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