Nghiên cứu một số vấn đề về động lực học chất rắn trong xử lý va chạm

1 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Vũ Quang Hƣng NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT RẮN TRONG XỬ LÝ VA CHẠM LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Thái Nguyên – 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VŨ QUANG HƢNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT RẮN TRONG XỬ LÝ VA CHẠM Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠNG NGHỆ THÔNG TIN NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Đỗ Năng Tồn Thái Ngun – 2009 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan tồn nội dung luận văn tự sưu tầm, tra cứu xếp cho phù hợp với nội dung yêu cầu đề tài Nội dung luận văn chưa công bố hay xuất hình thức khơng chép từ cơng trình nghiên cứu Tất phần mã nguồn chương trình tơi tự thiết kế xây dựng, có sử dụng số thư viện chuẩn thuật tốn tác giả xuất cơng khai miễn phí mạng Internet Nếu sai tơi xin tơi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Thái Nguyên, ngày 10 tháng 11 năm 2009 Người cam đoan Vũ Quang Hưng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm luận văn em gặp phải nhiều vấn đề phức tạp, khó xử lý đề tài mà em nghiên cứu mẻ đặc biệt lại mẻ Việt nam nên lại gặp nhiều khó khăn vấn đề tài liệu Sau thời gian nghiên cứu tìm hiểu, luận văn em hồn thành lời em xin trân thành cảm ơn giúp đỡ quí báu, hướng dẫn nhiệt tình bảo tận tụy thày giáo PGS.TS Đỗ Năng Tồn Viện Cơng nghệ Thơng tin thuộc Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam người trực tiếp hướng dẫn em suốt thời gian làm luận văn Cảm ơn thày giáo, cô giáo, anh, chị cơng tác Phịng VRLAB – Viện Công nghệ thông tin, thầy cô giáo công tác Khoa công nghệ thông tin – ĐHTN, tập thể bạn học viên lớp cao học Khóa ln giúp đỡ nhiệt tình chia sẻ với em kinh nghiệm học tập, nghiên cứu suốt khoá học Xin cảm ơn Ban lãnh đạo Trường CĐCN Việt đức, toàn thể bạn đồng nghiệp Khoa CNTT nhiệt tình tạo điều kiện giúp đỡ thời gian, vật chất tinh thần để tơi hồn thành khóa học Thái Nguyên, ngày 10 tháng 11 năm 2009 Học viên Vũ Quang Hƣng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i MỤC LỤC Trang PHẦN MỞ ĐẦU Chƣơng 1: KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ ĐỘNG LƢỢNG HỌC CHẤT RẮN 1.1 Khái quát thực ảo (VR - Virtual Reality) 4 1.1.1 Thế thực ảo? 1.1.2 Thực ảo đặc tính 1.1.3 Các thành phần thực ảo: 1.1.4 Ứng dụng thực ảo công cụ phát triển: 1.1.5 Công cụ phát triển ứng dụng thực ảo: 11 1.2 Động lượng vật rắn thực ảo: 13 1.2.1 Va chạm gì? 13 1.2.2 Động lượng gì? 15 1.2.3 Mối liên quan động lượng va chạm 15 Chương 2: 16 MỘT SÔ VẤN ĐỀ VỀ ĐỘNG LƢỢNG HỌC CHẤT RẮN 2.1 Tính toán va chạm 16 2.1.1 Kĩ thuật phát va chạm dựa vào hộp bao AABB 17 2.1.1.1 Định nghĩa hộp bao AABB 17 2.1.1.2 Phát va chạm hai AABB 12 2.1.2 Kỹ thuật hộp bao theo hướng (Oriented Bounding Boxes) 18 2.1.2.1 Định nghĩa hộp bao theo hướng (OBB) 18 2.1.2.2 Kiểm tra nhanh va chạm hai hộp bao OBBs 20 2.1.3 Tìm điểm va chạm 25 2.1.4 Phát va chạm đối tượng di chuyển 31 2.2 Xử lý va chạm 31 2.2.1 Động lực học vật rắn 32 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii 2.2.1.1 Mơ ment qn tính ( Moment of Inertia) 32 2.2.1.2 Mô ment quay (Torque) 33 2.2.1.3 Mối liên hệ mơ ment qn tính mơ men quay 34 2.2.1.4 Vectơ trạng thái đối tượng 34 2.2.1.5 Tính toán xung