiệm được xây dựng giống    các hình minh họa trong luận văn, với mục đích minh họa tốt nhất các  nội dung được nghiên cứu 3.3 Kết quả 3.3.1 Mơ phỏng lửa xăng Hình 3.3.1.1.1.Bối cảnh mơ phỏng xăng Chương trình dùng chuột để  điều khiển xoay và dừng xoay mơ hình,  cho phép chúng ta quan sát sự chuyển động của lửa từ các phía; phím mũi tên  lên xuống dùng để phóng to, thu nhỏ mơ hình… Để nhân vật chuyển động ấn  W, đổ  xăng  ấn 1, ném lửa  ấn 2. Dựa trên ngơn ngữ  C# ta có được chuyển  động trên 51 Khởi tạo ngọn lửa Tạo particle system trong unity. Chọn nơi vị trí tạo ngọn lửa [8] Hình 3.3.1.1.2 Khởi tạo vị trí ngọn lửa Thiết lập thơng số qua trên thanh cơng cụ Unity Hình 3.3.1.1.3 Thiết lập thơng số cho ngọn lửa Trước tiên hãy tìm hiểu qua về các thiết lập và khung giá trị của Particle   System trước khi sử dụng nó ­ Energy : Khoảng thời gian các hạt tồn tại trong game cho đến khi nó   biến mất 52 ­ Looping : Số  lượng các hạt sẽ  được khởi tạo lại khi hạt cuối cùng  biến mất ­  Speed,  direction, rotation :  Mỗi hạt  đều có   hướng  di chuyển  khác  nhau, tùy theo điều chỉnh tốc độ, hướng di chuyển hay góc độ  quay của từng   hạt Ngồi ra còn có các điều chỉnh phụ phía sau khung nhập giá trị như: ­ Constant : Các hạt đều mang các thơng số tùy chỉnh giống nhau ­ Curve : Các thơng số của các hạt sẽ thay đổi dựa theo độ  lồi lõm của   đồ thị (VD: các hạt ban đầu từ từ to hơn theo thời gian hoặc ngược lại) ­ Random number between maximum and minimum constants: Thơng số  của các hạt sẽ thay đổi dựa theo 2 giá trị hằng số người dùng nhập vào ­Random number between two curve: Thơng số  của các hạt sẽ  thay đổi  dựa theo 2 đồ thị người dùng thiết lập Hình 3.3.1.1.4 Thiết lập màu sắc cho lửa Ngồi ra có thể  thay các thông số  của lửa tạo ra bằng C# được hỗ  trợ  trong Unity using UnityEngine; using System.Collections; public class ptcles : MonoBehaviour { public ParticleSystem pts; // đặt tên cho particle public int a; // Use this for initialization void Start () { // thiết lập ssart mặc định gán chạy 53 pts.loop = true; } // Update is called once per frame void Update () { if (Input.GetKey (KeyCode.Space)) { pts.maxParticles = 5000; pts.startSize += 0.8f; pts.startLifetime = 1.74f; } pts.loop = true; } } Hình 3.3.1.1.5 Hình ảnh lửa cháy Mơ  phỏng lửa của xăng qua phương pháp Particle­base tạo ngọn lửa   giống thực tế khi đốt cháy bằng xăng 3.3.2 Mơ phỏng lửa cháy trong một căn phòng Cơng cụ unity hỗ trợ mơ phỏng lửa sprite. Vì thế  việc mơ phỏng lửa dễ  dàng hơn, đẹp hơn 54 Hình 3.3.2.1.1 Mơ hình tồn cảnh bên trong của một căn phòng Hình 3.3.2.1.2 Một số lửa sprite miễn phí Tạo lửa cho đồ vật muốn cháy. Chọn lửa sprite muốn đồ vật cháy tương  ứng để mơ phỏng. Ví dụ, ở đây ta sẽ làm cho cháy bàn Hình 3.3.2.1.3 Tạo ngọn lửa sprite Mỗi ngọn lửa sprite là một Particle. Để ngọn lửa đẹp, giống mới phỏng  thực thế. Ta thiết lập các thơng số: 55 Hình 3.3.2.1.4 Hình 3.3.2.1.5 56 Thống số ngọn lửa sprite Chỉnh màu sắc của ngọn lửa Hình 3.3.2.1.6 Ảnh ngọn lửa cháy của bàn ghế Với các đồ vật khác tương tự thì chúng ta cũng có thể thay đổi màu sắc,   mức độ to nhỏ để phù hợp Hình 3.3.2.1.7 57 Mơ phỏng cháy gỗ Hình 3.3.2.1.8 3.4 Mơ phỏng cháy rèm cửa Ứng dụng trong tập huấn phòng cháy chữa cháy Để  giảm thiệt hại các vụ  cháy thì diễn tập chữa cháy là một việc làm  cần thiết, tuy nhiên việc diễn tập phòng cháy chữa cháy thường vơ cùng khó  bởi nó liên quan tới nhiều người, chi phí cho các buổi diễn tập thường đắt mà  việc làm này có thể  khơng thể  thực hiện được vì các vụ  cháy thường liên  quan nhiều yếu tố  khác nhau. Thực tế, việc chữa cháy liên quan tới nhiều   thành phần như chất liệu cháy, khơng gian, bối cảnh cháy. Chính vì vậy, mơ  phỏng một vụ cháy là một phương pháp tiếp cận tốt cho hệ thống hỗ trợ đưa  ra quyết định làm