Mô phỏng tính trong suốt của lửa theo nhiệt độ trong thực tại ảo

Số hóa bởi trung tâm học liệu













: 60-48-01







:



- 2013
i
Số hóa bởi trung tâm học liệu

.

.

.
.
y 15 9 năm 2013













ii
Số hóa bởi trung tâm học liệu

.
-
.
VRLAB -
10B -
-
.

15 9 năm 2013
Tác giả luận văn




iii
Số hóa bởi trung tâm học liệu

i
ii
ii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ v
DANH MỤC CÔNG THỨC vii
1
3
3
3
3
1.1.3. Một số loại hệ thống thực tại ảo [6] 5
6
7
1.2. Các yếu tố trong mô phỏng lửa 8
8
9
1.2.3. Mô phỏng lửa 12
1.2.4. Ý nghĩa của việc mô phỏng lửa 14
16
16

2.1.1. Particle System là gì ? 16
2.1.2. Đặc tính của Particle System 16
2.1.3. Ưu điểm của phương pháp Particle System 17
2.1.4. Mô hình mô phỏng bằng Particle System 18
[10] 27
iv
Số hóa bởi trung tâm học liệu
2.2.1. Mô phỏng lửa dựa trên phương pháp Particle 27
2.2.2. Chuyển động của hạt lửa 32
2.2.3. Khởi tạo hình dạng và màu sắc cho hạt lửa 36
2.2.4. Các phương thức của Particle System mô phỏng lửa 38
43
43
3.2. Phân tích các yêu cầu đối với chương trình cài đặt thử nghiệm kỹ
thuật sinh ảnh trong không gian 3D theo phương pháp Particle 43
3.3. Chương trình mô phỏng ngọn lửa theo kỹ thuật Particle 44
KẾT LUẬN 48
1. Tầm quan trọng của mô phỏng lửa 48
48
3. Hướng phát triển 49
50
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 51

v
Số hóa bởi trung tâm học liệu
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Hệ thống huấn luyện quân sự 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 ở Tây Nguyên năm 2010 14
Hình 1.5. Cháy cây xăng Trần Hưng Đạo - Hà Nội năm 2013 15
Hình 2.1. Particle System phát ra các hạt dựa trên vùng diện tích và các
thuộc tính như vị trí, góc phóng, và vận tốc khác nhau một cách
ngẫu nhiên 20
Hình 2.2. Particle System với hình dạng cầu 22
Hình 2.3. Sự thay đổi về mầu sắc của lửa 23
Hình 2.4. Kỹ thuật Anti-Aliased (áp dụng trong hình bên phải) 25
Hình 2.5. Sự chết đi của hạt 26
Hình 2.6. Sơ đồ vòng đời của hạt trong Particle System 27
Hình 2.7. Các hạt được phát cùng số lượng và tốc độ 29
Hình 2.8. Các hạt được phát với số lượng và tốc độ một cách ngẫu nhiên 30
Hình 2.9. Các hạt được phát theo hướng thẳng đứng 30
Hình 2.10. Cấu trúc phân cấp của thành phần quản lý bộ phát 31
Hình 2.11. Ngọn lửa được mô phỏng mà không có sự kìm chế của các tác
động thực tế 33
Hình 2.12. Hình ảnh mô phỏng lửa bằng các hàm lượng giác 34
Hình 2.13. Mô phỏng các hạt di chuyển sau mỗi lần lặp đến các điểm áp
suất thấp gần nhất 35
Hình 2.14. Mô phỏng ngọn lửa theo phương pháp các hạt di chuyển về