lực ảnh hưởng 36 2.2.2 Xử lý hiệu ứng méo mó, biến dạng sau va chạm 38 2.2.2 Ý tưởng thuật toán 38 2.2.2.2 Hàm Open Uniform B-Splines 39 Chương 3: 40 ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM 3.1 Bài toán 40 3.2 Xây dựng hệ thống mơ tình giao thơng 40 3.3 Thực nghiệm 42 KẾT LUẬN 44 TÀI LIỆU THAM KHẢO 45 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii DANH MỤC CÁC TỪ TIẾNG ANH VIẾT TẮT VR Virtual Reality AABB Axis-Aligned Bounding Boxes OBB Oriented Bounding Boxes 3D Dimensions I Imagination, Interactive, Immersion PC Persional Computer CAD Computer Aided Design CAM Computer Aided Manufacturing Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Bảng giá trị R, R0, R1 tính tốn trước 25 Bảng 2.2 Tính tốn sẵn toạ độ tiếp điểm trường hợp 30 Bảng 2.3 Bảng kí hiệu sử dụng xử lý hậu va chạm 37 DANH MỤC CÁC HÌ NH VẼ Hình 1.1 Sử dụng tay điều khiển mũ chụp ảo Hình 1.2 Mơ nội thất 3D Hình 1.3 Mắt kính dùng để xem phim Hinh 1.4 Các trang phuc ảo, găng tay ảo, kính ảo Hình 1.5 Các logo phim dùng 3D ảo Hình 1.6 Hệ thống tập lái xe ảo 3D Hình 1.7 Mơ tim người 3D, 10 Hình 1.8 Sơ đồ động trình bày hệ có va chạm xảy 13 Hình 1.9 Bóng va chạm với vợt, nắm đấm bị núm vào bao cát 14 Hình 2.1 Hộp bao AABB đối tượng 17 Hình 2.2 Hộp bao OBB đối tượng 19 Hình 2.3 Hình chiếu P lên đường thẳng d 20 Hình 2.4 Chiếu đỉnh hình hộp lên trục lập d 21 Hình 2.5 Kết chiếu hình hộp lên trục lập d 23 Hình 2.6 Tìm điểm va cham hai đối tượng tiếp xúc 26 Hình 2.7 Mơ ment qn tính số đối tượng có hình dạng 33 Hình 2.8 Mơ ment quay đối tượng có lực tác dụng 34 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống mơ tình giao thơng 40 Hình 3.2 Các thơng tin vụ va chạm 41 Hình 3.3 Quang cảnh tình giao thơng 42 Hình 3.4 Chuyển động phương tiện qua ngã tư giao cắt 43 Hình 3.5 Va cạnh xảy xe 04 chỗ xe tải ngược chiều 43 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn PHẦN MỞ ĐẦU Công nghệ thông tin đã, tiếp tục đà phát triển mạnh mẽ mình, phát triển nhanh chóng đem lại thành tựu đáng kể cho nhiều lĩnh vực y tế (với phần mềm quản lý bệnh viện, mô tim người, thể người, mô cơ…), giao thông (các phần mềm trắc nghiệm thi lý thuyết lái xe, phần mềm mô lái xe ảo, …), giáo dục (hệ thống phần mềm quản lý, giáo án, giáo trình điện tử, website đào tạo trực tuyến,….), quốc phòng… Đến nhứng năm gần đây, đà phát triển xuất mơ hình phát triển mới, mà phạm vi ứng dụng cịn rộng lớn nhiều so với trước Nó dự báo tương lai có nhiều tiềm năng, cánh cửa rộng mở, cơng nghệ mơ Các vấn đề trước vốn khó trình bày, nói, hay diễn tả trở nên dễ dàng vấn đề diễn tả dạng hình ảnh, trực quan, sinh động, chi tiết, dễ hiểu, dễ nắm bắt gần gũi, thân thiện với người hơn, có tính thẩm mỹ cao Hãy tưởng tưởng cố gắng dùng hết khả kiến thức để diễn tả cho bạn hình dạng, cấu tạo hoạt động tim Cho dù có cố gắng tin bạn mà hiểu tường tận vấn đề Nhưng chắn với kỹ thuật mô tim tạo ra, trước mắt bạn, bạn nhìn thấy nó, với đặc điểm màu sắc đăc trưng, vòng nhịp đập theo chu kỳ Lúc chắn bạn hiểu chất tim Quá trình “tái tạo” tượng, vật giới thực máy tính có nhiều tác dụng Trong giải trí, giúp xây dựng trò chơi sống động, gần gũi với người tạo sức lôi mạnh mẽ Trong xây dựng, việc dựng mơ hình thực ảo cho phép có nhìn trực quan, xác để đưa định, sáng kiến thiết kế Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Ngun