Mô phỏng nước trong công nghệ thực tại ảo

IăH CăQU CăGIAăHÀăN I
I H C CỌNG NGH

TH THANH TOÀN

MỌ PH NG N
C TRONG CỌNG NGH
TH C T I O

LU N V N TH C S CỌNG NGH THỌNG TIN

HÀăN Iăậ 2009


IăH CăQU CăGIAăHÀăN I
I H C CỌNG NGH

TH THANH TOÀN

MỌ PH NG N
C TRONG CỌNG NGH
TH C T I O
Chuyên ngành : Côngăngh ăph năm m
Mƣ s : 60.48.01

LU N V N TH C S CỌNG NGH THÔNG TIN
Ng

ih

ng d n khoa h c: PGS.TS.ă

HÀăN Iăậ 2009

ăN NGăTOÀN


L I CAM OAN
TôiăxinăcamăđoanătoƠnăb ăn iădungăb nălu năv nănƠyălƠădoătôiăt ăs uăt m,ătraăc uăvƠă
s păx păchoăphùăh păv iăn iădungăyêuăc uăc aăđ ătƠi.ă
N iădungălu năv nănƠyăch aăt ngăđ
nƠoă vƠă c ngă khôngă đ

căcôngăb ăhayăxu tăb năd

iăb tăk ăhìnhăth că

că saoă chépă t ă b tă k ă m tă côngă trìnhă nghiênă

c uănƠo.
T tăc ăph nămƣăngu năc aăch

ngătrìnhăđ uădoătôiăt ăthi tăk ăvƠăxơyăd ng,ătrongăđóă

cóăs ăd ngăm tăs ăth ăvi năchu năvƠăcácăthu tătoánăđ

căcácătácăgi ăxu tăb năcôngăkhaiă

và mi năphíătrênăm ngăInternet.ăN uăsaiătôiăxinătôiăxinăhoƠnătoƠnăch uătráchănhi m.
H i Phòng, ngày 24 tháng 04 n m 2009
Ng

iăcamăđoan

ăTh ăThanhăToƠn


L IC M

N

Lu năv năđ căhoƠnăthƠnhăd iăs ăh ngăd năc aăPGS.ăTSă ăN ngăToƠnă -Vi nă
Côngăngh ăThôngătinăthu căVi năKhoaăh căvƠăCôngăngh ăVi tăNam.
Tôi xinăbƠyăt ălòngăbi tă năsơuăs căđ năth y,ăv ăs ăh
nhơnăh uătrongăquáătrìnhăh căt p,ănghiênăc u.

ngăd năt nătìnhăvƠăđ yălòngă

Tôi xinăbƠyăt ălòngăbi tă năđ năBanălƣnhăđ oăTr ngă iăh căH iăPhòngăđƣăt nătìnhă
đ ngăviênăt oăđi uăki năgiúpăđ ătácăgi ătrongăth iăgianăh căt p.
Tôi xinăbƠyăt ălòngăbi tă năsơuăs căđ năTr ngă iăh căCôngăngh - iăh căQu că
giaăHƠăn i,ăVi năCôngăngh ăThôngătin - Vi năKhoaăh căvƠăCôngăngh ăVi tăNamăđƣăt oă
đi uăki năthu năl iătrongăth iăh căt pănghiênăc u.
Tôi xinăg iăl iăcámă năchơnăthƠnhăđ nănh ngăng iăthơnătrongăgiaăđìnhăb năbèăvƠă
đ ngă nghi pă v ă nh ngă s ă quană tơm,ă đ ngă viênă vƠă giúpă đ ă trongă th iă
gian qua.
Hà N i, ngày 24 tháng 04 n m 2009


M CL C
Trang

PH NăM ă
Ch

U ............................................................................................................................................................... 6

ngă1:ăKHÁIăQUÁTăV ăTH CăT Iă OăVÀăMỌăPH NGăN

C ..................... 8

1.1.ăKHÁIăQUÁTăV ăTH CăT Iă O ........................................................................................................ 8
1.1.1.Th căt iă oălƠăgì?........................................................................................................................................ 8
1.1.2.ăS ăl

căl chăs ăphátătri năc aăth căt iă o ........................................................................... 8

1.1.3.ăM tăs ăl nhăv căth căt ă ngăd ngăth căt iă o ................................................................. 9
1.2.ăMỌăPH NGăN

CăTRONGăTH CăT Iă O ..................................................................... 15

1.2.1.ăVaiătròăc aămôăph ngăn
1.2.2.ăM tăs ăhi uă ngăn

c ......................................................................................................... 15

căc ăb n..................................................................................................... 16

1.2.3.ăC ăs ălýăthuy tăc aămôăph ngăn

c .................................................................................... 19

1.2.3.1.ăTínhăđƠnăh iăc aăch tăl ng ......................................................................................... 20
1.2.3.2.ă

