Luận văn thạc sĩ 34244

: 60-48-01 : - 2013 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn i y 15 Số hóa trung tâm học liệu năm 2013 http://www.lrc-tnu.edu.vn ii - VRLAB 10B - 15 năm 2013 Tác giả luận văn Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn iii i ii ii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v DANH MỤC CÔNG THỨC vii 1.1.3 Một số loại hệ thống thực ảo [6] 1.2 Các yếu tố mô lửa 1.2.3 Mô lửa 12 1.2.4 Ý nghĩa việc mô lửa 14 16 16 2.1.1 Particle System ? 16 2.1.2 Đặc tính Particle System 16 2.1.3 Ưu điểm phương pháp Particle System 17 2.1.4 Mô hình mơ Particle System 18 [10] 27 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn iv 2.2.1 Mô lửa dựa phương pháp Particle 27 2.2.2 Chuyển động hạt lửa 32 2.2.3 Khởi tạo hình dạng màu sắc cho hạt lửa 36 2.2.4 Các phương thức Particle System mô lửa 38 43 43 3.2 Phân tích u cầu chương trình cài đặt thử nghiệm kỹ thuật sinh ảnh không gian 3D theo phương pháp Particle 43 3.3 Chương trình mơ lửa theo kỹ thuật Particle 44 KẾT LUẬN 48 Tầm quan trọng mô lửa 48 48 Hướng phát triển 49 50 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CĨ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 51 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn v DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Hệ thống huấn luyện quân ảo 10 Hình 1.2 Hệ thống tập lái xe ảo 10 Hình 1.3 Hệ thống phẫu thuật ảo 11 Hình 1.4 Cháy rừng Tây Nguyên năm 2010 14 Hình 1.5 Cháy xăng Trần Hưng Đạo - Hà Nội năm 2013 15 Hình 2.1 Particle System phát hạt dựa vùng diện tích thuộc tính vị trí, góc phóng, vận tốc khác cách ngẫu nhiên 20 Hình 2.2 Particle System với hình dạng cầu 22 Hình 2.3 Sự thay đổi mầu sắc lửa 23 Hình 2.4 Kỹ thuật Anti-Aliased (áp dụng hình bên phải) 25 Hình 2.5 Sự chết hạt 26 Hình 2.6 Sơ đồ vòng đời hạt Particle System 27 Hình 2.7 Các hạt phát số lượng tốc độ 29 Hình 2.8 Các hạt phát với số lượng tốc độ cách ngẫu nhiên 30 Hình 2.9 Các hạt phát theo hướng thẳng đứng 30 Hình 2.10 Cấu trúc phân cấp thành phần quản lý phát 31 Hình 2.11 Ngọn lửa mơ mà khơng có kìm chế tác động thực tế 33 Hình 2.12 Hình ảnh mơ lửa hàm lượng giác 34 Hình 2.13 Mô hạt di chuyển sau lần lặp đến điểm áp suất thấp gần 35 Hình 2.14 Mô lửa theo phương pháp hạt di chuyển vùng áp thấp 35 Hình 2.15 Cộng ảnh Alpha Channel vào ảnh để tạo mặt nạ 36 Hình 2.16 Tạo Particle System mơ lửa từ hạt cộng thêm Alpha Channel 38 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn vi Hình 2.17 Hình ảnh nến cháy 40 Hình 2.18 Sự thay đổi hướng vecto vận tốc 41 Hình 3.1 Ngọn lửa cháy nhiệt độ 100C 44 Hình 3.2 Ngọn lửa cháy nhiệt độ 500C 45 Hình 3.3 Ngọn lửa cháy nhiệt độ 1000C 45 Hình 3.4 Ngọn lửa cháy nhiệt độ 3000C 46 Hình 3.5 Ngọn lửa cháy nhiệt độ 5000C 46 Hình 3.6 Ngọn lửa cháy nhiệt độ 10000C 47 Hình 3.7 Ngọn lửa cháy nhiệt độ 30000C 47 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn vii DANH MỤC CƠNG THỨC Cơng thức (1) 19 Công thức (2) 19 Công thức (3) 20 Công thức (4) 20 Công thức (5) 22 Công thức (6) 23 Công thức (7) 32 Công thức (8) 32 Công thức (9) 32 Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn g Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn , chương yếu tố T Chương G Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn 37 // The 4th value (ALPHA value) will be the RED value of alpha // channel image for(int y = 0; y < image->height; y++) { for(int x = 0; x < image->width; x++) { // Assign values of original image to new image for(int j = 0; j < 3; j++) { pixels[4 * (y * image->width + x) + j] = image->pixels[3 * (y * image->width + x) + j]; } // Assign RED value of alpha image to the 4th value of // new image pixels[4 * (y * image->width + x) + 3] = alphaChannel->pixels[3 * (y * image->width + x)]; } } return pixels; } Sau thực thuật tốn này, ta có ảnh với màu sắc ảnh gốc, thêm vào số độ suốt cho pixel ảnh alpha channel Hình ảnh hạt lửa ban đầu xây dựng theo cách này, màu sắc hình dạng hạt lửa phụ thuộc vào hai