http://www.lrc-tnu.edu.vn cơng trình xây dựng đắn Trong giáo dục, thí nghiệm, ví dụ mơ tả sát thực máy tính giúp cho người học hứng thú hơn, kiến thức thể rõ hơn, trực quan hơn, đầy đủ Trên giới việc ứng dụng công nghệ mô (thực chất công nghệ thực ảo) vào lĩnh vực triển khai rộng rãi đạt nhiều thành nước ta lĩnh vực mẻ, nên ứng dụng cịn hạn chế, khơng đáng kể, số đơn vị đầu ngành quan tâm, tìm hiểu phát triển năm gần đạt thành công định “Thực ảo” thực chất mô giới thực người vào máy tính, mà người tương tác cảm nhận giới thực Một vấn đề tương đối phức tạp việc mơ mơ vật rắn, trạng thái chúng sau chịu tác động ngoại lực, chúng biến đổi nào, làm sao, va chạm: Va chạm vấn đề khó phức tạp để nghiên cứu, thực tế có nhiều vụ va chạm cố ý (như vụ thử xe, kiểm tra mức độ an toàn thiết bị…) không cố ý (như vụ tai nan giao thông), tất tạo biến dạng, méo mó khơng mong muốn… nhìn chung chúng gây thiệt hại cải vật chất hay để lại hậu nghiêm trọng Giả sử vụ tai nạn giao thông xảy công an cần dựng lai vụ tai nạn đó, họ cần phải có đầu vào phương tiện có tham gia vụ tai nạn, họ phải tiến hành thử cách cho phương tiện va chạm với cự ly, tốc độ, hướng,… khác q trình phải diễn nhiều lần Như thời gian tốn Chi nên giải vấn đề theo hướng khác, tức thay vụ thử thực tế phép thử phần mềm máy tính với liệu đầu vào lấy từ trường liệu đầu vào thay đổi (tương đương với liệu cho phép thử), ứng với thay đổi Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 32 Bên cạnh yếu tố thẩm mỹ nội dung phần khơng thể thiếu tính thực hệ thống thực ảo, nghĩa hành động tương tác hệ thống giống với giới thực tốt sở để tạo nên tính thực động vật lý (Physics Engines) Các Engine vật lý xây dựng chi tiết làm tăng tính thực hệ thống tương tác Vì vậy, số báo gần có nhận xét tương lai thực ảo vật lý, phần nhân hệ thống thực ảo động vật lý Cơ sở vật lý hay dùng hệ thống thực ảo động lực học vật rắn [2, 16] Phần trình bày tổng quan động lực học vật rắn ứng dụng để xậy dựng module vật lý để mô hậu xảy hai đối tượng rắn (ô tô, xe máy, ) va chạm 2.2.1 Động lực học vật rắn 2.2.1.1 Mơ ment qn tính ( Moment of Inertia) Khi hai đối tượng rắn va chạm nhau, có số hiệu ứng xảy ra, chẳng hạn hai đối tượng bị bắn theo hướng vận tốc khác Tuy nhiên, cảm nhận trực quan, thấy đối tượng va chạm bị ảnh hưởng nhau, ví dụ ảnh hưởng hai viên bi trịn sau va chạm khác ảnh hưởng viên bi trịn với khối hộp chữ nhật Điều nói lên rằng, đặc trưng hình dạng nhân tố quan trọng tạo nên ảnh hưởng phong phú đối tượng va chạm Một đại lượng đặc trưng cho yếu tố hình dạng đối tượng mơment qn tính Xét đối tượng rắn có khối lượng M, mơ ment quan tính đối tượng tính theo trục toạ độ X, Y, Z kí hiệu Ixx, Iyy, Izz Mơ ment qn tính tồn phần đối tượng (I) tổ hợp mơ ment qn tính thành phần Hai đối tượng có hình dạng khác có mơ ment qn tính khác Hình 2.1 định nghĩa mơ ment qn tính số đối tượng có hình dạng [12, 16] Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 33 Hình 2.7 Mơ ment qn tính số đối tượng có hình dạng 2 M ( D y  Dz ) 12 2 I yy  M ( Dx  Dz ) 12 2 I zz  M ( Dx  D y ) 12 I xx  I xx  I yy  I zz  1 MR  H 2 12 MR 12  I xx  Khi đó, mơ ment qn tính tổng hợp I đối tượng là: I   0  I yy 0    I zz  2.2.1.2 Mô ment quay (Torque) Mô men quay đại lượng đặc trưng cho chuyển động quay đối tượng có lực tác dụng (hình 2.8) Định nghĩa hình thức mơ ment quay là:   Torque = s  