vùng áp thấp 35
Hình 2.15. Cộng ảnh Alpha Channel vào ảnh để tạo mặt nạ 36
Hình 2.16. Tạo Particle System mô phỏng ngọn lửa từ các hạt được cộng
thêm Alpha Channel 38
vi
Số hóa bởi trung tâm học liệu
Hình 2.17. Hình ảnh ngọn nến đang cháy 40
Hình 2.18. Sự thay đổi hướng của vecto vận tốc 41
Hình 3.1. Ngọn lửa cháy ở nhiệt độ 100C 44
Hình 3.2. Ngọn lửa cháy ở nhiệt độ 500C 45
Hình 3.3. Ngọn lửa cháy ở nhiệt độ 1000C 45
Hình 3.4. Ngọn lửa cháy ở nhiệt độ 3000C 46
Hình 3.5. Ngọn lửa cháy ở nhiệt độ 5000C 46
Hình 3.6. Ngọn lửa cháy ở nhiệt độ 10000C 47
Hình 3.7. Ngọn lửa cháy ở nhiệt độ 30000C 47



vii
Số hóa bởi trung tâm học liệu
DANH MỤC CÔNG THỨC
Công 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

1
Số hóa bởi trung tâm học liệu

.
.
g


2
Số hóa bởi trung tâm học liệu
.

,
.
3 chương.
các yếu tố trong

T
.
Chương
G .
3
Số hóa bởi trung tâm học liệu
Chương 1: TRONG

- -
khoảng đầu thập kỷ 90, nhưng ở Mỹ và châu Âu VR ) đã và đang
trở thành một công nghệ mũi nhọn nhờ khả năng ứng dụng rộng rãi trong mọi
lĩnh vực (nghiên cứu và công nghiệp, giáo dục và đào tạo cũng như thương
mại, giải trí, ) tiềm năng kinh tế, cũng như tính lưỡng dụng (trong dân dụng,
quân sự) của nó. Thuật ngữ "Virtual Reality" - thực tại ảo - được đưa ra bởi
Jaron Lanier (người sáng lập công ty VPL Research, tại Redwood -
California, một trong những công ty đầu tiên cung cấp các sản phẩm cho môi
trường ảo, virtual environment). 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 VR tương đối chính xác như sau “VR- Thực Tế Ảo là
một hệ thống giao diện cấp cao giữa Người sử dụng và Máy tính. Hệ thống
này mô 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. Đó là ngũ giác gồm: thị giác,
thính giác, xúc giác, khứu giác, vị giác”[6].

(Interactive): (VR) là một hệ thống mô 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 không tĩnh tại, mà lại phản ứng, thay đổi theo ý
muốn (tín hiệu vào) của người sử dụng (nhờ hành động, lời nói, ). Người sử
dụng tư
,
4
Số hóa bởi trung tâm học liệu
đó là tương tác thời gian thực (real-time 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 mô
phỏng này. Điều này chúng ta có thể nhận thấy ngay khi quan sát trẻ nhỏ chơi

video game.
(Immersion):
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 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 không
những nhìn thấy đối tượng đồ họa 3D nổi, điều khiển (xoay, di chuyển, )
được đối tượng trên màn hình (như trong game), mà còn sờ và cảm thấy
chúng như có thật. Ngoài khả năng nhìn (thị giác), nghe (thính giác), sờ (xúc
giác), nhiều nghiên cứu hiện nay đã nghiên cứu để tạo các cảm giác khác như
ngửi (khứu giác), nếm (vị giác). Tuy nhiên hiện nay trong các cảm
giác này cũng ít được sử dụng đến.
(Imagination):
Tương tác và Đắm chìm mà n có 1 đặc
tín không chỉ là một hệ thống tương
tác Người- Máy tính, mà các ứng dụng của nó còn liên quan tới việc giải
quyết các vấn đề thật trong kỹ thuật, y học, quân sự, Các ứng dụng này do
các nhà phát triể thiết kế, điều này phụ thuộc rất nhiều vào khả
năng “tưởng tượng” của con người. Do đó có thể coi là tổng hợp
của 3 yếu tố: Tương tác- Đắm chìm- Tưởng tượng, (3 “I” trong tiếng
Anh: Interactive- Immersion- Imagination).
5
Số hóa bởi trung tâm học liệu
1.1.3. Một số loại hệ thống thực tại ảo [6]
Hệ thống Window on a World còn gọi là Desktop VR, là các chương
trình thực tại ảo chạy trên các máy tính cá nhân. Các hệ thống này ra đời từ
rất sớm, tuy nhiên chúng chỉ là các ứng dụng đồ hoạ máy tính nhỏ luôn gặp
phải khó khăn là làm thế nào để hình ảnh, âm thanh và các đối tượng hoạt
động như trong thực tế.
Hệ thống kết hợp các hình ảnh video với các hình ảnh đồ hoạ 2D làm

