Kỹ thuật phát hiện nhanh va chạm của vải trong thực tại ảo sử dụng phương pháp tính toán song song

Bài viết trình bày một k thuật tính toán song song để tăng tốc phát hiện va chạm của mô hình vải trên hệ thống CPU đa nhân, cách tiếp cận dựa trên phân tách vùng kiểm tra va chạm và giảm số lượng phép kiểm tra cơ sở.

Kỷ yếu Hội nghị KHCN Quốc gia lần thứ XII Nghiên cứu ứng dụng Công nghệ thông tin (FAIR); Huế, ngày 07-08/6/2019 DOI: 10.15625/vap.2019.00031 KỸ THUẬT PHÁT HIỆN NHANH VA CHẠM CỦA VẢI TRONG THỰC TẠI ẢO SỬ DỤNG PHƯƠNG PHÁP TÍNH TỐN SONG SONG Nghiêm Văn Hưng1,3, Đặng Văn Đức2, Trịnh Hiền Anh2, Hoàng Việt Long3, Nguyễn Văn Căn3 Học viện Khoa học Công nghệ, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Viện Công nghệ thông tin, Viện Hàn lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam Trường Đại học Kỹ thuật - Hậu cần Công an nhân dân, Bộ Cơng an nghiemvanhung1985@gmail.com, dvduc@ioit.ac.vn, hienanh@ioit.ac.vn, longhv08@gmail.com, nguyenvancan@gmail.com TĨM TẮT: Phát va chạm vải môi trường 3D tác vụ phức tạp hệ thống thực ảo Sự tương tác tự nhiên vải với vật thể khác với gập, cuộn,… làm cho việc phát va chạm trở nên khó kh n Trong báo này, chúng tơi trình bày k thuật tính tốn song song để t ng tốc phát va chạm mơ hình vải hệ thống CPU đa nhân, cách tiếp cận dựa phân tách v ng kiểm tra va chạm giảm số lư ng ph p kiểm tra sở K thuật đề xuất đư c cài đ t b ng ngôn ngữ C Visual Studio với pen P hệ thống máy tính sử dụng CPU Intel Xeon Core E5-2665 (8 nhân) tỏ hiệu với ba liệu mơ hình vải thư viện mở GA A cho ph p t ng nhanh tốc độ phát va chạm gấp 6.4, 6.68 7.7 lần so với k thuật ICCD Tang cộng Từ khóa: Phát va chạm, tự va chạm, mơ hình vải, tính toán song song I GIỚI THIỆU Phát va chạm (Collision Detection) tác vụ hệ thống mô thực ảo, đồ họa máy tính, điều khiển robotics, games, Các đối tượng 3D hệ thống mơ mơ hình vật thể rắn (bức tường, gỗ,…) mơ hình vật thể biến dạng (vải, tóc, ), q trình tự va chạm (Self Collision) thường xảy mơ mơ hình vật thể biến dạng Tự va chạm va chạm thành phần mơ hình 3D [23] Hình minh họa trình va chạm diễn váy cô gái múa, phần vải tự va chạm đánh dấu màu sáng Đã có nhiều cơng bố năm gần cải tiến kỹ thuật phát va chạm mơ hình vật thể biến dạng [18, 22, 23, 30], hầu hết số dựa cấu trúc hệ bao (Bounding Volume Hierarchies - BVHs) Đối với mơ hình vật thể biến dạng vải chi phí duyệt BVHs phụ thuộc vào cấu hình biến dạng, vấn đề đặt cần thiết kế thuật tốn hoạt động tốt cấu hình biến dạng khác kỹ thuật tính tốn song song giải vấn đề Trong báo này, đề xuất kỹ thuật tăng tốc phát va chạm mơ hình vải kiến trúc xử lý đa nhân (Multi-core CPU) Kết nghiên cứu áp dụng cho hệ thống đồ họa mơ nhân vật có tương tác với chất liệu vải như: Thiết kế quần áo ảo, trình diễn thời trang ảo, Hình Các phần vải tự va chạm (đã đánh dấu màu sáng) váy cô gái múa Kế th a phát triển t công bố Tang cộng [25] va chạm mơ hình vật thể biến dạng, kỹ thuật đề xuất báo cho phép tăng nhanh tốc độ phát va chạm mơ hình vải khác thuộc liệu thư viện mở GAMMA (Geometric Algorithms for Modeling, Motion, and Animation) Trường Đại học Bắc Carolina, Mỹ Phần lại báo cấu trúc sau: Mục II trình bày toán phát va chạm nghiên cứu liên quan Mục III trình bày sở lý thuyết, cách