F (2.10) Trong đó: - Torque: mô ment quay - F: lực tác dụng lên đối tượng,  tích có hướng - s: khoảng cách từ giá lực tác dụng đến tâm đối tượng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 34 Hình 2.8 Mơ ment quay đối tượng có lực tác dụng 2.2.1.3 Mối liên hệ mô ment quán tính mơ men quay Mối liên hệ mơ ment qn tính mơ ment quay giống với mối liên hệ lực gia tốc Newton Người ta thường ví mơ ment qn tính tương tự khối lượng vật, cịn mơ ment quay tương tự lực tác dụng lên vật Cụ thể, mối liên hệ phương trình chuyển động quay vật rắn quanh trục Mô ment quay mơ ment qn tính nhân với gia tốc góc: Torque  I  (2.11) Trong đó: - I: mơ ment qn tính -  : giá tốc góc 2.2.1.4 Vectơ trạng thái đối tượng Mỗi đối tượng mô tả vector trạng thái bao gồm thuộc tính: khối lượng (m), mơ ment qn tính (I), vận tốc góc (  ), gia tốc góc (  ), vận tốc dài (v), gia tốc dài ( v ), vị trí (p) hướng (R) đối tượng Vì đại lượng m, I giá trị tĩnh nên ta cần tính tốn cho đại lượng cịn lại, kí hiệu Q vector trạng thái đối tượng, ta có : Q = Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 35 Tại thời điểm, đối tượng xác định vector trạng thái riêng mình, xác định vector trạng thái cho đối tượng xác định trạng thái cho tồn hệ thống Nếu khơng có va chạm xảy vector trạng thái đối tượng thay đối tuyến tính theo thời gian nên biết tổng lực tác dụng lên đối tượng việc xác định vector trạng thái cho đối tượng thực dễ dàng phương pháp tích phân số Tuy nhiên, có va chạm xảy ra, ảnh hưởng ngoại lực tác dụng lên đối tượng tham gia va chạm nên vector trạng thái chúng khơng cịn biến đổi tuyến tính Khi đó, tính tốn vector trạng thái cho đối tượng tham gia va chạm trở nên phức tạp nhiều Chúng ta phải dựa vào quy luật vật lý, mà cụ thể định luật động lực học vật rắn trình bày số định luật vật lý khác Từ công thức (2.10) ta thấy xác định tổng lực tác dụng F lên đối tượng ta xác định giá trị mô ment quay (T) tương ứng Mặt khác, với đối tượng ta hồn tồn xác định giá trị mơ ment qn tính cho nó, từ (2.11) ta xác định gia tốc góc cho đối tượng Biết gia tốc góc mới, ta xác định trạng thái lại đối tượng theo định luật sau:  Xác định gia tốc góc :  = T*I-1 d   dt  Xác định vận tốc góc : (2.13) F m (2.14) dv  v dt (2.15)  Xác định gia tốc dài: v =  Xác định vận tốc dài: (2.12)  Vị trí đối tượng (p): dp v dt Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên (2.16) http://www.lrc-tnu.edu.vn 36  Hướng đối tượng R: Để biểu diễn hướng đối tượng, ta sử dụng ma trận R có kích thước 33, hàng ma trận biễu diễn vector đơn vị hàng R phải vng góc với đôi Ma trận hướng R vận tốc góc  = ( z, y, z) liên hệ với theo công thức sau [15]: R  R * ~   z  y    (3.8) với ~    z  x    y  x    Từ cơng thức trên, ta viết gọn lại sau: dQ   F   Q  v, , T * I 1 , R * ~  dt  m  (2.17) 2.2.1.5 Tính tốn xung lực ảnh hưởng Như nói trên, biết lực tổng hợp tác dụng lên đối tượng sau va chạm ta tính vector trạng thái đối tượng Có nhiều cách tiếp cận để tính tốn lực tổng hợp, phần trình cách tính lực tác dụng tổng hợp thơng qua việc tính tốn xung tác dụng lên đối tượng tham gia va chạm [7] Liên quan đến việc tính tốn lực tác dụng lên đối tượng thường có thắc mắc sử dụng định luật quen thuộc định luật bảo toàn lượng bảo tồn động lượng để tính lực tác dụng hay khơng? Câu trả lời không, trước giải lại vậy, quy ước kí hiệu sử dụng phần