cho chúng ta có cảm giác người được quay video đang tương tác với các đối
tượng. Phương pháp này được áp dụng từ cuối những năm 1960 và được mô
tả chi tiết trong 2 cuốn sách "Artificial Reality" và "Artificial Reality II" của
Myron Kruger. Nó đã được áp dụng vào hệ thống thương mại Mandala của
kênh truyền hình cáp Nickelodeon cho chương trình giải trí mà trong đó
những người dự thi xuất hiện với những hình ảnh rất lớn và ngộ nghĩnh.
Hệ thống immersive là các hệ thống mà người sử dụng dùng thiết bị
đặc biệt như màn hình gắn trên đầu (head-mounted display HMD), kính đặc
biệt, các bộ cảm ứng và đắm chìm vào bên trong thế giới ảo do các thiết bị
này tạo ra. Hệ thống quan sát từ xa (telepresence systems) kết nối các bộ cảm
biến từ xa đặt trong thế gíới thực với các giác quan của người vận hành.
Ví dụ, chúng ta gắn các bộ cảm biến vào các cơ quan trên cơ thể và đeo
một chiếc kính thực tại ảo. Chiếc kính này nhận các tín hiệu quan sát được từ
vị trí của một robot ở một khoảng cách xa và chúng ta sẽ thấy những gì mà
robot thấy để rồi chúng ta có các phản ứng như chính ta đang nhìn thấy các
hình ảnh đó. Các phản ứng này, theo các bộ cảm biến được nối với máy tính
sẽ chuyển đến các bộ phận tương ứng của robot, kết quả là robot sẽ bắt chước
các hoạt động của chúng ta. Điều này thực sự ý nghĩa nếu robot được đặt trên
một hành tinh xa xôi hay trong lòng núi lửa. Hệ thống hỗn hợp (mixed
realityseamless simulation systems), là sự kết hợp các hệ thống hiện thực ảo
đã trình bày ở trên.
6
Số hóa bởi trung tâm học liệu

Hệ thống thực tại ảo bao gồm 3 thành phần chính sau: HW (phần
cứng), bộ giả lập thực tại (reality simulator), ứng dụng (application).
 HW (phần cứng)
Phần cứng của một VR bao gồm:
Các thiết bị đầu vào (Input devices): Chúng bao gồm những thiết bị
đầu ra có khả năng kích thích các giác quan để tạo nên cảm giác về sự hiện

hữu trong thế giới ảo. Chẳng hạn như màn hình đội đầu HMD, chuột, các tai
nghe âm thanh nổi - và những thiết bị đầu vào có khả năng ghi nhận nơi người
sử dụng đang nhìn vào hoặc hướng đang chỉ tới, như thiết bị theo dõi gắn trên
đầu (head-trackers), găng tay hữu tuyến (wire-gloves).
Các thiết bị đầu ra (Output devices): gồm hiển thị đồ họa (như màn
hình, HDM, ) để nhìn được đối tượng 3D. Thiết bị âm thanh (loa) để nghe
được âm thanh vòm (như Hi-Fi, Surround, ). Bộ phản hồi cảm giác (Haptic
feedback như găng tay, ) để tạo xúc giác khi sờ, nắm đối tượng. Bộ phản hồi
xung lực (Force Feedback) để tạo lực tác động như khi đạp xe, đi đường xóc,

Bộ giả lập thực tại (reality simulator)
Là trái tim của hệ thống thực tại ảo, bao gồm hệ thống máy tính và
phần cứng ngoại vi, thiết bị đồ hoạ và multimedia; cung cấp cho bộ tác động
những thông tin giác quan cần thiết. Trong hệ thống mô phỏng cabin lái, thì
mô hình cabin là thành phần này.