tiếp cận song song kỹ thuật đề xuất Kết thử nghiệm trình bày mục IV Mục V phân tích đánh giá mục VI kết luận định hướng nghiên cứu II * I TO N PH T HIỆN V CH M V C C NGHIÊN CỨU LIÊN QU N Bài tốn phát va chạm mơi trường thực ảo phát biểu sau: Cho đối tượng +, phát va chạm trình xác định xem đối tượng có giao hay khơng, tức kiểm tra , , , Trong đó, { } tập gồm mặt sở 240 KỸ THUẬT PHÁT HIỆN NHANH VA CHẠM CỦA VẢI TRONG THỰC TẠI ẢO … (primitives) { } tập gồm mặt sở, va chạm xảy với , Nếu xem xét trường hợp tự va chạm cần kiểm tra với Các mặt sở thường sử dụng tam giác Kết trả toán phát va chạm dạng Có Khơng (Boolean), có va chạm xảy cần tính tốn điểm tiếp xúc thời điểm tiếp xúc (Time of contact) Việc phát va chạm mơ hình vật thể biến dạng (điển hình mơ hình vải) đánh giá phức tạp việc phát va chạm mơ hình vật thể rắn phải xem xét đến trình biến dạng vấn đề tự va chạm Kỹ thuật phát va chạm sử dụng cấu trúc hệ bao (Bounding Volume Hierarchies - BVHs): Có thể tiến hành kiểm tra t ng mặt đối tượng có giao cắt với mặt đối tượng hay khơng để phát va chạm Tuy nhiên đối tượng 3D tạo thành t nhiều mặt phí để kiểm tra giao cặp mặt lớn Hầu hết hệ thống mô thực ảo sử dụng phương pháp phát va chạm sử dụng khối hình học bao quanh đối tượng (khối bao) Việc phát va chạm đối tượng đưa toán phát giao khối bao Hình mơ tả số dạng khối bao thường dùng kỹ thuật phát va chạm: Khối bao theo cạnh song song với trục tọa độ (Axis Aligned Bounding Box - AABB) [2], khối bao dạng hình cầu (Sphere Bounding Box - SBB) [3], khối bao theo hướng đối tượng (Oriented Bounding Box - OBB) [9] khối bao đa diện rời rạc có hướng (k-Discrete Oriented Polytopes - k-DOP) [12] BVHs cấu trúc liệu dạng tạo thành sở phân tích đối tượng cần kiểm tra va chạm BVHs đóng vai trị quan trọng việc biểu diễn vật thể cho phép giải nhiều vấn đề phát va chạm [4, 5, 7, 16, 29] Với mơ hình vật thể biến dạng vải BVHs cần phải dựng lại sau biến dạng, giải pháp đề xuất áp dụng kỹ thuật tái cấu trúc có chọn lọc [15], nhiên chi phí để tái cấu trúc lớn Hình Một số dạng khối bao sử dụng kỹ thuật phát va chạm Kỹ thuật phát va chạm liên tục phát va chạm tăng cường: Nhiều thuật toán hiệu cải tiến để phát va chạm liên tục mơ hình vật thể rắn [33], mơ hình khớp nối [34] mơ hình vật thể biến dạng [25] Kỹ thuật phát va chạm liên tục áp dụng phương pháp nội suy tuyến tính đỉnh mơ hình, thực phép kiểm tra sở cặp tam giác tính tốn thời điểm tiếp xúc Kỹ thuật phát va chạm tăng cường: Kỹ thuật phát va chạm nhanh ứng dụng tương tác, cách tiếp cận thực tính tốn va chạm tăng cường khung (frames), áp dụng cho đa giác lồi [8] Một số thuật toán trì cấu trúc phân cấp để truy vấn nhanh [12] Hầu hết kỹ thuật sử dụng để tăng tốc kiểm tra va chạm mơ hình vật thể rắn Các thuật tốn dựa kiện [33] động học [31] đề xuất cho mơ hình vật thể biến dạng Kỹ thuật phát va chạm song song: Kỹ thuật khai thác khả xử lý song song CPU [28] GPU [23] để tăng tốc phát va chạm Thao tác chủ yếu để kiểm tra va chạm phép duyệt cấu trúc BVTT (Bounding Volume Traversal Tree) [17] Rao cộng [19] hiệu phép duyệt theo chiều sâu song song phụ thuộc vào sơ đồ phân phối tiến trình cấu trúc hệ bao Các kỹ thuật cân tải khác đề xuất [13] Reinefeld [21] so sánh chiến lược cân tải phương pháp duyệt