giảm thiệt hại Ưu điểm của mơ phỏng là đưa ra những ý tưởng, tham số, dữ liệu một  cách nhanh chóng với chi phí thấp so với thí nghiệm hay việc diễn tập trong  thực tập. Ngồi ra, việc mơ phỏng có khả năng thiết lập điều chỉnh, mở rộng   vấn đề của người nghiên cứu muốn quan tâm. Tiếp đó, mơ phỏng có thể thực   hiện một cách nhanh chóng chi phí thấp so với các thí nghiệm hay diễn tập Với bài tốn mơ phỏng cháy đồ  vật trong phòng. Đối với cháy nhỏ, chủ  nhà có thể tự chữa cháy bằng bình chữa cháy do đã trang bị sẵn Hình 3.4.1.1.1.Dập tắt đám cháy nhỏ Khi cháy lớn, lực lượng phòng cháy chữa cháy thực hiện hai cơng việc   Phòng: để cháy khơng lây lan ra khu vực xung quanh và giảm thiệt hại. Chữa:   dập tắt đáp cháy. Việc mơ phỏng một căn phòng cháy, giúp cho lực lượng   phòng cháy chữa cháy biết được cơng việc của mình và nhanh chóng triển   khai cơng việc bằng các biện pháp nghiệp vụ 58 Hình 3.4.1.1.2 Chữa cháy đối với đám cháy lớn Ngồi ra, việc mơ phỏng giúp chúng ta phỏng đốn được sự thiệt hại về  số  lượng đồ  vật bị  cháy cũng như  thời gian để  dập đám cháy theo kịch bản   khác nhau. Tuy nhiên, kết quả mơ phỏng so với thực tế còn khá khiêm tốn 59 KẾT LUẬN 1.1.1.1.i.1 Kết quả đạt được Tìm hiểu,nghiên cứu về cơng nghệ thực tại ảo trên các phương diện: ­ Đặc tính, ứng dụng của cơng nghệ thực tại ảo ­ Các phương pháp mơ phỏng lửa Tạo lửa bằng phương pháp Particle System đạt kết quả khá tốt 1.1.1.1.i.2 Hạn chế Bên cạnh những kết quả đạt được cũng còn một số hạn chế: ­ Do thời gian nghiên cứu có hạn và khả năng còn hạn chế nên chưa tìm   hiểu sâu về thực tại ảo cũng như cách thức tạo ra lửa ­ Ứng dụng chưa đạt đến chất lượng mong muốn 1.1.1.1.i.3 Hướng phát triển ­ Ứng dụng công nghê thực tại ảo trên lĩnh vực khác nhau ­ Tiến hành nghiên cứu sâu hơn về kỹ thuật tạo ra lửa 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO [Quan Thi Vui, "Mô phỏng hiệu ứng lửa và ứng dụng trong giáo dục," Hà  [1] Nội, Luận văn Thạc sĩ 2013 [Vũ Đức Thông, Nghiên cứu kỹ  thuật mô phỏng lửa bằng phương pháp   [2] Partical và ứng dụng. Hà Nội: Đại học Công Nghệ, 2010 [Đông   Mai,   "7   ứng   dụng   thực   tiễn     công   nghệ   thực   tế   ảo,"   [3] www.top7thuvi.com, 2016 [LU Ling ZHOU Shumin, Fire Simulation Model Based on Particle System   [4] and Its Application in. JiangXi, China: School of Information Engineering  School, 2006 [T.S. Lyes and K.A. Hawick,  Fire and Flame Simulation using Particle   [5] Systems   and   Graphical   Auckland,   New   Zealand:   Massey   University,  February 2013 [Duc Quang Nguyen and Fedkiw Ronald,  Physically Based Modeling and   [6] Animation of Fire. American: Stanford University ["Hướng   dẫn   sử   dụng   Particle     Unity,"   www.gamestudio.vn,   June  [7] 2014 [ [8] Youtube, "Basics of particle system" [Trịnh Xn Hồn,  Mơ phỏng và mơ hình hóa. Hà Nội: Nhà Xuất bản  [9] Khoa học và Kỹ thuật, 2006 [Samuel William Hasinoff, Three­Dimensional Reconstruction of Fire from   [10] Images. Chicago, 2002 61 ... ứng phó và chữa cháy. Vậy nên, nhóm em chọn đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật mơ phỏng lửa ” làm đề  tài nghiên cứu.  Trong khn khổ đề  tài này,  nhóm em tập trung trình bày tổng quan kỹ thuật mơ phỏng lửa,  phương pháp  mơ phỏng lửa 2. Mục tiêu của Chun đề. .. ­ Tìm hiểu cơng cụ mơ phỏng Unity3D 3. Đối tượng nghiên cứu Đề  tài tập trung nghiên cứu kỹ thuật mơ phỏng lửa và phương pháp mơ  phỏng lửa 4. Phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu chủ yếu áp dụng trong học tập và ngành Cơng an đặc ... Demo, sản phẩm phục vụ học tập, nghiên cứu 5. Phương pháp nghiên cứu  Phương pháp chủ đạo ­ Phương pháp nghiên cứu tài liệu + Tìm hiểu kỹ thuật mơ phỏng lửa và phương pháp mơ phỏng lửa + Tìm hiểu cơng cụ để mơ phỏng + Từ các hệ thống giáo trình thực tải ảo