Ứng dụng (application)
7
Số hóa bởi trung tâm học liệu
. Ví dụ như các ngôn ngữ (có
thể tìm miễn phí) Open GL, Open Scene Graph, Open SG, C++, Java 3 D,
VRML, X3D, hay các phần mềm thương mại như World Tool Kit, People
Shop,Ve Ga
, động lực học, và mô phỏng
ứng xử của đối tượng.

Tại các nước phát triển, chúng ta có thể nhận thấy được ứng
dụng trong mọi lĩnh vực: Khoa học kỹ thuật, kiến trúc, quân sự, giải trí, và
đáp ứng mọi nhu cầu: Nghiên cứu- Giáo dục- Thương mại.
Y học là lĩnh . Bên cạnh đó

cũng được ứng dụng trong giáo dục, nghệ thuật, giải
cũng được ứng dụng rất nhiều ở các nước phát triển.
Bên cạnh các ứng dụng truyền thống ở trên, cũng có một số ứng dụng
mới nổi lên trong thời gian gần đây của như: ứng dụng
trong sản xuất, ứng dụng trong ngành robot, ứng dụng
trong hiển thị thông tin (thăm dò dầu mỏ, hiển thị thông tin khối, )
có tiềm năng ứng dụng vô cùng lớn. Có thể nói tóm lại một
điều: Mọi lĩnh vực "có thật " trong cuộc s
ảo" để nghiên cứu và phát triển hoàn thiện hơn.
8
Số hóa bởi trung tâm học liệu
1.2. Các yếu tố trong mô phỏng lửa
1.2.1. C

.
 :

 : d
.
- :
.
.
- :
.
9
Số hóa bởi trung tâm học liệu
:
:
.
:

.
: 3DSMax, Maya,
g
.
- :
),
10
Số hóa bởi trung tâm học liệu

Hình 1.1. Hệ thống huấn luyện quân sự ảo
- :
,

Hình 1.2. Hệ thống tập lái xe ảo
11
Số hóa bởi trung tâm học liệu
- Y học: Đây là lĩnh vực nhiều triển vọng của công nghệ mô phỏng, đặc
biệt là thực tại ảo. Hiện nay trên thế giới thì sự ứng dụng thực tại ảo vào y học
là rất phong phú, ta có thể kể đến một số ứng dụng sau: Trong phẫu thuật bác
sĩ đã có thể tiến hành các cuộc phẫu thuật trong môi trường ảo mà không cần
bệnh nhân mà vẫn như đang phẫu thuật trên bệnh nhân thật, họ cũng có thể
tiến hành các cuộc phẫu thuật từ xa thông qua các thiết bị của thực tại ảo.

Hình 1.3. Hệ thống phẫu thuật ảo
- Thiết kế: Với sự trợ giúp của công nghệ mô phỏng, trong thiết kế hiện
nay không chỉ đơn thuần là những thiết kế nữa mà nó tiến gần tới sản phẩm
thực. Không những con người có thể xem được hình ảnh trực quan của thiết
bị cần thiết mà thậm chí còn có khả năng đi vào, thậm chí là sử dụng các thiết
bị đó. Ví dụ với một cái ô tô người sử dụng không những được xem mọi ngóc
ngách của nó mà còn có thể lái thử xe trong môi trường ảo. Với một bản thiết