theo chiều sâu để tăng tốc phát va chạm Assarsson [1] tăng tốc phát va chạm mơ hình vật thể rắn CAD nhanh ba lần CPU nhân Grinberg [10] đề xuất phương pháp song song phân vùng tác vụ tĩnh để kiểm tra va chạm Chen cộng [6] chứng minh ưu điểm việc sử dụng kiến trúc CPU đa nhân để phát va chạm mô vật lý Các thuật toán phát va chạm mô chất liệu vải đề xuất cho kiến trúc nhớ phân tán [27] Các kỹ thuật đa luồng sử dụng [26] để tăng tốc xử lý va chạm cho mô chất liệu vải Một kỹ thuật phân tách tác vụ sử dụng [11] để tính tốn kiến trúc CPU đa nhân Kỹ thuật sử dụng báo phát va chạm liên tục tính tốn song song CPU đa nhân Nghiêm Văn Hưng, Đặng Văn Đức, Trịnh Hiền Anh, Hoàng Việt Long, Nguyễn Văn Căn 241 III KỸ THUẬT PH T HIỆN V CH M CỦ MƠ HÌNH VẢI A Cơ sở lý thuyết Cấu trúc liệu Khối bao đa diện rời rạc có hướng (k-Discrete Oriented Polytopes - k-DOP) đa giác lồi chứa đối tượng xây dựng cách lấy số mặt phẳng định hướng phù hợp vô cực di chuyển chúng chúng va chạm với vật thể, giao điểm nửa không gian giới hạn mặt phẳng Các giá trị k lựa chọn để xây dựng khối bao [12] 6, 14, 18, 26 Việc tính tốn cho t ng giá trị k trình bày chi tiết phần C mục III Hệ bao BVH (Bounding Volume Hierarchies) cấu trúc liệu dạng tạo thành sở phân tích đối tượng cần kiểm tra va chạm BVHs đóng vai trò quan trọng việc biểu diễn vật thể cho phép giải nhiều vấn đề phát va chạm [4, 5, 7, 16, 29] Với mơ hình vật thể biến dạng vải BVH cần phải dựng lại sau biến dạng, giải pháp đề xuất áp dụng kỹ thuật tái cấu trúc có chọn lọc [15] Q trình kiểm tra va chạm bắt đầu duyệt t nút gốc BVH Cấu trúc BVTT (Bounding Volume Traversal Tree) biểu diễn hệ thống phân cấp phép kiểm tra chồng lấp (testing for overlap) thực trình duyệt BVTT sử dụng thuật tốn phát va chạm [8, 14, 17, 31] Mỗi nút BVTT đại diện cho phép kiểm tra chồng lấp cặp khối bao (BV) kiểm tra tự va chạm BV BVTT khơng cịn nhị phân số nút bên BVTT có ba nút Vùng kiểm tra BVTT: Vùng kiểm tra BVTT tập hợp nút bên nút (nơi phép duyệt kết thúc thực truy vấn va chạm thời gian định) Vùng kiểm tra BVTT phản ánh phép duyệt truy vấn va chạm Hình minh họa ví dụ BVH, BVTT tương ứng vùng kiểm tra BVTT Mơ hình vải tổ chức thành BVH có gốc (A1) BVTT tương ứng có gốc (A1, A1) vùng kiểm tra BVTT tô màu xám Hình Ví dụ minh họa BVH, BVTT vùng kiểm tra BVTT Việc phát va chạm mơ hình vải tập trung vào hai vấn đề chủ yếu phép kiểm tra sở tự va chạm Các phép kiểm tra sở: Thực 15 phép kiểm tra sở mặt (Face), cạnh (Edge) đỉnh (Vertex) hai tam giác: Gồm phép kiểm tra đỉnh-mặt (Vertex-Face) phép kiểm tra cạnh-cạnh (Edge-Edge) [18] Tự va chạm: Do chuyển động biến dạng thay đổi hình dạng dẫn đến tự va chạm, đặc điểm tam giác liền kề lưới cần phải xem xét Tính tốn phân cấp song song (Parallel Hierarchical Computation - PHC) Tang cộng [25] mô tả phương pháp phát va chạm dựa tính tốn phân cấp bao gồm bốn pha: Cập nhật BVH; Tính tốn duyệt BVTT; Kiểm tra cặp tam giác không liền kề; Kiểm tra cặp tam giác liền kề Một tập rút gọn tập tập mặt, cạnh đỉnh thuộc tam giác liền kề không kiểm tra q trình xử lý cặp tam giác khơng liền kề Bằng cách tiến hành kiểm tra tập rút gọn, số lượng phép kiểm tra sở cho tam giác liền kề giảm xuống Việc cập nhật xử lý cặp không liền kề BVH thực song song nhiều nhân Nhưng việc song song hóa tính tốn BVTT tương đối khó khăn Do đó, khó khăn việc phát va chạm song song đưa kỹ thuật song song thích hợp để duyệt BVTT tính tốn cặp có khả chồng lấp [11, 26, 27] Trong pha thứ hai cần duyệt qua BVTT theo chiều rộng, thu thập tất thông tin tác vụ phụ truy vấn va chạm đưa chúng vào ngăn xếp Sau đó, tất tác vụ phụ ngăn xếp thực thi song song nhân CPU Tuy nhiên, cách tiếp cận PHC có điểm hạn chế tính chất động mơ hình vải gây khó khăn việc phân phối tải truy vấn va chạm hai nút BVH Phần trình bày kỹ thuật phân tách dựa vùng kiểm tra để phát va chạm nhanh PHC KỸ THUẬT PHÁT HIỆN NHANH VA CHẠM CỦA VẢI TRONG THỰC TẠI ẢO … 242 B Phát va chạm song song a t n phân tách v n ki m t a BVTT Song song hóa BVTT cho mơ hình vải Ý tưởng song song hóa kỹ thuật phát va chạm chủ yếu tập trung vào phép duyệt BVTT [10] Đối với vấn đề này, chiến lược phân bổ tác vụ song song áp dụng: Phân bổ động phân bổ tĩnh, hai nhằm mục đích cân tải tính tốn Chiến lược phân bổ động thực cách phân phối ngẫu nhiên tải tính tốn cho xử lý luồng trình phát [27] Theo hướng này, đề xuất sử dụng kỹ thuật phân tách dựa vùng kiểm tra Vùng kiểm tra BVTT tập hợp nút bên nút (nơi phép duyệt kết thúc thực truy vấn va chạm thời gian định) Vùng kiểm tra phản ánh số lượng duyệt qua cho trường hợp truy vấn va chạm Tuy nhiên, phép duyệt BVTT tránh khỏi việc cập nhật vùng kiểm tra q trình duyệt khó thực cho khung hình Trong đó, chiến lược phân bổ tĩnh phân phối tải trước trình phát bắt đầu [10], hạn chế khơng thể đảm bảo tải tính tốn cân luồng xử lý Xây dựng cập nhật BVTT Cấu trúc BVTT xây dựng theo phương pháp t xuống (Top-down) Nhưng quy trình mơ phỏng, mơ hình vải chuyển đổi t khung sang khung khác Các BVTT chúng phải cập nhật để phát va chạm Cách tiếp cận giải vấn đề theo phương pháp t lên (Bottom-up) hiệu phương pháp t xuống Trong khung, nút lá, khối bao cập nhật Do đó, nút cha cập nhật ơm khít tất khối Q trình kết thúc cập nhật nút mái hoàn thành C Phân tích Đối với thuật tốn [25], chi phí tính tốn tính theo cơng thức: (1) chi phí duyệt BVTT; kiểm tra sở chi phí phép kiểm tra chồng lấp khối bao; chi phí phép Đối với thuật toán song song, nhiệm vụ PHC duyệt phân tách vấn đề thành nhiệm vụ ̂ phụ thực song song t ng nhiệm vụ phụ Trong trường hợp này, biểu diễn dạng: ̆ ̂ ̆ , ̂ ̂ chi phí phép kiểm tra chồng lấp khối bao hệ bao tương ứng BVTT, phần tương ứng với duyệt thu thập nhiệm vụ phụ ̆ ̆ chi phí phép kiểm tra chồng lấp khối lượng giới hạn khối lượng BVTT tất nhiệm vụ phụ Chi phí tính tốn thuật tốn dựa PHC là: ̂ với ̂ (̌ ̌ ) (2) số nhân Bằng cách sử dụng kỹ thuật đề xuất phần B nêu trên, bước phép duyệt BVTT t nút gốc loại bỏ Do tất nút vùng kiểm tra BVTT dò theo phương pháp song song, chi phí tính tốn thuật tốn dựa kỹ thuật đề xuất là: ( tỷ lệ phép kiểm tra chồng lấp khối bao giảm, 0,63 phụ thuộc vào t ng liệu cụ thể GAMMA) ) (3) số nhỏ (trong khoảng t 0,53 đến T (2) (3), thấy rõ khác biệt hiệu suất hai phương pháp số lượng nhân tăng lên: Việc tăng tốc thuật toán dựa phân cấp song song bị giới hạn ̂ ̂ , thuật toán đề xuất dựa phân tách vùng kiểm tra có khả mở rộng tốt Việc sử dụng khối bao k-DOP tối ưu cho việc biểu diễn phát va chạm mơ hình vật thể biến dạng, nghiên cứu sử dụng k-DOP