ănh tăc aăch tăl ng ..................................................................................................... 20

1.2.3.3.ăL cămaoăd năc aăch tăl ng ........................................................................................ 21
1.2.3.4.ăS ăhútăkhíăc aăch tăl ng ............................................................................................... 22
Ch

ngă2:ăM TăS ăK ăTHU TăMỌăPH NGăN

C .......................................................... 23

2.1. K ăTHU T PHYSICALLY-BASE ................................................................................................. 23
2.1.1.ăGi íăthi u...................................................................................................................................................... 23
2.1.2.ăC ăs ăv tălý ................................................................................................................................................ 23
2.1.3.ăKháiăquátăthu tătoán............................................................................................................................ 26
2.1.4. Ph

ngăpháp ngo iăsuyăb ăm tă o ......................................................................................... 26

2.2. K ăTHU T PARTICLE-BASE .......................................................................................................... 29
2.2.1. Gi iăthi u...................................................................................................................................................... 29
2.2.2.ăTi nătrìnhămôăph ng ........................................................................................................................... 29
2.2.3.ăM tăđ ăkép .................................................................................................................................................. 34
2.2.3.1.ăM tăđ ăvƠăápăsu t ................................................................................................................ 34


2.2.3.2.ăPh căh iătínhăkhôngănénăđ

c ................................................................................. 35

2.2.3.3. Near ậ Density and Near- Pressure ..................................................................... 35
2.2.3.4.ăS căc ngăb ăm t ................................................................................................................... 40
2.2.4.ăBi uădi năb ăm t ............................................................................................................................................. 40
2.2.4.1.ăTínhăđƠnăh i ............................................................................................................................. 40
2.2.4.2.ăTínhăd o ....................................................................................................................................... 42
2.2.4.3.ăTínhănh t .................................................................................................................................... 44
2.2.5.ăS ăvaăch măđ iăt

ng ................................................................................................................................ 44

2.2.5.1.ăVaăch m....................................................................................................................................... 44
3.2.5.2.ăTínhănh tătrongăt
Ch

ngătácăv iăđ iăt

ngă3:ă NGăD NGăMỌăPH NGăN

3.1.ăMỌăPH NGăN
3.2.ăCH

ng........................................................ 47

C .................................................................................. 48

CăTRONGăCÁCăH ăTH CăT Iă O ............................................. 48

NGăTRÌNHăTH ăNGHI M .................................................................................................. 52

3.2.1. K ăthu tăPhysically-Based............................................................................................................ 52
3.2.2.ăK ăthu tăParticle-Based................................................................................................................... 55
PH NăK TăLU N...................................................................................................................................................... 57
TÀIăLI UăTHAMăKH O ..................................................................................................................................... 58


B ng ch cái vi t t t

Stt

Ch cái vi t t t

N i dung

1

VR

2

VIVED

3

HMD

Head Mounted Display :

4

SPH

Smoothed Particle Hydro Dynamics:

V tualăReality
Visual environment display


Danh m c hình v
Hình 1.1.

ng d ng th c t i o trong thi t k ki n trúc ầầầầầầầầầ. 10

Hình 1.2.

ng d ng th c t i o trong thi t k thi t b công ngh ầầầầầ.. 11

Hình 1.3.

ng d ng th c t i o trong l nh v c gi i trí ầầầầầầầầầ... 12

Hình 1.4. Mô hình hu n luy n bay s d ng công ngh th c t i o ầầầầầ 13
Hình 1.5. M t ph n c th

o ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ. 14

Hình 2.1. Mô t góc ti p xúc b m t o ầầầầầầầầầầầầầầầ 27
Hình 2.2. Mô t góc ti p xúc b m t o gi a ch t l ng và r n ầầầầầầ.. 28

Hình 3.1. H th ng t p tái tàu thu ầầầầầầầầầầầầầầầầầ. 48
Hình 3.2. Th hi n hi u ng m t n

c đƣ đ

c t o ầầầầầầầầầầầ49

Hình 3.3. Hi u ng chuy n đ ng c a v t r i xu ng n
Hình 3.4. Th hi n m t n
Hình 3.5. Th hi n dòng n

c b ng l

i đa giác ph

c ầầầầầầầầ..50

ng pháp Particle-Baseầ...50

c ch y b ng các ph n t l p th particles ầầầ. 51

Hình 3.6. Bi u đ so sánh ầầầầầầầầầầầầầầầầầầầ....... 52
Hình 3.7. Mô ph ng m t h b ng k thu t Physically-Based ầầầầầầầ 52
Hình 3.8. Mô ph ng hi u ng sóng n