kế xây dựng không những khách hàng có thể nhìn thấy các hình ảnh của nó
mà còn có thể đi lại xem chi tiết từng phòng, từng khu vực của kiến trúc đó
với mọi góc nhìn có thể.
12
Số hóa bởi trung tâm học liệu
- Giải trí: Hiện nay ngành giải trí là ngành đạt được nhiều thành tựu và
thu được nhiều lợi nhuận nhất của công nghệ mô phỏng. Trong giải trí có thể
kể đến hai lĩnh vực chính đó là điện ảnh và game. Trong điện ảnh ngày nay
thì con người có thể dựng được những thước phim tưởng chừng như không
thể dựng được với các kỹ xảo điện ảnh thông thường, ví dụ trong một số cảnh
của phim Tân Tây Du Ký, Vua Bọ Cạp, … Cùng với nó các phim thực tại ảo
ba chiều cũng được sản xuất và trình chiếu tại các rạp chiếu phim 3D, 4D.
Khi xem các phim này bạn có cảm giác như đang được sống trong chính bộ
phim, như thể mình là một nhân vật của bộ phim chứ không phải là khán giả
đang xem. Bên cạnh đó Game 3D hiện nay cũng trở thành một ngành công
nghiệp thu được nhiều lợi nhuận. Ở nước ta hiện nay thì game thực tại ảo
chưa được biết đến nhiều, song ở các nước tiên tiến thì đây là một ngành giải
trí mang lại lợi nhuận khổng lồ, ví dụ như ở Anh, Mỹ, Nhật …Các trò chơi
với sự hỗ trợ của thực tại ảo sẽ mang đến một cảm giác thực sự như ta đang
đảm nhiệm một nhiệm vụ trong trò chơi.
Tóm lại, với các ứng dụng đa dạng và nhu cầu thực tế thì công nghệ mô
phỏng đang ngày càng phát triển mạnh mẽ hơn, thu hút sự quan tâm của mọi
người nhất là những người quan tâm đến sự phát triển của công nghệ nói
chung và công nghệ thông tin nói riêng. Ở nước ta hiện nay, lĩnh vực này mới
thực sự bắt đầu phát triển vì vậy nghiên cứu vấn đề này sẽ đem lại nhiều kết
quả hứa hẹn trong tương lai.
1.2.3. Mô phỏng lửa
Theo tính chất vật lý, hóa học và khí động học thì lửa có thể được xem
từ nhiều khí cạnh: Nó là một nguồn bức xạ; một hỗn hợp khí hoạt động theo
các qui luật của cơ chế khí động học, hay một vật chất trong suốt điều biến

ánh sáng. Tuy nhiên, khi mô phỏng về lửa ta chỉ tập trung vào hình ảnh của
ngọn lửa, bởi mục đích chính là xây dựng một mô hình trực quan của lửa. Các
13
Số hóa bởi trung tâm học liệu
thuộc tính vật lý có thể được xác định bằng phương thức quang học dựa trên
mô hình đó. Phần lớn các mô hình đặc tả ngọn lửa như một vật chất phát ra
ánh sáng và có tính trong suốt cao (mặc định nó là môi trường không tán xạ).
Khi không có khói hay độ ẩm thì giả thiết này là có thể chấp nhận được.
Thể hiện ngọn lửa trong mô phỏng cần tạo ra một cảm giác trực quan
đúng đắn về tính động của nó. Hiện tại có rất nhiều mô hình được sử dụng để
mô phỏng lửa. Trong các mô hình cháy các tia lửa được mô phỏng khá thuyết
phục bằng cách sử dụng mô hình đơn giản của cơ chế đốt cháy hỗn hợp khí -
nhiên liệu cũng như bằng các mô hình thủ tục phức tạp hơn. Những mô hình
nắm bắt các chuyển động của ngọn lửa như các thuộc tính khuyếch tán, sự đối
lưu, sự nổ hay nhiễu loạn…
Tiến trình thể hiện hình ảnh ngọn lửa là vấn đề then chốt của mô phỏng
lửa, trong một thể thiện ba chiều của ngọn lửa các hình ảnh có thể được tạo
rất nhanh bằng các kỹ thuật tận dụng sức mạnh phần cứng để cho ta cảm giác
thực sự về một ngọn lửa.
Để có kết quả tốt hơn, người ta có thể sử dụng các kỹ thuật như ánh xạ
photon coi ngọn lửa như một nguồn sáng hạt thật sự. Các hiệu ứng tâm lý như
sự điều chỉnh mắt người khi thay đổi độ sáng của ngọn lửa cũng được sử
dụng. Để thể hiện ngọn lửa ta có thể sử dụng kỹ thuật đơn giản như phép
chiếu thẳng và phép theo vết tia sáng. Chúng ta cũng có thể sử dụng các mô
hình thể hiện ngọn lửa dựa trên các hình ảnh có sẵn để tận dụng các thông tin
ở các hình ảnh sử dụng. Phương hướng trong tương lai là ứng dụng các phân
tích chuẩn về các tính chất của lửa như tính trong suốt để đề ra các phương
thức mới, mở rộng các phương thức mô phỏng để có thể thể hiện được các
thuộc tính vật lý khác của ngọn lửa và thiết kế phương thức để đánh giá một
cách khách quan và đáng tin cậy các thuộc tính này [11].