làm khối bao cho mơ hình vải Các giá trị k đề xuất 6, 14, 18 26 [12,23] Với k=6 khối bao AABB theo cạnh song song với trục tọa độ Với k=14, giá trị tọa độ tối thiểu tối đa đỉnh tam giác dọc theo trục, xác định véctơ (1, 0, 0), (0, 1, 0) , (0, 0, 1), (1, 1, 1), (1, -1, 1), (1, 1, -1) (1, -1, -1) Khối bao sử dụng nửa không gian xác định cạnh AABB, với nửa đường chéo bổ sung góc AABB Với k=18, xuất phát t 6-DOP (AABB), tăng thêm 12 nửa đường chéo bổ sung để cắt 12 cạnh AABB; 12 nửa không gian xác định trục, véctơ phương (1, 1, 0), (1, 0, 1), (0, 1, 1), (1, -1, 0), (1, 0, -1) (0, 1, -1) Với k=26, khối bao xác định kết hợp nửa không gian xác định cho 14-DOP 18-DOP, sử dụng nửa không gian AABB, cộng với nửa đường chéo cắt góc, cộng với 12 nửa khơng gian cắt cạnh AABB Bảng thể thời gian chạy thuật toán đề xuất (ms) với ba liệu mơ hình vải thư viện GAMMA (được mơ tả mục IV) k=6, 14, 18 26 Nghiêm Văn Hưng, Đặng Văn Đức, Trịnh Hiền Anh, Hoàng Việt Long, Nguyễn Văn Căn 243 Bảng Bảng so sánh thời gian phát va chạm trung bình (ms) thuật toán đề xuất với k-DOP khác Bộ liệu Princess Flamenco Cloth-ball 6-DOP 15.9 64.7 87.4 14-DOP 10.3 52.1 54 18-DOP 9.9 48.6 55 26-DOP 11.3 69.7 57.4 Theo kết Bảng 1, thuật toán đề xuất chạy nhanh với k=18, khối bao 18-DOP sử dụng phần thử nghiệm IV THỬ NGHIỆM V KẾT QUẢ A Thử n hiệm Ba thuật toán thuật toán đề xuất (thực song song), thuật toán [24] (thực song song) thuật toán [25] (thực tuần tự) cài đặt ngôn ngữ C++ Visual Studio 2010 với OpenMP máy tính HP Workstation Z420 GTX750 CPU Intel Xeon Core E5-2665 (8 nhân) 3.1 GHz RAM 16 GB BVHs xây dựng theo phương pháp t xuống (Top-down) B Bộ ữ liệu Ba liệu thư viện mở GAMMA (Geometric Algorithms for Modeling, Motion, and Animation) website http://gamma.cs.unc.edu sử dụng để đánh giá hiệu suất thuật tốn, là: Princess (Hình 7a): Mơ gái mặc váy suông (long flowing skirt) thực động tác ngồi xuống đứng lên nhẹ nhàng Mơ hình váy gồm 40000 tam giác Flamenco (Hình 7b): Mơ gái mặc váy xịe có nhiều lớp diềm vải trang trí (skirt with ruffles) thực động tác múa theo vũ điệu Flamenco Bộ liệu có số lượng vải tự va chạm lớn Mơ hình váy gồm 49000 tam giác Cloth-ball (Hình 7c): Mô mảnh vải (gồm 92230 tam giác) phủ đỉnh cầu (gồm 760 tam giác) cầu cuộn tròn theo mảnh vải dẫn đến có nhiều phần vải tự va chạm Hình Minh họa liệu: (a) Bộ liệu Princess, (b) Bộ liệu Flamenco, (c) Bộ liệu Cloth-ball Các liệu có nhiều frames, thuật tốn thực phát va chạm tính tốn thời điểm tiếp xúc có va chạm xảy C Kết Khi nhân CPU sử dụng, tốc độ tăng tốc thuật toán đề xuất thử nghiệm với liệu Princess 6.4 lần, với liệu Flamenco 7.7 lần với liệu Cloth-ball 6.68 lần Hình Kết chạy thuật toán dựa phân tách vùng kiểm tra liệu cụ thể KỸ THUẬT PHÁT HIỆN NHANH VA CHẠM CỦA VẢI TRONG THỰC TẠI ẢO … 244 V PHÂN TÍCH V Đ NH GI A So sánh T kết phần C mục IV cho thấy thuật toán đề xuất tăng tốc 6,4 - 7,7 lần so với thuật toán [25], cịn thuật tốn dựa phân cấp song song [24] tăng tốc 3,9 - 5,8 lần so với thuật toán [25] Bảng cho thấy thời gian phát va chạm trung bình (ms) ba thuật tốn: Thuật tốn đề xuất (thực song song), thuật toán [24] (thực song song) thuật toán [25] (thực tuần tự) Bảng Bảng so sánh thời gian phát va chạm trung bình (ms) thuật tốn Bộ liệu Princess