sau Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 37 Kí hiệu Ý nghĩa a Đối tượng a va chạm với đối tượng b b Đối tượng b va chạm với đối tượng a Ma Khối lượng đối tượng a Mb Khối lượng đối tượng b Vaix, Vafx Vận tốc dài theo trục x đối tượng a trước sau va chạm Vaiy, Vafy Vận tốc dài theo trục y đối tượng a trước sau va chạm Vaiz, Vafz Vận tốc dài theo trục z đối tượng a trước sau va chạm Vbix, Vbfx Vận tốc dài theo trục x đối tượng b trước sau va chạm Vbiy, Vbfy Vận tốc dài theo trục y đối tượng b trước sau va chạm Vbiz, Vbfz Vận tốc dài theo trục z đối tượng b trước sau va chạm Iaxx, Iayy, Iazz Mơ men qn tính đối tượng a theo trục xx, yy, zz Ibxx, Ibyy, Ibzz Mơ men qn tính đối tượng b theo trục xx, yy, zz Mơ men qn tính đối tượng theo ba trục I Waix, Wafx Vận tốc góc theo trục x đối tượng a trước sau va chạm Waiy, Wafy Vận tốc góc theo trục y đối tượng a trước sau va chạm Waiz, Wafz Vận tốc góc theo trục z đối tượng a trước sau va chạm Wbix, Wbfx Vận tốc góc theo trục x đối tượng b trước sau va chạm Wbiy, Wbfy Vận tốc góc theo trục y đối tượng b trước sau va chạm Wbiz, Wbfz Vận tốc góc theo trục z đối tượng b trước sau va chạm F Lực tác dụng lên đối tượng sau va chạm J Xung tác dụng lên đối tượng sau va chạm e Hệ số đàn hồi hai đối tượng rắn (0  e  1) Bảng 2.3 Bảng kí hiệu sử dụng xử lý hậu va chạm Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 38 2.2.2 Xử lý hiệu ứng méo mó, biến dạng sau va chạm 2.2.2 Ý tưởng thuật tốn Giả sử ta xét khơng gian R3, hai đối tượng A, B va chạm nhau, cách sử dụng kỹ thuật phát OBB để phát va chạm lấy thông tin điểm va chạm, cần phải xứ lý thêm hiệu ứng méo mó, biến dạng đối tượng tham gia va chạm Một 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 bao quanh  Trên hình bao AABB này, ta lập lưới (lattice) điểm điều khiển Số lượng điểm điều khiển chiều tuỳ ý, giả sử chúng N u,Nv,Nw  Tổng số điểm điều khiển N = Nu*Nv*Nw  Từ điểm điều khiển này, ta xây dựng đường bao B-Splines 3D, đều, tuần hoàn qua điểm điều khiển  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 lị xo Vì vậy, ta áp dụng mối liên hệ để tính tốn độ chuyển dịch cho điểm điều khiển  Khi tính tốn độ chuyển dịch cho điểm điều khiển, tiếp tục tính tốn ảnh hưởng điểm thuộc bề mặt đối tượng theo nguyên lý hàm B- Splines Để hiệu rõ thuật tốn bóp méo tự sử dụng hàm B-Splines 3D, tuần hoàn, phần ta giới thiệu chi tiết loại hàm B-Splines [1, 18] Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 39 2.2.2.2 Hàm Open Uniform B-Splines Trong số đường cong phổ biến (Beirier, B-Splines, ) đường cong BSplines có nhiều ứng dụng Với tập điểm điều khiển cho trước, đường cong B-Splines có tính chất thay đổi cục bộ, nghĩa ta dịch chuyển điểm điều khiển số đoạn cong liền kề bị thay đổi, đường cong khác, thay đổi điểm điều khiển tồn đường cong bị thay đổi Vì tính chất mềm dẻo nên đường cong B-Splines hay dùng kỹ thuật xử lý ảnh bóp méo, biến đổi Morphing,… Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 40 Chương ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM 3.1 Bài toán Trong phần luận văn xây dựng chương trình mơ tình hống giao thơng đường có đối tượng tham gia giao thông qua ngã tư Trong ứng dụng mô ta cần sử dụng mơ hình - Mơ hình hạ tầng giao thơng đường - Mơ hình phương tiện tham gia giao thơng tốn: + Mơ hình xe cảnh sát + Mơ hình xe tải + Mơ hình xe 04 chỗ ngồi 3.2 Xây dựng hệ thống mơ tình giao thơng Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống mơ tình giao thơng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 41 Hệ thống mô thử nghiệm tình tham gia giao thơng sử dụng ngơn ngữ lập trình Visual C.Net, thư viện đồ hoạ OpenSG Trong hệ thống có sử dụng thư viện mã nguồn mở cài [9] đặt thuật toán phát va chạm sử dụng hộp bao OBB Các mô hình tơ lấy từ [12] Sơ đồ khối hệ thống mơ tình giao thơng hình 3.1 Trong sơ đồ này, khối khối “Tính tốn vector trạng thái mới” cài đặt phương pháp tính tích phân gần hai phương pháp Euler Runge Kutte Ta sử dụng hai hàm cài đặt khối để tính tốn vector trạng thái từ tập vector trạng thái Khối thứ hai khối “Dị tìm va chạm” cài đặt phương pháp phát va chạm hộp bao OBB (Object Boungding Boxes) Nếu khơng có va chạm khối trả giá trị FALSE, ngược lại khối trả giá trị TRUE đồng thời cung cấp số thông tin vụ va chạm sau:  Hai đối tượng va chạm nhau: body0, body1  Điểm tiếp xúc va chạm (contactPoint): điểm mà hai đối tượng va chạm  Vector pháp tuyến normal có gốc điểm tiếp xúc, hướng từ body0 sang body1 vng góc với mặt va chạm body0  Khoảng cách mà hai đối tượng thâm nhập vào nhau: penatrate > Tồn cảnh thơng tin vụ va chạm biễu diễn hình 4.2 Hình 3.2 Các thơng tin vụ va chạm Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 42 Khối thứ ba khối “Xử lý va chạm”, khối nhận đầu vào thơng tin vụ va chạm tính tốn thay đổi trạng thái cho đối tượng liên quan đến vụ va chạm Trong khối cài đặt hàm xử lý hậu va chạm sử dụng sở vật lý trình bày chương Cuối cùng, tồn thơng tin trạng thái thời đối tượng với liệu hình dạng 3D chúng hiển thị hình thơng qua khối “Render” 3.3 Thực nghiệm Đây giao diện chương trình thử nghiệm mơ tình giao thơng ngã tư giao cắt Chương trình mơ trình va chạm xe tải xe 04 chỗ khung cảnh tạo sẵn Hình 3.3 Quang cảnh tình giao thơng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 43 Hình 3.3 thể tình giao thơng ngã tư giao cắt, có 03 xe tham gia giao thông: 01 xe cảnh sát, xe chỗ ngồi, 01 xe tải Xe cảnh sát hướng đường chính., xe tải xe ngược chiều đường giao cắt Hình 3.4 Chuyển động phương tiện qua ngã tư giao cắt Hình 3.5 Va cạnh xảy xe 04 chỗ xe tải ngược chiều Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 44 KẾT LUẬN Trong trình làm luận văn tìm hiểu, nghiên cứu, thực đến hoàn thành luận văn tốt nghiệp em bổ sung thêm cho nhiều kiến thức q giá Em tìm hiểu sâu hơn, đầy đủ va chạm xử lý va chạm hệ thống thực ảo Hầu hết hệ thống thực ảo phát va chạm sử dụng cách tiếp cận hình bao đối tượng, tuỳ hệ trường hợp cụ thể mà ta sử dụng kỹ thuật hình bao thích hợp Sau phát va chạm, giai đoạn xử lý hậu va chạm thực dựa sở vật lý mà cụ thể động lực học vật rắn Kỹ thuật phát va chạm hộp bao OBB tam giác ứng dụng hiệu việc tìm va chạm đối tượng với mơi trường, địa hình, núi non, hay chướng ngại vật Nó liên quan đến trình phát xử lý va chạm đối tượng di chuyển địa hình phẳng địa hình khơng phẳng Đối với tốn này, người ta thường tối ưu hố q trình xử lý cách biểu diễn bề mặt địa hình QuadTree OctTree Trong luận văn, em chưa trình bày chi tiết vấn đề Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, thân nỗ lực, cố gắng, đầu tư nhiều thời gian, cơng sức cho việc tìm hiểu nghiên cứu đề tài nhận bảo, định hướng tận tình thầy giáo hướng dẫn anh, chị trước hạn chế mặt thời gian