c b ng k thu t Particle-Based ầầầ.56


PH N M

U

Trongănh ngăn măg năđơy,ăcôngăngh ăthôngătinăđƣăđ că ngăd ngăm nhăm ă
trongăh uăh tăt tăc ăcácăl nhăv c.ăCácă ngăd ngăc aănóăvƠoăcu căs ngăngƠyăcƠngă
phongăphú,ăđaăd ngăvƠăthi tăth căh n.ăT ăcácăl nhăv cănh ăkhoaăh căc ăb n,ăđ nă
cácăl nhăv căkinhăt ,ăk ăthu tăchoăđ năcácăl nhăv cănh ăgi iătrí,ăduăl ch;ăkhôngăl nhă
v cănƠoăkhôngăcóăs ă ngăd ngăthi tăth căvƠăhi uăqu ăc aăcôngăngh ăthôngătin.ăS ă
phátă tri năkhôngăng ngă c aă s că m nhă máyă tínhăđƣă lƠmă choă m tă s ăl nhăv că khóă
phátătri nătr căkia,ănayăđƣăcóăkh ăn ngăphátătri năvƠăđƣăđ tăđ cănh ngăthƠnhăt uă
đángăk ;ănh ălƠ:ăCácăh ăchuyênăgia,ăcácăh ăx ălýăth iăgianăth căv.v..ăvƠăm tăl nhă
v căđangăđ căphátătri năm nhătrênăth ăgi i,ăđóălƠăcôngăngh ămôăph ng.
Vi că“táiăt o”ăcácăhi năt ng,ăs ăv tătrongăth ăgi iăth cătrênămáyătínhăcóăr tă
nhi uătácăd ng.ăTrongăgi iătrí,ănóăs ăgiúpăchúngătaăxơyăd ngăđ cănh ngătròăch iă
s ngăđ ng,ăg năg iăv iăconăng iăt oăraăs călôiăcu năm nhăm .ăTrongăxơyăd ng,ă
vi căd ngăđ căcácămôăhìnhăhi năth că oăchoăphépăchúngătaăcóăcáiănhìnătr căquan,ă
chínhăxácăđ ăcóăth ăđ aăraănh ngăquy tăđ nh,ănh ngăsángăki năthi tăk ăv ăcácăcôngă
trìnhăxơyăd ngăđúngăđ n.ăTrongăgiáoăd c,ănh ngăthíănghi m,ănh ngăvíăd ăđ cămôă
t ă sátăth că b ngă máyă tínhăgiúpă choăng iă h că h ngă thúă h n,ăki năth că đ că th ă
hi n rõăh n,ătr căquanăh n,ăđ yăđ ăh n.
“Th că t iă o”ă lƠă l nhă v că nh mă môă ph ngă th ă gi iă th că c aă conă ng iă vƠoă
máyătính,ămƠătrongăđóăconăng iăcóăth ăt ngătácăvƠăc mănh nănh ătrongăth ăgi iă
th c.ă ă môă ph ngă đ că th ă gi iă th că trongă máyă tính,ă thìă nh tă thi tă môiă tr ngă
trongăth ăgi iăth căc năđ cămôăph ng;ătrongăđó,ăn călƠăm tăch tăli uăph ăbi năvƠă
quanătr ng.
TrongăcácăngƠnhăliênăquanănhi uăđ năn cănh :ăTƠuăthu ,ăduăl ch,ăgi iătrí,ăc uă
ho ầă căbi tăđ iăv iăngƠnhăthu ăl i,ăđêăđi u,ăvi cămôăph ngăn căvƠăcácăhi uă
ngăc aănóăc căk ăcóăýăngh a.ăNóăgiúpămôăph ngăcácăhi năt ngăth yăl căđ ăđ aă
đ năcáiănhìnătr căquanăchoăng iăh c.ăNóăcóăth ăchoăth yăchínhăxácăcácătr ngăh pă
xóiă l ă b ă khiă tínhăđ că cácă l că tácă d ngă t ngă ng;ă cácă tr ngă tháiă chuy nă đ ngă
khác nhau c aăn căkhiăch uătácăd ngăc aănh ngăl căkhácănhau.ăChúngătaăc ngăcóă

th ăd ngăđ cănh ngămôăhìnhăđ pă o,ăkênhă o,ăh ăth ngăth yănôngăt ăb năthi tăk ă


vƠătínhătoánăđ căchínhăxácăcácătr ngătháiăc aădòngăch yăvƠăcácăhi năt ngămƠănóă
gơyăraầ.ă ăt ăđóăcácănhƠăthi tăk ,ănhƠăqu nălýăd ăánăcóăth ăđ aăraăđ cănh ngă
quy tăđ nhăchínhăxácăh nătrongăvi căxơyăd ngăcácăcôngătrìnhăth yăl i,ătránhănh ngă
tr ngăh păđángăti căx yăra.
Xu tăphátăt ăth căt ăđó,ălu năv năl aăch n đ ătƠiă“Môăph ngăn cătrongăcôngă
ngh ăth căt iă o”.ăM cătiêuăchínhăc aălu năv nălƠ:ăNghiênăc uăm tăs ăk ăthu tămôă
ph ngăn cănh mă ngăd ngăchoăvi căxơyăd ngămôăhìnhă3ăchi uătrongăTh căt iă o.
C uătrúcălu năv năg măPh năm ăđ u,ăPh năk tălu năvƠă3ăCh ngăn iădung, c ăth ă
nh ăsau:ă
 Ch

