Mô phỏng lửa bằng Particle Based và Physical Based

MỤC LỤC

1


DANH MỤC HÌNH ẢNH

2


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
BLEVE

Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion

FDS

Fire Dynamics Simulator

HMD

Head Mounted Display

RGB

Red-Green-Blue

VR

Virtual Reality

WoW

Windown on World
LỜI NÓI ĐẦU

1. Tính cấp thiết của đề tài
Cuộc cách mạng khoa học kĩ thuật trong những năm gần đây đã ít nhiều
làm thay đổi cuộc sống con người. Sự phát triển của công nghệ thông tin và kinh
tế xã hội đặt ra những yêu cầu mới về mục tiêu, nội dung, phương pháp tập
huấn. Điển hình của ứng dụng công nghệ thông tin là sử dụng công nghệ mô
phỏng để tái tạo các sự vật, hiện tượng, trong thế giới thực. Thông qua những thí
nghiệm, những ví dụ mô tả sát thực, giải thích, minh họa những quá trình, hệ
thống, hiệu ứng phức tạp trên máy tính giúp cho người học hứng thú hơn, kiến
thức được thể hiện rõ ràng hơn, trực quan hơn, sinh động hơn, đầy đủ hơn.
Có rất nhiều môi trường trong thế giới thực cần được mô phỏng, trong đó
lửa là một chất liệu phổ biến và quan trọng. Lửa đã được người tiền sử phát hiện
ra từ cách đây hàng nghìn năm. Lửa được xem là một trong những phát minh
quan trọng nhất của nhân loại. Lửa trở thành nguồn sống của con người, giúp
con người thoát khỏi đời sống nguyên sơ. Để đảm bảo cho việc tính toán thiết kế
các ứng dụng của lửa được chính xác và sử dụng có hiệu quả vào cuộc sống việc
mô phỏng những ứng dụng của lửa trước khi đưa ra ứng dụng là vô cùng quan
trọng. Ngoài ra, việc mô phỏng lửa cũng giúp cho lực lượng phòng cháy chữa
cháy hiểu rõ để công tác tốt trong việc phòng cháy chữa cháy.
Tại Việt Nam, trong thời điểm gần đây xảy ra rất nhiều vụ cháy. Việc tìm
hiểu kỹ thuật mô phỏng lửa, các phương pháp mô phỏng để mô phỏng lửa trên
các vật liệu cháy khác nhau giúp cho lực lượng phòng cháy chữa cháy thực hiện
tốt công việc. Bài toán đặt ra đối với lực lượng cảnh sát phòng cháy chữa cháy
phải hiểu rõ bản chất cháy trên các vật liệu, tốc độ cháy để kịp thời ứng phó và
chữa cháy. Vậy nên, nhóm em chọn đề tài: “Nghiên cứu kỹ thuật mô phỏng lửa ”
làm đề tài nghiên cứu. Trong khuôn khổ đề tài này, nhóm em tập trung trình bày

tổng quan kỹ thuật mô phỏng lửa, phương pháp mô phỏng lửa.
2. Mục tiêu của Chuyên đề
- Mục đích của đề tài nhằm nghiên cứu tổng quan về thực tại ảo và kỹ thuật
mô phỏng lửa, từ đó xây dựng demo trên công cụ để mô phỏng lửa trong thực tế.
3


Muốn hoàn thành được mục tiêu trên, bài báo cáo phải thực hiện nhiệm vụ
sau:
- Tìm hiểu chung về thực tại ảo, các ứng dụng cơ bản của thực tại ảo và
giới thiệu về bài toán mô phỏng lửa trong thực tại ảo
- Phương pháp mô phỏng lửa phương pháp Physically-based và phương
pháp Particle-based.
- Tìm hiểu công cụ mô phỏng Unity3D.
3. Đối tượng nghiên cứu
Đề tài tập trung nghiên cứu kỹ thuật mô phỏng lửa và phương pháp mô
phỏng lửa.
4. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu chủ yếu áp dụng trong học tập và ngành Công an đặc biệt
lực lượng phòng cháy chữa cháy. Sản phẩm bao gồm 01 bản báo cáo và Demo,
sản phẩm phục vụ học tập, nghiên cứu.
5. Phương pháp nghiên cứu
∗

Phương pháp chủ đạo
- Phương pháp nghiên cứu tài liệu
+ Tìm hiểu kỹ thuật mô phỏng lửa và phương pháp mô phỏng lửa.
+ Tìm hiểu công cụ để mô phỏng.
+ Từ các hệ thống giáo trình thực tải ảo.
+ Từ các nghiên cứu của những người nghiên cứu trước đó, các sách, tạp

chí, các đề tài khoa học có liên quan đến đề tài...
+ Từ các thông tin trên mạng Internet...

∗

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm
+ Tiến hành thử nghiệm trên công cụ mô phỏng được chọn.
+ Đánh giá kết quả đạt được.
6. Nội dung nghiên cứu
- Trình bày các hướng nghiên cứu cơ bản giới thiệu chung về thực tại ảo,
các ứng dụng cơ bản của thực tại ảo và giới thiệu về bài toán mô phỏng lửa
trong thực tại ảo
- Trình bày và phân tích các phương pháp mô phỏng lửa. Đề tài sẽ tập trung
phân tích vào 2 phương pháp cơ bản là phương pháp Physically-based và
phương pháp Particle-based
- Trình bày về công cụ mô phỏng, bài toán mô phỏng lửa trong thực tại ảo;
Đánh giá các kết quả đạt được.
4


7. Dự kiến sản phẩm đạt được
Bao gồm 2 sản phẩm chính:
- Thứ nhất: Bản báo cáo tổng hợp nội dung nghiên cứu
- Thứ hai: Chương trình Demo

5


CHƯƠNG 1. KHÁI QUÁT THỰC TẠI ẢO VÀ MÔ PHỎNG LỬA
1.1. Khái niệm thực tại ảo

1.1.1. Khái niệm Thực tại ảo [1]
Thực tại ảo (Virtual Reality) 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 lại, mà lại phản ứng, thay đổi theo ý muốn (tín hiệu
vào) của người sử dụng (nhờ hành động, lời nói,…). Điều này xác định một đặc
tính chính của. Thực tại ảo, 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.
Thực tại ảo là một thuật ngữ mới xuất hiện phát triển mạnh trong vòng vài
năm trở lại đây, đang trở thành một ngành công nghệ mũi nhọn nhờ khả năng
ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực y tế, giáo dục, kiến trúc, quân sự, du lịch,
giải trí,… Nhiều bài báo, chương trình giới thiệu TV, hội thảo,... đã miêu tả VR
theo nhiều cách khác nhau.
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 Thực tại ảo
tương đối chính xác như sau: Thực tại 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 (ngũ giác) gồm: thị giác, thính giác, xúc giác, khứu giác và vị giác.