khó khăn việc tìm kiếm tài liệu nên chưa có kết thực hồn hảo Hướng phát triển: Mô Với kết nghiên cứu trên, cộng với đầu tư thời gian cơng nghệ tương lai việc thực mô liên quan đến va chạm khơng cịn vấn đề q khó khăn Chúng ta rễ dàng thực việc mơ xác vụ va chạm tượng xảy ra, xây dựng phần mềm ứng dụng phục vụ cho lĩnh vực, ngành nghề cụ thể Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Lê Tấn Hùng, Huỳnh Quyết Thắng (2004), Đồ hoạ máy tính, tr40-50, Nhà xuất KHKT 2004 [2] Nguyễn Văn Trường (2005), “Động lực học hệ nhiều vật xây dựng thiết bị tập lái” [3] Lê Huy Vần (2005), Nghiên cứu phát va chạm ứng dụng, tr 41-50, Khoá luận tốt nghiệp, ĐH Công nghệ [4] Nguyễn Huy Sơn (2005), “VR-Công nghệ tương lai”, http://simulationvn.org Tiếng Anh [5] Devid Eberly (1999), “Numerical Methods for Ordinary Differential Equations”, http://www.geometrictools.com [6] Devid Eberly (1999), “Dynamic Collision Detection using Oriented Bounding Boxes”, http://www.geometrictools.com [7] Diego Ruspini and Oussama Khatib (2000), “A Framework for Multi-Contact Multi-Body Dynamic Simulation and Haptic Display”, Proceedings of the 2000 IEEE/RSj International Conference on Intelligent Robots and Systems [8] Department of Informatics Umể University S-901 87 UMỂ, Sweden, “Virtual Reality in Medicine: Survey of the State of the Art” [9] Eugene Laptev (2002), “Collision Detection - Fastcar”, Oxford Dynamics www.oxforddynamics.co.uk [10] Leonard McMillan, Julie Dorsey, Robert Jagnow(2001), “Real-Time Simulation of Deformation and Fracture”, The Eurographics Association [11] Martin John Baker (2006), “Physics - Collision in dimensions”, http://www.euclideanspace.com/physics/dynamics/collision/oned/index.htm Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 46 [12] Marco Monster (1993), “Car Physics for Games”, http://home.planet.nl/~monstrous [13] M.Müller, J.Dorsey, L.McMillan, R.Jagnow and B.Cutler “Stale real-time deformations” Proceedings of ACM SIGGRAPH Symposium onComputer Animation,pp 49-54,2002 [14] Nick Bobic (2000), ”Advanced Collision Detection Techniques”, http://www.gamasutra.com [15] Richard Chaney (1999), “Simulating Single Rigid Bodies” [16] Russell Smith (2006), “Open Dynamics Engine”, http://www.ode.org [17] Rui Pires, Tiago Rodrigues, José Miguel Salles Dias (2004), "d4md deformation system for a vehicle simulation game", http://pwp.netcabo.pt/0175938601/d4md [18] Yongchoel Choi and Seungyong Lee (2000), “Injectivity Conditions of 2D and 3D Uniform Cubic B-Spline Functions”, Department of Computer Science and Engineering, Pohang University of Science and Technology (POSTECH), Pohang, 790-784, Korea Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ...2 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VŨ QUANG HƢNG NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ ĐỘNG LỰC HỌC CHẤT RẮN TRONG XỬ LÝ VA CHẠM Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN... 1.2 Động lượng vật rắn thực ảo: 13 1.2.1 Va chạm gì? 13 1.2.2 Động lượng gì? 15 1.2.3 Mối liên quan động lượng va chạm 15 Chương 2: 16 MỘT SÔ VẤN ĐỀ VỀ ĐỘNG LƢỢNG HỌC CHẤT RẮN 2.1 Tính tốn va chạm. .. nhanh va chạm hai hộp bao OBBs 20 2.1.3 Tìm điểm va chạm 25 2.1.4 Phát va chạm đối tượng di chuyển 31 2.2 Xử lý va chạm 31 2.2.1 Động lực học vật rắn 32 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái