DSpace at VNU: Nghiên cứu một số kỹ thuật tính toán va chạm trong thực tại ảo

Nghiên cứu một số kỹ thuật tính toán
va chạm trong thực tại ảo
Research some collision computation techniques in virtual reality
NXB H. : ĐHCN, 2014 Số trang 58 tr. +

Đỗ Thị Chi
Đại học Công nghệ
Luận văn ThS ngành: Hệ thống thông tin; Mã số: 60480104
Người hướng dẫn: PGS.TS Đỗ Năng Toàn
Năm bảo vệ: 2014
Keywords: Kỹ thuật tính toán va chạm; Công nghệ thông tin; Thực tại ảo; Phương pháp
tin học đặc biệt
Content
Ngày nay, sự phát triển của máy tính đã đem đến cho con người những cơ hội mới để nghiên cứu
các vấn đề của thực tế. Bằng việc xây dựng lên môi trường thực tại ảo, con người có thể xây dựng
thế giới thực vào máy tính, mô phỏng những sự kiện có thật hoặc giả định trong thực tế vào vi
tính để tìm hiểu.
Thực tại ảo (VR – Virtual Reality) [1] là một trong những lĩnh vực phát triển nhanh nhất của
công nghệ máy tính, phát hiện va chạm là một trong những phần thiết yếu quan trọng của VR.
Các ứng dụng VR ngày càng trở nên hấp dẫn và phong phú hơn đặc biệt là trong lĩnh vực y học,
kiến trúc, kỹ thuật, khoa học, giáo dục và giải trí. Trong môi trường ảo, hầu hết các ứng dụng đều
ở chế độ tạo mẫu ảo. Các đối tượng được tạo ra trong thế giới nhân tạo ở dạng mô hình hình học.
Việc tạo ra các mô hình đối tượng có độ chân thực và sức hấp dẫn hoàn toàn phụ thuộc vào
cách ta lựa chọn phương pháp để thể hiện chúng. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược
điểm riêng, vì thế tuỳ vào mức độ quan trọng của đối tượng trong hệ mà ta có thể chọn phương
pháp phù hợp để xây dựng. Và bước đầu tiên là phải hiểu biết một cách chắc chắn về phương
pháp, do đó việc tìm hiểu xây dựng các đối tượng và các kỹ thuật phát hiện va chạm của các đối
tượng trong Thực tại ảo là một công việc điển hình.
Vấn đề về va chạm thường là những vấn đề rất khó nghiên cứu trong thực tế, chẳng hạn
như va chạm giữa các ô tô, xe máy hay lớn hơn nữa là tàu hỏa, máy bay… Những vấn đề này đã
được nghiên cứu thử nghiệm trong thực tế nhưng còn rất nhiều hạn chế vì nhiều lý do, còn rất

nhiều trường hợp va chạm mà chúng ta cần nghiên cứu nhưng chưa thể thực hiện được. Một vấn
đề khác đó chính là chi phí cung cấp cho việc thử nghiệm trên thực tế là quá lớn. Chính vì vậy
giải pháp sử dụng máy tính để mô phỏng các vụ va chạm này là rất cần thiết. Đây là một vấn đề
hết sức cần thiết cho cuộc sống của con người.
Nội dung của luận văn đề cập đến vấn đề phát hiện va chạm và một số kỹ thuật được sử
dụng để phát hiện va chạm trong thực tại ảo. Có nhiều phương pháp khác nhau để phát hiện va
chạm giữa các đối tượng chuyển động trong thực tại ảo, một số cách tiếp cận tập trung vào tốc độ
xử lý, một số khác thì xem độ chính xác là vấn đề chính. Tuy nhiên, hiệu suất của thuật toán liên
quan đến độ phức tạp và độ khó khi thực hiện. Lin và đồng nghiệp [7] phân loại phương pháp dựa
trên việc sử dụng loại mô hình hình học, trong khi Jimenez và đồng nghiệp [6] quan tâm đến quá

1


trình va chạm. Bài viết tổng hợp một số nghiên cứu phát hiện va chạm trong những năm gần đây.
Các phương pháp tiếp cận khác nhau đều có những ưu điểm và khuyết điểm riêng. Có hai cách
tiếp cận phổ biến là: sử dụng khối bao và phân vùng không gian mà chúng ta sẽ tìm hiểu chi tiết ở
phần sau.
Mục tiêu nghiên cứu của đề tài là:
-

Tìm hiểu về lý thuyết va chạm và bài toán phát hiện va chạm.

-

Tìm hiểu một số kỹ thuật phát hiện va chạm trong thực tại ảo.

-

Cài đặt thử nghiệm.

Từ nội dung đề ra và mục tiêu nghiên cứu của đề tài, nội dung luận văn gồm có 3 chương:


Chương 1: Nghiên cứu tổng quan về lý thuyết va chạm và bài toán phát hiện va chạm; Các
ứng dụng quan trọng trong việc phát hiện va chạm; Đưa ra cái nhìn tổng quan về một số
phương pháp phát hiện va chạm phổ biến hiện nay.



Chương 2: Nghiên cứu một số kỹ thuật phát hiện va chạm phổ biến dựa trên khối bao và
kỹ thuật phân cấp khối bao dựa trên các khối bao cơ sở.



Chương 3: Chương trình cài đặt thực nghiệm với một số kỹ thuật trên, từ đó đánh giá và
so sánh dựa trên các kết quả thu được từ chương trình.

References
[1] C. Burdea, Philippe Coiffet, “Virtual reality Technology”, Wiley, 2003
[2] Francisco Madera, “An Introduction to the Collision Detection Algorithms”, Facultad de

Matema’ticas, UADY, 2011.
[3] Stefan Kimmerle, “Bounding Volume Hierarchies”, IEEE VR Tutorials, 2005.
[4] Kasper Fauerby, “Improved Collision detection and Response”, 2003.
[5] Andrew Kickertz, “Collision detection algorithms”, 2012.
[6] P. Jime’nez and F. Thomas and C. Torras, “3D Collision Detection: A Survey”, Journal of

Computers and Graphics, vol. 25, No. 2, pp 269-285, 2001.
[7] Ming C. Lin and S. Gottschalk, “Collision detection between geometric models: A survey”,

Proc. of IMA Conference on Mathematics of Surfaces, pp 25-32, 1998.
[8] Jonas Spillmann and Markus Becker and Matthias Teschner, “Efficient Updates of Bounding

Sphere Hierarchies for Geometrically Deformable Models”, Journal of Vis. Comun., vol. 18,
No. 2, pp 1047-3203, 2007.
[9] G. Bradshaw and C. O'Sullivan, “Adaptive Medial Axis Approximation for Sphere-Tree

Construction”, ACM Transactions on Graphics, vol. 23, No. 1, pp. 1-26, 2004.
[10] D. James and D. Pai, “BD-Tree: Output-Sensitive Collision Detection for Reduced

Deformable Models”, ACM Transactions on Graphics , vol. 23, No. 3, 2004.
[11] B. Chazelle and D. P. Dobkin, “Intersection of convex objects in two and three dimensions”,

Journal of the ACM, JACM, vol. 34, No. 1, pp. 1-27, 1987.
[12] Larssont., Akenine-Mollert. “A Dynamic Bounding Volume Hierarchy for Generalized

Collision Detection”, In Workshop on Virtual Reality Interactions and Physical Simulations
(2005), pp. 91–100.
[13] Aristides G. Requicha, “Representations for Rigid Solids: Theory, Methods, and Systems”,

ACM Computing Surveys, vol. 12, No. 4, pp 437-464, 1980.

2


[14] Garcia - Alonso, A., Serrano, N., and Flaquer, J, “Solving the collision detection problem”,

IEEE Computer Graphics and Applications 14, 3 (May1994), 36 - 43.
[15] Hamzah Asyrani Sulaiman, Abdullah Bade , “Bounding Volume Hierarchies for Collision

Detection”
[16] Herman J.Haverkort, “Introduction to bounding volume hierarchies”, 2004
[17] S. Gottschalk, M.C.Lin, D.Manocha, “OBBTree: A hierarchical Structure for Rapid

Interference Detection”.
[18] David Eberly, “Dynamic Collision Detection using Oriented Bounding Boxes”, 2008.
[19] Stefan Gottschalk, “Collision Queries using Oriented Bounding Boxes”, 2000
[20] Ming Chieh, “Efficient Collision Detection for Animation and Robotics”, 1993, University of

California, Berkeley. P.159

3