14
Số hóa bởi trung tâm học liệu
1.2.4. Ý nghĩa của việc mô phỏng lửa
Có thể nói lửa có vai trò to lớn trong cuộc sống của loài người, ngoài
việc duy trì sự sống, lửa còn có nhiều ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực
sản xuất, nghiên cứu, vui chơi giải trí… Để đảm bảo cho việc tính toán, thiết
kế các ứng dụng của lửa được chính xác và sử dụng có hiệu quả những ứng
dụng của lửa vào cuộc sống, nhất là trong điều kiện công nghệ thông tin phát
triển đòi hỏi phải có sự mô phỏng những ứng dụng của lửa trước khi đưa ứng
dụng vào thực tế. Người ta có thể kiểm duyệt các thiết kế, các dự án liên quan
đến lửa trước khi đi vào thực tế để giảm thiểu các rủi ro có thể xảy ra, bởi
chúng ta đều biết sức tàn phá của lửa là vô cùng to lớn. Đó chính là nhiệm vụ
của công nghệ mô phỏng. Khi đã nghiên cứu được phương pháp mô phỏng
lửa và đầy đủ các hiệu ứng của lửa, chúng ta sẽ dễ dàng thấy được trên máy
tính quá trình chuyển động của lửa, quá trình bốc cháy của lửa với các đối
tượng khác nhau trong công trình nghiên cứu. Kết quả của các quá trình sẽ là
cơ sở để đánh giá công trình nghiên cứu có đạt tiêu chuẩn hay không.
Dưới đây là một số hình ảnh minh chứng cho sức tàn phá khủng khiếp
của lửa đã gây ra.

Hình 1.4. Cháy rừng ở Tây Nguyên năm 2010
15
Số hóa bởi trung tâm học liệu

Hình 1.5. Cháy cây xăng Trần Hưng Đạo - Hà Nội năm 2013
Ngoài ra, còn một lý do để xếp mô phỏng lửa vào một trong những vị
trí quan trọng nhất trong lĩnh vực mô phỏng chính là việc ứng dụng nó trong
giáo dục, đào tạo đặc biệt là trong các trường, các ngành đặc thù như phòng
cháy chữa cháy, kỹ xảo điện ảnh, cảnh báo thiên tai hỏa hoạn…
Các mô hình mô phỏng về lửa, các tương tác của lửa đối với các đối

tượng khác hay các đối tượng lửa với nhau sẽ cho người học một cái nhìn trực
quan hơn, tiếp thu và nắm bài dễ hơn.
Tóm lại, việc xây dựng các mô hình mô phỏng lửa và các hiệu ứng của
nó đang là nhu cầu cấp thiết đối với các ngành liên quan đến lửa, mà mô
phỏng cần được thực hiện. Tuy nhiên, đây vẫn là một thách thức không hề
nhỏ của công nghệ mô phỏng.
16
Số hóa bởi trung tâm học liệu
Chương 2:

Với kỹ thuật tổng hợp hình ảnh như hiện tại sẽ rất khó khăn để mô hình
hóa các hiện tượng mà bề mặt không được xác định rõ ràng, cũng như không
có qui luật như mây, khói, nước, lửa….Đặc biệt, các hiện tượng này luôn
chuyển động và biến đổi. Do đó, những đối tượng không định hình như thế
này sẽ không thể dùng các kỹ thuật biến đổi thông thường dành cho các vật
thể cứng trong đồ họa máy tính như hiện tại, mà Particle chính là một phương
pháp đặc biệt dùng để mô phỏng cho các đối tượng kiểu này.
2.1.1. Particle System là gì ?
Particle System là một kỹ thuật đồ họa máy tính dùng để mô phỏng một
số hiện tượng mờ, những cái mà rất khó có thể tái tạo lại bằng các kỹ thuật
dựng hình thông thường.
Ví dụ: Các vụ cháy, nổ, khói, nước chảy, tia lửa, những chiếc lá rơi, mây,
sương mù, tuyết, bụi, đuôi sao băng hoặc các hiệu ứng hình ảnh trừu tượng
như những đường ánh sáng …
Theo William T. Reeves, Particle System được định nghĩa như sau:
Particle System là một tập hợp các thành phần hay các hạt riêng biệt.
Particle System điều khiển tập particle đó, cho phép chúng hoạt động một
cách tự động nhưng với một số thuộc tính chung nhất định [7].
2.1.2. Đặc tính của Particle System
So với các kỹ thuật dựng hình thông thường thì Particle System có ba

đặc tính riêng khác biệt hẳn. Đó là:
1. Đối tượng được biểu diễn không phải là một tập các thành phần bề mặt
cơ bản như các đa giác hay các miếng nhỏ bề mặt để tạo ra bề mặt biên,
mà được cấu thành từ tập các hạt để tạo ra hình khối.
17
Số hóa bởi trung tâm học liệu
2. Particle System không phải là thực thể tĩnh mà nó chuyển động và thay
đổi hình dạng liên tục theo thời gian. Các hạt sẽ liên tục “chết đi” và
các hạt mới sẽ được “sinh ra”.
3. Trong Particle System thì các đối tượng là không xác định, hình dạng
và hình thức của nó hoàn toàn không quy định. Thay vào đó, nó sẽ
được xác định bằng các tiến trình ngẫu nhiên.
2.1.3. Ưu điểm của phương pháp Particle System
Trong mô hình hóa các đối tượng không định hình, phương pháp
Particle System có một số các ưu điểm so với các kỹ thuật hướng bề mặt cổ
điển như sau:
1. Particle là một thành phần nguyên tố đơn giản hơn cả đa giác - thành
phần đơn giản nhất của kỹ thuật mô hình dựa trên bề mặt. Do đó, trong
cùng một khoảng thời gian xử lý trên máy tính, ta có thể tạo ra nhiều
quá trình xử lý hơn, xây dựng được hình ảnh phức tạp hơn. Cũng do
đơn giản nên việc tạo hiệu ứng nhòe khi chuyển động cho particle sẽ dễ
dàng hơn. Việc tạo hiệu ứng nhòe cho đối tượng khi di chuyển nhanh
phần lớn đã bị bỏ qua trong kỹ thuật tổng hợp hình ảnh.
2. Định nghĩa mô hình được xác định theo thủ tục, và được điều khiển
bằng các số ngẫu nhiên. Do đó, việc nhận một mô hình với độ chi tiết
cao không yêu cầu thời gian thiết kế lớn như trong các hệ thống mô
hình hướng bề mặt. Vì là thủ tục nên Particle System có thể tự điều
chỉnh mức độ chi tiết của nó để phù hợp với tập tham số đã được xác
định cho việc quan sát. Cũng như với các bề mặt Fractal, càng phóng
đại một Particle System càng cho ta những hình ảnh chi tiết hơn,

3. Một đối tượng được mô phỏng bằng Particle System là một đối tượng
“sống”, có nghĩa là chúng thay đổi theo thời gian.
Rất khó để có thể mô hình sự chuyển động phức tạp này bằng các kỹ thuật
mô hình dựa vào bề mặt đối tượng.