Flamenco Cloth-ball Thuật toán đề xuất 9.9 48.6 55 Thuật toán [24] 15.9 63.5 81.7 Thuật toán [25] 63.5 374.4 367.5 Hầu hết thuật toán trước [8, 12, 14, 17, 31] cơng bố để xử lý mơ hình vật thể rắn báo phát triển kỹ thuật phát tự va chạm mơ hình vải Kỹ thuật đề xuất đạt cải thiện hiệu suất đáng kể so với thuật toán trước thiết kế cho mô vải va chạm vải [26, 27] Kỹ thuật đề xuất có hai ưu điểm bật: Thứ thời gian chạy việc kiểm tra chồng lấp khối bao duyệt BVH giảm đáng kể mơ hình vải; thứ hai chiến lược phân tách nhiệm vụ chi tiết tốt để song song hóa, hữu ích cho việc thực thi song song xử lý đa nhân B Hạn chế Thứ nhất, tốc độ tăng kỹ thuật đề xuất tăng tuyến tính tăng số nhân CPU; số lượng nhân tăng lên chi phí thực song song tăng Thứ hai, chi phí sử dụng nhớ mức cao phải trì vùng kiểm tra BVTT; số lượng cặp va chạm tăng lên kích thước vùng kiểm tra tăng lên đáng kể VI KẾT LUẬN V ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU TIẾP THEO Trong báo này, chúng tơi trình bày thuật tốn phát va chạm song song cho mơ hình vải dựa kỹ thuật tái cấu trúc thích nghi, kết hợp với tập rút gọn để giảm số lượng phép kiểm tra sở Thay xây dựng cấu trúc nhị phân để biểu diễn BVTT phương pháp truyền thống, kỹ thuật đề xuất xây dựng cấu trúc tam phân cho phép sử dụng nhớ hiệu Trong thử nghiệm, kỹ thuật phân tách vùng kiểm tra cải thiện đáng kể hiệu thuật toán phát va chạm hệ thống CPU đa nhân Kỹ thuật đề xuất cho phép tăng nhanh tốc độ phát va chạm gấp 6,4; 6,68 7,7 lần với ba liệu mơ hình vải thư viện mở GAMMA so với kỹ thuật ICCD [25] Trong tương lai, dự kiến mở rộng cách tiếp cận với GPU VII LỜI CẢM ƠN Để hồn thành báo này, chúng tơi xin chân thành cảm ơn nhóm nghiên cứu GAMMA, Tang cộng [24, 25] chia sẻ mã nguồn mở liệu thử nghiệm T I LIỆU TH M KHẢO [1] U Assarsson, P Stenström, “A case study of load distribution in parallel view frustum culling and collision detection”, In Proceedings of the 7th International Euro-Par Conference Manchester on Parallel Processing, pp 663-673, 2001 [2] G Bergen, “Efficient collision detection of complex deformable models using AABB trees”, Journal of Graphics Tools, vol 2, no 4, pp 1-14, 1997 [3] G Bradshaw, C O’Sullivan, “Adaptive medial-axis approximation for sphere-tree construction”, ACM Transaction on Graphics, vol 23, no 1, pp 1-26, 2004 [4] W Chao, et al., “Research on Bounding Volume Boxes Collision Detection Algorithm in Virtual Reality Technology”, In Proceedings of the International Conference of Sensor Network and Computer Engineering (ICSNCE 2018), pp 84-88, 2018 [5] G Chaoyang, “An Improved Algorithm of the Collision Detection Based on OBB”, In Proceedings of the International Conference of Sensor Network and Computer Engineering (ICSNCE 2018), pp 44-47, 2018 [6] Y K Chen, et al., “High-performance physical simulations on next-generation architecture with many cores”, Intel Technology Journal, vol 11, no 3, pp 251-261, 2007 [7] F M Chitalu, et al., “Bulk-synchronous Parallel Simultaneous BVH Traversal for Collision Detection on GPUs”, In Proceedings of the ACM SIGGRAPH Symposium on Interactive 3D Graphics and Games, pp 4-9, 2018 Nghiêm Văn Hưng, Đặng Văn Đức, Trịnh Hiền Anh, Hoàng Việt Long, Nguyễn Văn Căn 245 [8] S A Ehmann, M