ng 1: Khái quát v th c t i o vƠ mô ph ng n

c

Trongăch ngănƠyăgi iăthi uăt ngăquanăv ăquáătrìnhăphátătri năvƠăcácăl nhăv că
ngăd ngăchínhăhi nănayăc aă Th că t iă o,ăđ ngăth iăcungăc pă m tăcáiănhìnăt ngă
quanăv ămôăph ngăn cătrongăh ăTh căt iă o.ăCh ngănƠyăc ngăđiăsơuăphơnătích
nh ngătínhăch tăv tălý,ăcácăhi uă ngăc ăb năc aăn căđ ălƠmăc ăs ăchoăs ătrìnhăbƠyă
nh ngăph ngăphápămôăph ngăn cătrongăch ngă2.ă
 Ch

ng 2: M t s k thu t mô ph ng n

c

Ch ngănƠyătrình bày 2 k ăthu t chínhămƠăth ăgi iăđƣăphátătri nălƠă k ăthu t

Physically-based và k ă thu t Particle-base.ă M iă k ă thu t cóă nh ngă cáchă tính,ă uă
đi măvƠănh căđi măriêng.ăT ăđóăchoăchúngătaăs ăhi uăbi tăv ămôăph ngăn c,ăvƠă
khiăti păxúcăv iănh ngăb ăph năm măcôngăc ăh ătr ăxơyăd ngămôăhìnhă3Dăthìătaă
c ngăcóăth ă d ă dƠngă bi t đ că h ăđƣă dùngă k ă thu t gìă đ ă t oăraă nh ngăhi uă ngă
n că ătrongănó.
 Ch

ng 3:

ng d ng c a mô ph ng n

c

TrìnhăbƠyăm tăs ngăd ngămôăph ngăn cătrongăTh căt iă o vƠăch ngătrìnhă
th ănghi măchoăcácăk ăthu t môăph ngăn căđ căh ăth ngătrongăch ngă2.


TÀI LI U THAM KH O
[1] Ph măV năV nhăă(2006),ăC h c ch t l ng ng d ng,ăăNXBăGiáoăd c.
[2] Using Virtual Reality modelling to improve training
/>
techniques,

[3] Virtual and Interative Environments for Workplaces of the future
/>[4] The Virtual Reality Laboratory (VRL) at the University of Michigan,

[5] P.J. Costello. Health and Safety Issues associated with Virtual Reality - A
Review of Current Literature - July 23rd, 1997, Patrick Costello Advanced
VR Research Centre, Dept. of Human Sciences, Loughborough University,
Loughborough, Leicestershire, LE11 1NL.

[6] R.S. Kalawsky. Exploiting Virtual Reality Techniques in Education and
Training: Technological Issues, A report prepared for AGOCG, Advanced VR
Research Centre, Loughborough University of Technology.
[7] Nikos Avradinis, Spyros Vosinakis, Themis Panayiotopoulos. Using Virtual
Reality Techniques for the Simulation of Physics Experiments, Dept. of
Informatics, University of Piraeus, Knowledge Engineering Laboratory.
[8] MEDICAL APPLICATIONS of VIRTUAL REALITY - Richard M. Satava,
MD FACS Professor of Surgery, Yale University School of Medicine and
Program Manager, Advanced Biomedical Technologies, Defense Advanced
Research, Projects Agency (DARPA); CDR Shaun B. Jones, MD, Associate
Professor of Surgery, Uniformed Services University of Health Sciences
(USUHS) and Program Manager, Pathogen Countermeasures, Defense
Advanced Research Projects Agency (DARPA).
[9] Applications of Virtual Reality, Marc Bernatchez, July 13th, 2004,
/>[10] Virtual Reality and Augmented Reality Research Areas, Center of Advanced
Media Technology (CAMTech), University of Nanyang, Singapore,
/>[11] Josh RobinsonMax. VS. Maya A direct comparision and analysis for Usage
of Workplace, October, 11 2004.


[12] Particle-based Viscoelastic Fluid Simulation. Simon Claves, Philippe
Beaudoin, and Pierre Poulin, LIGUM, Dept.IRO University De Montreal.
[13] M tăs ăWebsite:
-



-

-



-



-



-



-



-



-



-