Hình 1.1.1.1.1. Giao diện giữa người và thực tế ảo

Một cách lý tưởng, người sử dụng có thể tự do chuyển động trong không
gian ba chiều, tương tác với các vật thể ảo, quan sát và khảo cứu thế giới ảo ở
những góc độ khác nhau về mặt không gian. Ngược lại, môi trường ảo lại có
6

những phản ứng tương ứng với mỗi hành động của người sử dụng, tác động vào
các giác quan thị giác, thính giác, xúc giác của người sử dụng trong thời gian
thực làm người sử dụng có cảm giác như đang tồn tại trong một thế giới thực.
1.1.2. Lịch sử phát triển của công nghệ Thực tại ảo
Mặc dù Thực tại ảo được mô tả như một công nghệ mới mang tính cách
mạng, nhưng ý tưởng về việc nhúng người sử dụng vào một môi trường nhân
tạo đã ra đời từ rất sớm.
Thuật ngữ “Thực tại ảo” mới được quan tâm trong một vài năm gần đây
xong nó lại có lịch sử từ khá lâu. Cách đây khoảng gần 40 năm một nhà làm
phim có tên là Morton Heilig (1926-1997) người Mỹ đã đưa ra ý tưởng hệ thống
mô phỏng bay (Flight Simulation) là tại sao không đưa con người bước sang một
thế giới khác. Sử dụng hệ thống này người quan sát có cảm giác ảnh đang sống
động ngay trước mắt mình. Do không có sự hỗ trợ về tài chính Heilig không thể
hoàn thành ước mơ của mình, xong ông cũng đã tạo ra được một thiết bị mô
phỏng gọi là “Sensorrama Simulator”, thiết bị này được công bố vào khoảng đầu
những năm 1960.

Hình 1.1.2.1.1. Hình ảnh về thiết bị mô phỏng Sensorrama-1960

Thiết bị mô phỏng Sensorrama sử dụng hình ảnh 3D, thu được từ camera
35mm kết hợp thành một camera chính. Bao gồm một hệ thống âm thanh kết
hợp với những cảnh quay 3 chiều thực sự. Người nhìn có thể cưỡi một cái xe
máy, có thể cảm thấy gió khi chuyển động, thậm chí họ có thể cảm thấy những
đoạn đường có ổ gà. Mặc dù đây còn là một cái máy đơn giản, thô sơ xong nó đã
mở ra nhiều ý tưởng nghiên cứu mới chưa từng có trên thế giới.
Năm 1966, Ivan Sutherland (1938) một sinh viên tốt nghiệp Trường Utah
tiếp tục nghiên cứu vấn đề Heilig đã bỏ dở. Sutherland cho rằng cảnh quay
tương tự không đáp ứng được yêu cầu thực tế. Anh bắt đầu ý tưởng của một bộ
tăng tốc đồ hoạ và đã chế tạo được hệ thống thiết bị hiển thị đội đầu (Head
Mounted Display-HMD) có thể kết nối tới máy tính.

7


Năm 1970, Sutherland tiếp tục phát triển phần cứng của HMD tại trường
đại học Utah, làm cho nó hoàn thiện hơn có màn hình là màn hình màu. Sử dụng
hiển thị này, một người có thể thấy một thế giới ảo hiện ra như thế giới vật lý
thật. Bao gồm một thế giới ảo mà ta có thể quan sát thông qua một HMD; một
máy tính để duy trì các mô hình trong thời gian thực; các khả năng cho người sử
dụng để thao tác những đối tượng thực tế một cách trực quan nhất.

Hình 1.1.2.1.2. Ivan Sutherland và thiết bị mô phỏng HMD-1970

Cũng trong khoảng thời gian này Myron Kreuger (1942) đã phát triển một
thiết bị có tên VIDEOPLACE. Thiết bị này sử dụng một màn hình lớn đối diện
với người dùng. Trên màn hình hiển thị cái bóng người dùng. Hệ thống cũng có
khả năng hiển thị nhiều người sử dụng trên cùng một màn hình.

Hình 1.1.2.1.3. Thiết bị VIDEOPLACE-1970

Những ý tưởng này được hai nhà khoa học Mỹ ở NASA là Scott Fisher
(1963) và McGreevy (1957) kết hợp lại trong một dự án có tên là “Trạm làm
việc ảo” (Visual Workstation) vào năm 1984. Cũng từ đó NASA phát triển thiết
bị hiển thị đội đầu có tính thương mại đầu tiên, thiết kế dựa trên mẫu hình mặt
nạ lặn với các màn hình quang học mà ảnh được cung cấp bởi hai thiết bị truyền
hình cầm tay Sony Watchman. Sự phát triển của thiết bị này đã thành công ngoài
dự đoán, bởi NASA đã sản xuất được một thiết bị HMD có giá chấp nhận được
trên thị trường và như vậy ngành công nghiệp Thực tại ảo đã ra đời.
8