ảnh chọn làm ảnh gốc alpha channel Hình ảnh tổng hợp tham gia vào chuyển động biến đổi riêng hạt cho ta cảm giác màu sắc độ suốt lửa Màu sắc lửa theo nhiệt độ Màu đỏ  Vẫn nhìn thấy: 525 °C (980 °F)  Tối: 700 °C (1,300 °F) Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn 38  Đỏ tối: 800 °C (1,500 °F)  Đỏ vừa: 900 °C (1,700 °F)  Đỏ sáng: 1,000 °C (1,800 °F) Màu cam  Sậm: 1,100 °C (2,000 °F)  Sáng: 1,200 °C (2,200 °F) Màu trắng  Hơi trắng: 1,300 °C (2,400 °F)  Sáng: 1,400 °C (2,600 °F)  Sáng lóa: 1,500 °C (2,700 °F) Hình 2.16 Tạo Particle System mơ lửa từ hạt cộng thêm Alpha Channel 2.2.4 Các phương thức Particle System mô lửa Một particle system ln có phương thức để khởi tạo cho hạt cho particle system Nhìn chung phương thức khởi tạo cho particle system mơ lửa tương tự particle system khác Nhiệm vụ truyền thông số cần thiết cho particle system hoạt động Các tham số phải tính tốn lựa chọn cẩn thận để mang lại Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn 39 hiệu mô tốt Như trình bày trên, thơng số truyền vào cho hạt gán ngẫu nhiên quanh giá trị trung bình khoảng biến thiên cố định 2.2.4.1 Phương thức khởi tạo hạt InitialParticle(particle){ _position = MeanInitialPosition + varPosition*Random(MinP,MaxP); _velocity = MeanInitialVelocity + varVelocity*Random(MinV,MaxV); _size = MeanInitialSize + varSize*Random(MinS,MaxS); _lifeTime = MeanInitialLifeTime + varTime*Random(MinT,MaxT); _alpha = MeanInitialAlpha + varAlpha*Random(MinA,MaxA); } Trong đó: MeanInitialPosition: Vị trí khởi varPosition: Khoảng biến thiên tạo trung bình vị trí khởi tạo MeanInitialVelocity: Vận tốc khởi varVelocity: Khoảng biến thiên tạo trung bình vận tốc khởi tạo MeanInitialSize: Kích thước khởi varSize: Khoảng biến thiên tạo trung bình kích thước khởi tạo MeanInitialLifeTime: Thời gian varTime: Khoảng biến thiên sống khởi tạo trung bình thời gian sống khởi tạo MeanInitialAlpha: Độ suốt varAlpha: Khoảng biến thiên khởi tạo particle trung bình độ suốt khởi tạo Random(): Hàm chọn ngẫu nhiên giá trị khoảng MinX: Giá trị nhỏ khoảng MaxX: Giá trị lớn khoảng Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn 40 2.2.4.2 Phương thức khởi tạo cho particle system InitialParticleSystem(){ For each particle in fireParticle Initialize (particle) camera = cameraPosition; viewport = viewportPosition; } Trong phương thức này, ta khởi tạo tham số cho khung nhìn, quan trọng khởi tạo cho tập hạt particle system Số lượng hạt khởi tạo định mật độ hạt lửa Cốt lõi particle system phương thức điều khiển hoạt động hạt Trong mô lửa, phương thức định hình dáng, màu sắc chuyển động chung lửa Trong môi trường khơng trọng lượng, lửa có dạng hình cầu.Tuy nhiên, mặt đất tác dụng trọng lực tượng đối lưu khí quyển, lửa xuất phát từ điểm hay vùng nhỏ có xu hướng bốc lên cao bóp vào ta thường thấy hình ảnh nến Hình 2.17 Hình ảnh nến cháy Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn 41 Để mô hình dạng lửa, vector vận tốc hạt lửa thay đổi hướng liên tục để quỹ đạo hạt lửa tạo có hình dạng vịng cung Hình 2.18 Sự thay đổi hướng vecto vận tốc Phương trình sau cho phép thay đổi hướng vận tốc cho hạt lửa dạng đơn giản: _velocity.x() -= deltaX; _velocity.Z() -= deltaZ; Sau khoảng thời gian định, thành phần theo trục Ox Oz bị trừ lượng deltaX deltaZ tương ứng Lượng trừ tính tốn cho hết thời gian sống, vector chiếu vector vận tốc lên mặt phẳng Oxz phương khác hướng với hình chiếu lên mặt Oxz vecto vận tốc khởi tạo Phương thức cập nhật trạng thái cho hạt thủ tục gọi gọi lại suốt trình hoạt động particle system Một hạt hết thời gian sống, khởi tạo lại để trở thành hạt mới, trì liên tục lửa Số hóa trung tâm học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn 42 2.2.4.3 Phương thức cập nhật trạng thái cho hạt cụ thể sau: Update() { foreach particle in fireParticle _position += _velocity; _size *= sizeChangeRate; _alpha *= alphaChangeRate; _velocity.x() -= deltaX; _velocity.Z() -= deltaZ; _lifeTime -= deltaTime; if(_lifeTime