C Lin, “Accurate and fast proximity queries between polyhedra using convex surface decomposition”, Journal of Computer Graphics Forum, vol 20, pp 500-510, 2001 [9] S Gottschalk, et al., “Obbtree: A hierarchical structure for rapid interference detection”, In Proceedings of the 23rd Annual Conference on Computer Graphics and Interactive Techniques, ACM, New York, USA, pp 171-180, 1996 [10] I Grinberg, Y Wiseman, “Scalable parallel collision detection simulation”, In Proceedings of the Signal and Image Processing, pp 380-385, 2007 [11] D Kim, et al., “PCCD: Parallel Continuous Collision Detection”, In Proceedings of the SIGGRAPH '09, pp 50, 2009 [12] J Klosowski, et al., “Efficient collision detection using bounding volume hierarchies of K-DOPs”, IEEE Transaction on Visualization and Computer Graphics, vol 4, no 1, pp 21-37, 1998 [13] V Kumar, A Y Grama, “Scalable load balancing techniques for parallel computers”, Journal of Parallel and Distributed Computing, vol 22, pp 60-79, 1994 [14] E Larsen, et al., “Fast Distance Queries with Rectangular Swept Sphere Volumes”, In Proceedings of the ICRA IEEE International Conference on Robotics and Automation, pp 3719-3726, 2000 [15] T Larsson, T Akenine-Möller, “A dynamic bounding volume hierarchy for generalized collision detection”, Journal of Computers and Graphics, vol 30, no 3, pp 451-460, 2006 [16] D Meister, J Bittner, “Parallel Locally-Ordered Clustering for Bounding Volume Hierarchy Construction”, IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, vol 24, no 3, pp 1345-1353, 2018 [17] M A Otaduy, M C Lin, “CLODs: Dual hierarchies for multiresolution collision detection”, In Proceeding of the Eurographics Symposium on Geometry, pp 94-101, 2003 [18] X Provot, “Collision and self-collision handling in cloth model dedicated to design garment”, In Proceedings of the Graphics Interface, pp 177-189, 1997 [19] V N Rao, V Kumar, “Parallel depth-first search Part I Implementation”, International Journal of Parallel Programming, vol 16, no 6, pp 479-499, 1987 [20] S Redon, et al., “Fast continuous collision detection between rigid bodies”, Journal of Computer Graphics Forum, vol 21, no 3, pp 279-288, 2002 [21] A Reinefeld, V Schnecke, “Work-load balancing in highly parallel depth-first search”, In Proceedings of the Scalable High Performance Computing Conference, pp 773-780, 1994 [22] A Sud, et al., “Fast proximity computation among deformable models using discrete voronoi diagrams”, In Proceedings of ACM SIGGRAPH, pp 1144-1153, 2006 [23] M Tang, et al., “PSCC: Parallel Self-Collision Culling with Spatial Hashing on GPUs”, In Proceedings of the ACM on Computer Graphics and Interactive Techniques, pp.18-29, 2018 [24] M Tang, et al., “MCCD: Multi-core collision detection between deformable models using front-based decomposition”, Graphical Models, vol 72, no 2, pp, 7-23, 2010 [25] M Tang, et al., “ICCD: Interactive continuous collision detection between deformable models using connectivitybased culling”, IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics, vol 15, no 4, pp 544-557, 2009 [26] B Thomaszewski, et al., “Parallel techniques for physically based simulation on multi-core processor architectures”, Journal of