Hình 1.1.2.1.4. Scott Fisher, McGreevy và thiết bị HMD-1984 của NASA

Công nghệ Thực tại ảo từ những năm 90 trở lại đây được phát triển mạnh
mẽ và đang trở thành một công nghệ mũi nhọn nhờ khả năng ứng dụng rộng rãi
trong mọi lĩnh vực như: 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 và quân sự của nó.
1.1.3. Các đặc tính chính của Thực tại ảo [1]
VR (Virtual Reality) là một hệ thống mô phỏng trong đó đồ họa máy tính
được sử dụng để tạo ra một thế giới “như thật”. Hay nói một cách cụ thể VR là
công nghệ sử dụng các kỹ thuật mô hình hoá không gian ba chiều, với sự hỗ trợ
của thiết bị hiện đại để xây dựng một thế giới mô phỏng để đưa người ta vào
một thế giới nhân tạo với không gian như thật.
Trong thế giới ảo này, người sử dụng không còn được xem như người quan
sát bên ngoài, mà đã thực sự trở thành một phần của hệ thống. Thế giới “nhân
tạo” này không tĩnh tại mà lại phản ứng, thay đổi theo ý muốn của người sử
dụng nhờ những cử chỉ, hành động,... Tức là 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 có thể nhận thấy ngay khi quan sát trẻ nhỏ chơi video game.
Tương tác và khả năng thu hút của VR góp 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 VR 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.
Hai đặc tính chính của VR là tương tác và đắm chìm, đây là hai "I"
(Interactive, Immersion) mà nhiều người đã biết. Tuy nhiên VR cần có 1 đặc
tính thứ 3 mà ít người để ý tới. VR 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 triển

VR thiết kế, điều này phụ thuộc rất nhiều vào khả năng tưởng tượng của con
người, đó chính là đặc tính "I" (Imagination) thứ 3 của VR. Do đó có thể coi VR
9


là tổng hợp của 3 yếu tố: Tương tác - Đắm chìm - Tưởng tượng, (Interactive Immersion - Imagination).

Hình 1.1.3.1.1. Các đặc tính chính của Thực tại ảo

1.1.4. Phân loại hệ thống Thực tại ảo
Hệ thống VR được phân ra 3 loại chính là: Hệ thống VR không nhập vai
(non - Immersive), Hệ thống VR bán nhập vai (Semi-Immersive) và Hệ thống
VR nhập vai (Immersive). Một số cách phân loại khác dựa vào mức độ phức tạp
hoặc phương thức hoạt động của hệ thống. Mức độ phức tạp của hệ thống phụ
thuộc vào mức độ khó trong việc phát triển ứng dụng. Phân loại theo mức độ
phức tạp bao gồm hệ thống Thực tại ảo mức sơ khai, mức cơ bản, mức tiên tiến,
mức nhập vai và mức làm việc như một hệ điều hành cho môi trường Thực tại
ảo. Phân loại theo phương thức bao gồm hệ thống hoạt động dựa trên mô phỏng,
dựa trên hệ thống máy chiếu, dựa trên hình ảnh thay thế (avatar-image) hoặc dựa
trên máy tính để bàn. [1] [2]
Hệ thống VR không nhập vai: Hệ thống VR không nhập vai được xây dựng
cho máy tính để bàn. Hệ thống này được biết với tên là Windown on World
(WoW) hay Desktop VR. Trong hệ thống này, môi trường ảo được quan sát
thông qua màn hình có độ phân giải cao. Việc tương tác được thực hiện thông
qua các phương tiện như bàn phím, chuột hoặc joystick.
Hệ thống VR bán nhập vai: Hệ thống VR bán nhập vai bao gồm hệ thống
máy tính hỗ trợ đồ họa tương đối mạnh đi kèm với một hoặc nhiều màn hình
hoặc hệ thống máy chiếu để tạo ra màn hình lớn. Hệ thống màn hình này được
đặt xung quanh người dùng để tạo cảm giác hòa mình vào môi trường 3D ảo.
Hệ thống VR nhập vai: Hệ thống VR nhập vai là hệ thống tạo cho người

dùng trải nghiệm trong môi trường ảo giống với thực tế nhất. Trong hệ thống
này, người dùng đeo HMD hoặc sử dụng BOOM để nhìn vào môi trường ảo. Tất
nhiên, so với 2 hệ thống trên, hệ thống này là phức tạp và đòi hỏi chi phí lớn để
tạo các ứng dụng.
10


1.1.5. Các thành phần của một hệ thống Thực tại ảo
Tổng quan một VR gồm những thành phần sau:

Hình 1.1.5.1.1. Các thành phần của một hệ thống VR (Virtual Reality)

1.1.5.2. Phần cứng (Hardware) [2]
Phần cứng của một VR tổng quát bao gồm:
- Máy tính (PC hay Workstation với cấu hình đồ họa mạnh).
- Các thiết bị đầu vào (Input devices): là các thiết bị có khả năng kích
thích các giác quan để tạo nên cảm giác về sự hiện hữu trong thế giới ảo gồm có:
Bộ dò vị trí (position tracking) để xác định vị trí quan sát, bộ giao diện định vị
(Navigation interfaces) để di chuyển vị trí người sử dụng, bộ giao diện cử chỉ
(Gesture interfaces) như găng tay dữ liệu (data glove), thiết bị tương tác với máy
tính thông qua thiết bị như chuột (SpaceBall), bàn phím,...
- Các thiết bị đầu ra (Output devices): gồm thiết bị hiển thị đồ họa (Kính
mắt Shutter Glasses, màn hình rộng, thiết bị 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,...
1.1.5.3. Phần mềm (Software)
Phần mềm luôn là linh hồn của Thực tại ảo cũng như đối với bất cứ một hệ
thống máy tính hiện đại nào. Về mặt nguyên tắc có thể dùng bất cứ ngôn ngữ lập

trình hay phần mềm đồ họa nào cũng phải bảo đảm hai công dụng chính là: Mô
hình hóa (modelling) và mô phỏng (simulation) các đối tượng trong VR.
Các đối tượng của VR được mô hình hóa (modelling) tức là tạo dựng mô
hình nhờ chính phần mềm này hay mô hình hoá từ mô hình 2D thành mô hình
3D nhờ công cụ đặc biệt từ các phần mềm như: Maya, 3D Max,…
11


1.1.6. Các thiết bị cơ bản của hệ thống Thực tại ảo
1.1.6.1. Thiết bị định hướng và chuyển động
- DataGloves
Thiết bị đo lường bàn tay phải cảm nhận được cả độ cong của các ngón tay
và vị trí, sự định hướng của cổ tay trong thời gian thực. Thiết bị thương mại đầu
tiên là DataGloves từ viện nghiên cứu VPL. DataGloves bao gồm 1 găng tay
nylon nhẹ có các cảm biến quang học được gắn ở các ngón tay.

Hình 1.1.6.1.1. DataGloves

- 3D Mouse

Hình 1.1.6.1.2. 3D Mouse

- Shutter glasses

Hình 1.1.6.1.3. Shutter glasses

12


- Head-Mounted Displays

Hình 1.1.6.1.4. Head-Mounted Displays

- Cave
Cave là một nhà hát có kích thước 10 x 10 x 9 được đặt bên trong 1 phòng
lớn hơn có kích thước 35 x 25 x 13. Phòng bên ngoài phải được chiếu sáng trong
suốt quá trình sử dụng Cave. Các bức tường của Cave được tạo bởi các màn
chiếu và sàn nhà cũng là một màn chiếu thẳng đứng. Máy chiếu độ phân giải cao
hiển thị hình ảnh lên toàn bộ nhứng màn ảnh khác bằng các tấm gương phản
chiếu. Người dùng sẽ đi vào bên trong Cave và đeo 1 chiếc kính đặc biệt để có
thể nhìn thấy những hình ảnh 3 chiều mà Cave hiển thị. Với những chiếc kính
này người dùng có thể thấy các đối tượng thực sự nổi trong không khí và có thể
đi lại xung quanh chúng. Điều này là hoàn toàn khả dĩ với các cảm biến điện tử.
Khi một người đi lại trong Cave, chuyển động của họ được theo dõi bởi các cảm
biến này và video sẽ điều chỉnh cho phù hợp. Máy tính sẽ kiểm soát việc này
của Cave cũng như khía cạnh âm thanh. Không chỉ có hình ảnh 3 chiều mà có cả
âm thanh 3 chiều nhờ có rất nhiều loa được đặt trong Cave dưới nhiều góc độ.

Hình 1.1.6.1.5. Cave

13


1.1.6.2. Thiết bị tương tác và phản hồi
Các thiết bị này cảm nhận một số nhân tố sau của thiết bị khác gây ra: nhiệt
độ, vận tốc di chuyển, sự chuyển động, áp lực và các ngoại lực khác.
- CyberTouch

Hình 1.1.6.2.1. Thiết bị CyberTouch

- CyberGras

Hình 1.1.6.2.2. Thiết bị CyberGras

1.1.7. Một số ứng dụng chính của VR [3] [1]
Tại các nước phát triển, chúng ta có thể nhận thấy VR 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 vực ứng dụng
truyền thống của Thực tại ảo. Bên cạnh đó Thực tại ảo cũng được ứng dụng
trong giáo dục, nghệ thuật, giải trí. Trong lĩnh vực quân sự Thực tại ảo 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
14


Thực tại ảo như: Thực tại ảo ứng dụng trong sản xuất, Thực tại ảo ứng dụng
trong ngành rôbốt, Thực tại ảo ứng dụng trong hiển thị thông tin (thăm dò dầu
mỏ, hiển thị thông tin khối,...) Thực tại ảo có tiềm năng ứng dụng vô cùng lớn.
Mọi lĩnh vực trong cuộc sống đều có thể ứng dụng “Thực tại ảo” để nghiên cứu
và phát triển hoàn thiện hơn.
1.1.7.1. Quân sự
Với việc phát triển của VR, các binh sĩ sẽ được huấn luyện một cách trực
quan nhất các kĩ năng cần thiết như: lái máy bay, lái xe tăng,… trước khi tham
gia công việc thực tế. Điều này vừa đảm bảo an toàn cho binh sĩ, vừa tiết kiệm
được chi phí cho các khóa huấn luyện thực tế. Lầu Năm Góc đã đưa ra quyết
định sẽ đầu tư 36 triệu USD cho quân đội mỹ để phát triển một game đặc biệt
nhằm huấn luyện binh sĩ chống lại khủng bố dưới dạng chiến thuật thực tế ảo.
Với hệ thống trò chơi đặc biệt này, những binh sĩ có thể tập luyện những bài tập
của mình ngay tại nhà nhằm chống lại những tình huống có thể phát sinh ra
trong thực tế. Đây sẽ là một game rất sống động, có tính hành động cao với môi

trường và bối cảnh bám sát thực tế. Những người lính sẽ phải vận dụng tất cả
những kỹ năng đã được rèn giũa trong quân đội.

Hình 1.1.7.1.1. Kính thực tế ảo Oculus Rift sử dụng cho quân đội

1.1.7.2. Giáo dục
Ở các nước phương Tây ở việc nhà học Internet không còn là điều mới mẻ
nữa. Và công nghệ VR sẽ làm cho việc này trở nên thú vị hơn rất nhiều. Giống
như một game MMORPG bạn điều khiện một nhân vật đại diện cho bạn đi lại
trong 1 trường học ảo được xây dựng trên máy tính. Bạn có thể tham gia vào bất
cứ lớp học ảo nào mà bạn thích, nói chuyện với các thành viên khác trong lớp.

15


Hình 1.1.7.2.1. Một lớp học sử dụng thực tế ảo

1.1.7.3. Xây dựng
Bạn muốn xây nhà. Bạn thuê một kiến trúc sư thiết kế cho ngôi nhà tương
lai của bạn. Anh ta hoàn thành nó trên bàn vẽ và liệu bạn có thể tưởng tượng ra
nó như thế nào. Có thể những chắc chắn sẽ không thể chính xác được. Và khi
hoàn thành chưa chắc gì đã đúng theo ý của bạn. Giờ đây ngôi nhà đó được xây
dựng trên máy tính, bạn có thể đi lại khắp nơi trong nhà, xem xét từng ngỏ
ngách nhỏ nhất.

Hình 1.1.7.3.1. Ứng dụng trong xây dựng và kiến trúc

16

1.1.7.4. Y học
Thực tại ảo giải quyết được rất nhiều vấn đề trong y học: cung cấp môi
trường thực hành cho nghiên cứu và học tập, rất hữu ích trong việc mô phỏng
các ca phẫu thuật tránh gây rủi ro trong thực tế.
Như vậy Thực tại ảo có áp dụng trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống.
Qua đó cũng nhận thấy được ý nghĩa to lớn của việc ứng dụng Thực tại ảo, bởi
những vấn đề khó khăn mà nếu khó có Thực tế ảo thì rất khó giải quyết và hiệu
quả không cao mà chi phí tốn kém.

Hình 1.1.7.4.1. Ứng dụng trong Y học

Đây có thể nói là một trong những ứng dụng tuyệt vời nhất của công nghệ
thực tế ảo. Trước đây việc cho những bác sĩ thực tập hoặc bác sĩ thiếu kinh
nghiệm thực hành phẫu thuật trên cơ thể người luôn làm nảy sinh những lo ngại
về tính an toàn cũng như đạo đức. Giờ thì mọi ca phẫu thuật cũng như các quy
trình chăm sóc bệnh nhân đều có thể được mô phỏng trong môi trường thực tế
ảo. Bác sĩ có thể nâng cao kỹ năng bản thân mà không có bất kỳ sự mạo hiểm
nào đối với sức khỏe và tính mạng bệnh nhân. Ngoài ra thực tế ảo còn có một số
ứng dụng khác trong y tế như kết hợp với các mẫu scan để giúp bác sĩ quan sát
và chẩn đoán bệnh chính xác hơn.
1.1.7.5. Khoa học kỹ thuật
Ứng dụng quan trọng nhất của thực tế ảo trong khoa học chính là hình ảnh
hóa những số liệu khoa học (data visualization). Ứng dụng này giúp ta nắm
được bức tranh toàn cảnh và nhanh chóng phán đoán được các xu thế từ một
khối lượng dữ liệu đồ sộ và tưởng chừng như rời rạc dưới đôi mắt và trí não
thông thường. Với những kỹ sư thì công nghệ thực tế ảo càng quan trọng hơn
bởi nó giúp họ tạo ra mô hình cho những máy móc họ thiết kế trong một môi
trường an toàn cũng như tiết kiệm thời gian và tiền bạc.
17

Hình 1.1.7.5.1. Ứng dụng trong khoa học kỹ thuật

1.1.7.6. Thể thao
Cũng giống như trong quân sự, chiếc kính thực tế ảo chính là công cụ đắc
lực giúp những vận động viên thể thao luyện tập phản ứng trước những tình
huống thực với chi phí thấp và không ngại bị chấn thương không đáng có. Hơn
thế nữa thì sự phát triển của thực tế ảo cũng là một tin vui cho rất nhiều fan hâm
mộ thể thao bởi giờ đây họ có thể quan sát thần tượng của mình ở cự li gần và
ngay giữa sân thi đấu thay vì theo dõi trên ghế sân vận động hoặc qua màn hình
vô tuyến.

Hình 1.1.7.6.1. Ứng dụng trong thể thao

18


1.2. Mô phỏng lửa và ý nghĩa
1.2.1. Mô phỏng lửa
Lửa là nhiệt và ánh sáng phát sinh đồng thời từ vật đang cháy. Lửa (hay sự
cháy) là quá trình biến đổi hóa học (thường là phản ứng ôxy hóa) nhanh của vật
liệu, tỏa ra nhiệt, các sản phẩm phản ứng và phát ra ánh sáng. Các quá trình ôxy
hóa chậm khác như gỉ hay thủy phân không bao gồm trong định nghĩa này. [2]
Ngọn lửa là một phần biểu hiện thấy được (phát ra ánh sáng) của sự cháy,
tạo ra từ các phản ứng hóa học có sự tỏa nhiệt cao (cháy, phản ứng oxy hóa tự
duy trì) diễn ra trong môi trường hẹp. Ngọn lửa là một trạng thái tồn tại của vật
chất và được xếp như một loại khí plasma - bị ion hóa một phần.
Để sự cháy xảy ra, phải cần và đủ 3 yếu tố đó là chất cháy, ôxy và nguồn
nhiệt. Thiếu một trong các yếu tố trên hoặc các yếu tố trên không đủ thì sự cháy
sẽ không xảy ra. Mỗi chất khác nhau có nhiệt độ bốc cháy khác nhau. Màu sắc

của ngọn lửa theo nhiệt độ cũng khác nhau, chẳng hạn như:
Màu đỏ
Vẫn có thể nhìn thấy: 525 °C (980 °F)
Tối: 700 °C (1,300 °F)
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)
Phân loại của các dạng lửa:
- Tự nhiên: Núi lửa, lửa mặt trời, lửa sấm sét,…
- Nhân tạo: diêm, bật lửa; lửa hàn; hệ thống đánh điện động cơ, tên lửa…
Mô phỏng lửa có thể coi là một trong những công việc khó khăn nhất, phức
tạp nhất của mô phỏng. Mô phỏng lửa ở dạng mô phỏng động theo thời gian
thực hoặc không theo thời gian thực. Để mô phỏng lửa mà chỉ yêu cầu dạng mô
hình, không yêu cầu độ chính xác cao và không yêu cầu thể hiện đúng bản chất
vật lý thì không quá khó. Nhưng để mô phỏng được lửa đúng với các tính chất
vật lý của nó và hiệu ứng của lửa theo thời gian thực thì quả là một công việc
không dễ dàng. Đối với công việc này người ta phải nghiên cứu, xây dựng ra các
phương pháp và sẽ cài đặt bằng các ngôn ngữ lập trình thì mới có thể thể hiện
được yêu cầu.
Cũng như các đối tượng khác, mô phỏng lửa cũng có 2 cách thức riêng
biệt. Một là sử dụng các công cụ đã được xây dựng sẵn với độ chính xác không
19


cao, hai là sử dụng các ngôn ngữ lập trình thể hiện các phương pháp phức tạp
dựa trên cơ sở lý thuyết chặt chẽ.
1.2.2. Ý nghĩa của mô phỏng lửa

Lửa được xem là một trong những phát minh quan trọng nhất của nhân
loại. Lửa trở thành nguồn sống của con người, giúp con người thoát khỏi đời
sống nguyên sơ. Nhờ đó, lửa là sản vật thiêng liêng, vừa là khởi điểm cho những
sinh hoạt văn hóa cộng đồng của người sơ khai. Ngoài duy trì sự sống lửa còn
có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực sản xuất, vui chơi giải trí…
Có rất nhiều nguồn lửa khác nhau, để đảm bảo cho việc tính toán thiết kế
các ứng dụng của lửa được chính xác và sử dụng có hiệu quả vào cuộc sống việc
mô phỏng những ứng dụng của lửa trước khi đưa ra ứng dụng là vô cùng quan
trọng. Việc kiểm duyệt các thiết kế, các dự án liên quan khi đưa vào thực hiện
nhằm giảm thiểu các rủi ro do lửa gây ra. Ứng dụng mô phỏng lửa trong giáo
dục, đặc biệt là trong các trường công nghiệp, trường nghề đào tạo về chế tạo
máy, cơ khí,… các mô phỏng về lửa với các đối tượng khác hay các đối tượng
lửa với nhau sẽ giúp người học có một cái nhìn trực quan hơn, tiếp thu bài dễ
hơn. Ví dụ mô phỏng các loại đèn dùng trong quá trình đun nóng ở phòng thí
nghiệm hóa học.
Việc xây dựng các mô hình mô phỏng lửa và các hiệu ứng của lửa đang là
nhu cầu cấp thiết đối với ngành liên quan đến lửa, mà công nghệ mô phỏng cần
phải thực hiện. Tuy nhiên, đây vẫn đang là một thách thức lớn của công nghệ mô
phỏng.

20


CHƯƠNG 2. PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG LỬA
Trong chương 2 chúng ta cùng tìm hiểu phương pháp mô phỏng lửa, dùng
kỹ thuật nào để thực hiện nó, tìm hiểu đặc tính của ngọn lửa để mô phỏng nó
được chính xác và xem một số mô hình mô phỏng.
2.1. Phương pháp Particle-based
Mô phỏng lửa bằng phương pháp Particle Based phù hợp với việc tạo hiệu
ứng cho vụ cháy nổ. Ở đây không mô hình hóa bằng số rắc rối mà phần lớn là

sóng xung kích vô hình, phương pháp này sử dụng một mô hình chất lỏng không
nén được tương đối ổn định vào phép tính toán cho các chuyển động của không
khí và khí nóng. Lĩnh vực phân tán của chất lỏng được điều chỉnh trực tiếp vào
phép tính toán cho vụ nổ và sự phát sinh, mở rộng các sản phẩm của quá trình
đốt cháy khí. Hạt thấm vào trong chất lỏng theo dõi chuyển động của hạt nhiên
liệu và muội khi chúng được bổ sung thêm bằng chất lỏng. Đốt là mô hình sử
dụng một quá trình đơn giản nhưng hiệu quả chi phối bởi các hạt và hệ thống
chất lỏng. Phương pháp này có đủ linh hoạt để xịt xấp xỉ của chất lỏng cháy.
Báo cáo này tập trung vào một số ví dụ các vụ nổ khí, vụ nổ gần những trở ngại,
hạn chế các vụ nổ và thuốc xịt cháy. Bởi vì phương pháp này được dựa trên các
bước hội nhập thành phần cho phép thời gian lớn, nó chỉ đòi hỏi một vài giây
tính toán cho mỗi khung hình cho các ví dụ được hiển thị.
2.1.1. Kỹ thuật mô phỏng Particle-based
Mô hình hóa các hiện tượng như mây, khói, nước, lửa, điện... với các kỹ
thuật tổng hợp hình ảnh hiện tại rất khó khăn. Bề mặt của những đối tượng này
chưa được định nghĩa rõ ràng bằng các phương trình toán học mà rất phức tạp,
không có quy luật. Đặc biệt, chúng luôn chuyển động và hay thay đổi. Do đó các
đối tượng không định hình như thế này không thể được mô hình bằng các kỹ
thuật biến đổi thông thường dành cho các vật thể cứng hay các hiện tượng thông
thường khác trong đồ họa vi tính. Particle là một trong những phương pháp đặc
biệt được dùng để mô phỏng các đối tượng kiểu này.
2.1.1.1. Định nghĩa Particle System
Particle System là một tập hợp các thành phần hay các hạt (particle) riêng
biệt. Particle System điều khiển tập hạt đó, cho phép chúng hoạt động một cách
tự động nhưng với một số thuộc tính chung nhất định. [2] [4]
2.1.1.2. Đặc tính của Particle System [2]
Particle System có ba đặc tính riêng khác hẳn với các kỹ thuật tổng hợp
hình ảnh thông thường khác. Đó là:
1. Một đối tượng được biểu diễn không phải bởi 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 hình khối.

21


2. Particle System không phải là thực thể tĩnh mà chuyển động và thay đổi
hình dạng theo thời gian. Các hạt liên tục "chết đi" và các hạt mới được "sinh
ra".
3. Một đối tượng được biểu diễn bằng Particle System không được xác
định hoàn toàn, cả về đường nét lẫn hình dạng. Thay vào đó, nó được xác định
bằng các tiến trình ngẫu nhiên.
Trong việc mô hình hóa các đối tượng không định hình, phương pháp
Particle System có một số ưu điểm quan trọng so với các kỹ thuật hướng bề mặt
cổ điển:
1. Một 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
một khoảng thời gian xử lí của máy tính, ta có thể tạo ra nhiều quá trình xử lí
hơn, xây dựng hình ảnh phức tạp hơn. Cũng do đơn giản hơn nên việc tạo hiệu
ứng nhòe khi chuyển động cho particle sẽ dễ dàng hơn. Việc tạo hiệu ứng nhòe
cho khi đối tượng di chuyển nhanh phần lớn đã bị bỏ qua trong kỹ thuật tổng
hợp hình ảnh cho đến ngày nay.
2. Định nghĩa mô hình được xác định theo thủ tục và được điều khiển bởi
các số ngẫu nhiên. Do đó, việc nhận về một mô hình với độ chi tiết cao.
3. Không yêu cầu một thời gian thiết kế lớn như trong các hệ thống hướng
bề mặt. Vì nó là theo thủ tục, một Particle System có thể tự điều chỉnh mức độ
chi tiết của nó để phù hợp với tập các 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.
4. 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.

Particle System là một ý tưởng đã có từ lâu. Khoảng 50 năm trước thì
những trò chơi vi tính đầu tiên cũng đã sử dụng rất nhiều các pixel chuyển động
để tạo ra vụ nổ của vũ khí (SpaceWar - 1962, Asteroids - 1978...). Particle
System cũng đã được sử dụng để tạo ra các hiệu ứng 3D trong các bộ phim từ
những năm 1980. Alvy Ray Smith và Jim Blinn sử dụng particle để mô hình hóa
việc hình thành và chết đi của các vì sao trong các dải ngân hà trong Cosmos,
một seri phim truyền hình về nguồn gốc sự sống và vị trí của trái đất trong vũ trụ
được phát hành lần đầu năm 1980. Star Trek II, bộ phim nổi tiếng về đề tài chiến
tranh vũ trụ được phát hành năm 1982 cũng sử dụng kỹ thuật Particle System để
xây dựng hiệu ứng các vụ nổ ngoài vũ trụ.
2.1.2. Mô hình mô phỏng hiệu ứng lửa bằng Particle-based
Trong môi trường tự nhiên với hầu hết mọi người các vụ nổ là may mắn
xuất hiện hiếm hoi, song chúng xuất hiện ở khắp nơi trong môi trường nhân tạo,
do con người tạo ra. Phim và các tình tiết của kịch bản truyền hình, trò chơi
video,… cũng không ngoại lệ. Môi trường phát triển cho mô phỏng huấn luyện
22


thường xuyên tập trung vào các tình huống bạo lực hoặc nguy hiểm, vì vậy nó
cũng thường bao gồm một số hình thức của hiện tượng nổ. Phương pháp Particle
based tạo hiệu ứng động cho các vụ nổ thực tế như thể hiện trong hình 2.1.

Hình 2.1.2.1.1. Vụ nổ bên cạnh bức tường

Định nghĩa chính xác về một vụ nổ khác nhau tùy thuộc vào hoàn cảnh,
một vụ nổ nói chung bao gồm một bản phóng thích đột ngột của năng lượng tạo
ra một áp lực phía trước hướng ra bên ngoài lan truyền, hoặc sóng xung kích. Vụ
nổ có thể phát sinh từ cơ học, hóa chất, hạt nhân, hoặc các sự kiện khác. Sóng
xung kích là hiệu ứng chính của một vụ nổ, nhưng nó di chuyển ở tốc độ siêu
âm và chỉ biểu hiện rõ ràng là một sự khúc xạ của ánh sáng. Ngoại trừ trường

hợp đặc biệt, vụ nổ mạnh mẽ, hiệu ứng khúc xạ gần như hoàn toàn vô hình. Tác
dụng phụ có thể bao gồm nhấp nháy sáng của ánh sáng, lửa, bụi và các mảnh
vụn bay. Đáng chú ý những tác dụng phụ có thể được hiện ra khá rõ ràng.
Theo thiết kế, các vụ nổ thực tế sử dụng cho hiệu ứng hình ảnh thường hạn
chế tối đa sức mạnh của vụ nổ, tối đa hóa sự xuất hiện của tác dụng phụ. Đặc
biệt, quả cầu lửa có ấn tượng lớn ngay cả khi sản xuất ngọn lửa số lượng tối
thiểu. Một lý do cho độ lệch từ thực tế này là sóng nổ mạnh rất khó để nhìn thấy
nhưng cực kỳ nguy hiểm, lực làm chấn động của một vụ nổ mạnh và mảnh vỡ
tốc độ cao có thể gây tử vong ngay khi ở một khoảng cách hợp lý. Ngược lại,
quả cầu lửa lớn trông rất ấn tượng và phần nào an toàn hơn để làm việc với nó.
Cả hai vụ nổ hạt lơ lửng và các vụ nổ lỏng, hơi có thể tạo ra quả cầu lửa
lớn. Một hạt lơ lửng, bụi, vụ nổ xảy ra khi một hạt rất dễ cháy như thuốc súng,
than, mùn cưa, hoặc bột, được phân tán qua một khối không khí và sau đó đốt
cháy. Cơ chế phát tán bụi có thể bao gồm rung động hay một vụ nổ ban đầu nhỏ
hơn. Vụ nổ lỏng, hơi xảy ra tương tự một hạt dễ cháy, hơi của nó được phân tán
và sau đó đốt cháy. Một ví dụ nổi tiếng của một kịch bản phát tán chất lỏng, hơi
được biết đến như một BLEVE (Boiling Liquid Expanding Vapor Explosion),
xảy ra khi một thùng kín chất lỏng dễ cháy được làm nóng. Sức nóng làm bay
23


hơi chất lỏng trong container, tạo áp lực cho đến khi bị vỡ thùng chứa, xịt một
hỗn hợp chất lỏng dễ cháy và hơi ra môi trường xung quanh nơi nó có thể được
đốt cháy bằng bất cứ nguồn đã được làm nóng các thùng chứa.
Sự xuất hiện ngẫu nhiên của hạt lơ lửng và các vụ nổ lỏng, hơi có thể phá
hủy và chết người, người làm trong lĩnh vực hỏa công có thể sử dụng chúng để
tạo sự xuất hiện với hiệu quả mong muốn. Tuy nhiên, ngay cả người trong nghề
với bàn tay khéo léo, vẫn còn tốn kém và nguy hiểm tiềm tàng.
Phương pháp mô phỏng Particle mô tả một thiết kế để thực tế mô hình hành
vi của các vụ nổ hạt lơ lửng. Mặc dù phương pháp này chủ yếu dành cho các