Computers and Graphics, vol 32, no 1, pp 25-40, 2008 [27] B Thomaszewski, W Blochinger, “Physically based simulation of cloth on distributed memory architectures”, Journal of Parallel Computing, vol 33, no 6, pp 377-390, 2007 [28] I Wald, et al., “State of the art in ray tracing animated scenes”, In Proceedings of the Eurographics Association, pp 89-116, 2007 [29] X Wang, et al., “Efficient BVH-based Collision Detection Scheme with Ordering and Restructuring”, Journal of Computer Graphics Forum, vol 37, no 2, pp 227-237, 2018 [30] T Wang, et al., “Accurate self-collision detection using enhanced dual-cone method”, Computers & Graphics, vol 73, pp 70-79, 2018 [31] R Weller, G Zachmann, “Kinetic separation lists for continuous collision detection of deformable objects”, In Proceedings of the Third Workshop in Virtual Reality Interactions and Physical Simulation (Vriphys), Madrid, Spain, pp 33-42, 2006 [32] S E Yoon, D Manocha, “Cache-efficient layouts of bounding volume hierarchies”, Journal of Computer Graphics Forum, vol 25, no 3, pp 507-516, 2006 [33] G Zachmann, R Weller, “Kinetic bounding volume hierarchies for deforming objects”, In Proceedings of the ACM Conference on Virtual Reality Continuum and its Applications, pp 189-196, 2006 246 KỸ THUẬT PHÁT HIỆN NHANH VA CHẠM CỦA VẢI TRONG THỰC TẠI ẢO … [34] X Zhang, et al., “Continuous collision detection for articulated models using taylor models and temporal culling”, ACM Transactions on Graphics, vol 26, no 3, pp 10-15, 2007 A FAST COLLISION DETECTION TECHNIQUE FOR VIRTUAL CLOTH USING PARALLEL COMPUTING METHOD Nghiem Van Hung, Dang Van Duc, Trinh Hien Anh, Hoang Viet Long, Nguyen Van Can ABSTRACT: Detecting the collision of cloth in a 3D environment is currently one of the most computationally demanding tasks in virtual reality systems The natural interaction of cloth with objects and themselves often fold, roll, … make detecting the collision and self-collision of cloth computations more challenging By using tree structures to accelerate collision queries, we present an parallel algorithm for fast collision detection between cloth models using multi-core processors In this paper, our approach distributes the computation among multiple cores by using front-based decomposition and efficient techniques to reduce the number of computations Test results showed efficacy with 03 cloth models benchmarks in GAMMA on PC using Intel Xeon Core E5-2665 CPU (8 cores) with C++ language in Visual Studio 2010 (OpenMP) and observe up to 6.4, 6.68 and 7.7 speedups respectively Keywords: Collision detection, self-collision, cloth model, parallel computing  ... HIỆN NHANH VA CHẠM CỦA VẢI TRONG THỰC TẠI ẢO … 242 B Phát va chạm song song a t n phân tách v n ki m t a BVTT Song song hóa BVTT cho mơ hình vải Ý tưởng song song hóa kỹ thuật phát va chạm chủ... pháp đề xuất áp dụng kỹ thuật tái cấu trúc có chọn lọc [15], nhiên chi phí để tái cấu trúc lớn Hình Một số dạng khối bao sử dụng kỹ thuật phát va chạm Kỹ thuật phát va chạm liên tục phát va chạm. .. Các kỹ thuật đa luồng sử dụng [26] để tăng tốc xử lý va chạm cho mô chất liệu vải Một kỹ thuật phân tách tác vụ sử dụng [11] để tính tốn kiến trúc CPU đa nhân Kỹ thuật sử dụng báo phát va chạm