tình huống liên quan đến các hạt bụi, song nó hoạt động khá tốt linh hoạt đối với
một số kịch bản liên quan đến xịt chất lỏng cháy.
Phương pháp này sử dụng một chất lỏng mô phỏng động lực tương đối ổn
định để tính toán chuyển động của không khí và khí nóng xung quanh vụ nổ.
Hạt thấm vào trong chất lỏng theo dõi chuyển động của nhiên liệu đốt và các sản
phẩm hạt bổ sung bằng chất lỏng. Các mô hình hệ thống đốt sử dụng quá trình
đơn giản nhưng hiệu quả chi phối bởi các hạt và hệ thống chất lỏng.
Không giống như phương pháp Physically-based tiếp cận các vụ nổ sinh
động, phương pháp Particle-based không mô hình sóng xung kích số lượng
phiền hà cũng như hiện tượng áp lực thoáng qua khác được tạo ra bởi vụ nổ.
Thay vào đó nó sử dụng một mô hình chất lỏng không nén được nhanh gọn và
điều chỉnh phân tán vào hoạch toán cho các thế hệ mở rộng sản phẩm cháy khí.
Thực hiện MATLAB kết quả đòi hỏi không quá một vài giây tính toán cho mỗi
khung hình trên một máy trạm để mô phỏng chuyển động.
2.1.3. Bối cảnh
Nỗ lực đáng kể đã được hướng vào việc tạo hiệu ứng nổ và các hiện tượng
liên quan như lửa. Particle systems được xem như một phương tiện để mô hình
ngọn lửa và các đối tượng khác thiếu ranh giới cứng, là một trong những phương
pháp sinh động thường được sử dụng nhất cho các vụ nổ, nhiều hệ thống phát
triển sử dụng các quy tắc heuristic để di chuyển các hạt màu để tạo ra sự xuất
hiện của một vụ nổ hoặc cháy.
Sức mạnh chính và hạn chế của các hệ thống này phụ thuộc vào kỹ năng
người sử dụng chọn các thông số mang lại kết quả thực tế. Phương pháp tiếp cận
Particle Systems chỉ đơn giản là nơi các quy tắc theo kinh nghiệm đã được thay
thế bằng quy định chặt chẽ hơn dựa trên cơ sở vật lí cơ bản. Cơ sở vật lý tạo
điều kiện đạt được kết quả thực tế cho một phạm vi rộng lớn hơn của điều kiện
bằng cách thêm các quy tắc gần đúng của thế giới thực.
Trước đây trong đồ họa mô hình vụ nổ Physically-based tập trung vào làn
sóng chấn động và ảnh hưởng của các vật thể rắn. Vụ nổ xấp xỉ như một làn
sóng dạng cầu mở rộng với một cấu hình áp lực được xác định bởi một xấp xỉ

phân tích số liệu thực nghiệm. Khi làn sóng mở rộng gặp đối tượng trong môi
trường, nó được áp dụng lực xuyên tâm đến các đối tượng. Nếu các lực vượt quá
24


ngưỡng sau đó các kết nối sẽ bị phá vỡ. Một cách tiếp cận tương tự chiếm góc
giữa sóng xung kích và bề mặt pháp tuyến đối tượng.
Một cách chính xác hơn, nhưng tốn kém hơn nhiều là mô hình sóng nổ nơi
vụ nổ được mô hình hóa bằng cách sử dụng mô phỏng chất lỏng nén. Lực dựa
trên chênh lệch áp suất cho các đối tượng trong môi trường làm cho chúng di
chuyển hoặc gãy xương. Mặc dù phương pháp này mô hình nhiễu xạ và các hiệu
ứng phản chiếu tốt, đối phó với áp lực dốc và gradient mật độ trong chất lỏng
làm cho phương pháp tính toán rất tốn kém. Ngoài việc mô hình hóa các sóng
xung kích, cũng có thể giải quyết mô hình hóa các hiệu ứng phụ của ngọn lửa và
khuấy đều bụi.
Phương pháp Particle-based tập trung vào mô hình ngọn lửa kết hợp với sự
bùng nổ chứ không phải là sóng xung kích. Thay vì sử dụng mô phỏng một chất
lỏng nén trong điều kiện xấu, phương pháp này sử dụng một mô phỏng chất lỏng
không nén được và tạo ra những dòng chảy mở rộng gây ra bởi sự bùng nổ với
những hạn chế về phân kỳ của các trường dòng chảy. Phương pháp này cũng bao
gồm một mô hình quá trình đốt cháy để tạo ra quả cầu lửa thực tế hơn.
Ngoài các vụ nổ, các nhà nghiên cứu trong cộng đồng đồ họa cũng đã điều
tra phương pháp mô hình hóa các chuyển động của các chất khí như khói hay
sương mù sử dụng ba chiều chất lỏng mô phỏng động lực.
Mô hình chất lỏng sử dụng để mô hình lửa là tốt. Sử dụng một mô hình
chất lỏng và tiếng ồn để tạo ra ngọn lửa tăng. Một loạt các hiệu ứng ngọn lửa có
sức thuyết phục, bao gồm quả cầu lửa lớn, được tạo ra bằng cách mô phỏng
chuyển động của các dòng trong một dòng chảy hỗn loạn và sau đó áp dụng kết
cấu lửa cho các dòng. Một mô hình đốt theo dõi chuyển động của các loại khí dễ
cháy trên lưới điện chất lỏng.

Phương pháp mô tả tạo ra ngọn lửa thực tế cho tình huống mà quá trình đốt
cháy xảy ra dọc theo biên giới rất nhỏ giữa khí dễ cháy và một môi trường oxy
hóa. Quá trình đốt cháy tạo ra nhiệt và dòng chảy chất lỏng ở khí, không khí
ranh giới được điều chỉnh để mở rộng. Phương pháp này cho kết quả tuyệt vời
khi đốt cháy nhanh chóng chỉ xảy ra dọc theo phía trước mỏng, nó không thích
hợp với các tình huống lây lan khu vực đốt trên một khối lượng đáng kể.
Các công việc khác liên quan đến đồ họa bao gồm phương pháp mô hình
lửa trong các tòa nhà, lửa lan truyền trên bề mặt, nổ như hiệu ứng... Bên ngoài
của đồ họa, các nhà nghiên cứu đã thực hiện một khối lượng công việc phát triển
các phương pháp để mô phỏng các vụ nổ và cháy. Đồ thị biến mô phỏng lửa
(Fire Dynamics Simulator - FDS) là phù hợp nhất với cách tiếp cận lửa. Một số
lựa chọn quan trọng thực hiện trong FDS bao gồm: điều kiện bình lưu máy tính
sử dụng một chương trình bán Lagrangian vô điều kiện ổn định, hạn chế sử dụng
phân kỳ trực tiếp, tăng cường sử dụng chất lỏng chuyển động xoáy giam và theo
dõi chất phản ứng vi hạt sử dụng một particle system.

25