PHẦN MỞ ĐẦU Ngày nay, mô phỏng vi tính đã ngày càng chứng tỏ vai trò quan trọng trong đời sống cũng như trong nghiên cứu , khoa học, kỹ thuật và trong giảng dạy. Mô phỏng hiện diện ở hầu như mọi lĩnh vực kinh tế, chính trị, khoa học, đời sống hiện nay. Sự phát triển mạnh mẽ về công nghệ phần cứng đã giúp cho các phần mềm mô phỏng ngày càng đáp ứng được những đòi hỏi khắt khe và sát với thực tế hơn. Điều này làm cho công nghê ̣ mô phỏng vi tính đươ ̣c phát triể n và ứng dụng vào thực tế cuộc sống sâu hơn và rộng rãi hơn.
Lửa là một loại vật chất đặc biệt không thể thiếu trong cuô ̣c sống đời thường cũng như trong khoa học, kĩ thuật và giảng dạy trong nhà trường. Do tầm quan trọng cũng như những tác hại to lớn mà nó có thể mang lại, mô phỏng lửa trở thành một công cụ nghiên cứu quan trọng về lửa trong việc trình diễn những vẻ đe ̣p huyề n ảo , ứng dụng thực tế trong đời sống và ngăn ngừa các thảm họa về lửa cũng như tận dụng được nguồn năng lượng ẩn chứa trong ngọn lửa trong viê ̣c nghiên cứu khoa ho ̣c và giảng da ̣y trong nhà trường. Việc nghiên cứu và ứng dụng vào việc mô phỏng lửa cũng có rấ t nhiều phương pháp nghiên cứu như: phương pháp đa giác , phương pháp bề mă ̣t và phương pháp đường biên …., tôi thực hiện đề tài “Nghiên cứu, kỹ thuật mô phỏng lửa bằng phương pháp Particle và ứng dụng” nhằm nghiên cứu về một phương pháp đặc biệt sử dụng trong mô phỏng nói chung cũng như mô phỏng lửa nói riêng. Tôi hi vọng đề tài này sẽ đem lại một số kiến thức thực tế và ứng dụng của mô phỏng lửa vào công nghệ giải trí , nghiên cứu kh oa ho ̣c, nghiên cứu ứng dụng lửa ngăn chă ̣n các thảm ho ̣a về lửa và ứng du ̣ng của mô phỏng này vào những th í nghiệm giảng dạy trong nhà trường khi thí nghiê ̣m này phải cầ n đến lửa.
Viê ̣c ứng du ̣ng công nghê ̣ thông tin vào quá trình giảng da ̣y trong nhà trường đang là mô ̣t nhu cầ u thiế t yế u cu ̣ thể , nhấ t là viê ̣c xây dựng bài giảng điê ̣n tử là mô ̣t công viê ̣c đổ i mới phương pháp giảng da ̣y truyề n thố ng trong nhà trường phổ thông. Do đó đưa công nghê ̣ thực ta ̣i ảo vào mô phỏng các thí nghiê ̣m đã và đang là mô ̣t nhu cầ u thiế t yế u và cầ n làm trong giai đoa ̣n hi ện nay. Là một giảng viên trong trường Cao đẳng Sư phạm tôi thấy mình cũng phải có trách nhiệm trong công việc đổi mới phương pháp giảng dạy nên tôi đã chọn đề tài: “Nghiên cƣ́u kỹ thuâ ̣t mô phỏng lƣ̉a bằ ng phƣơng pháp Partical và ứng dụng”. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 Luâ ̣n văn gồm 3 chương: CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ MÔ PHỎNG LỬA Chương này giới thiệu một cách tổng quan về thực tại ảo và mô phỏng.
Phần đầu của chương trình bày khái niệm, tầm quan trọng, ưu điểm và nhược điểm của thực ta ̣i ảo, hê ̣ thực ta ̣i ảo trong mô phỏng. Tiếp sau đó là tầm quan trọng của lửa và ý nghĩa của mô phỏng lửa. CHƢƠNG 2: MÔ PHỎNG LỬA BẰNG KỸ THUẬT PARTICLE Căn cứ vào những tin ́ h chấ t lý ho ̣c , đô ̣ng lực ho ̣c của lửa và tiń h chấ t của Patical, Patical system. Chương này trình bày về cơ sở của lý thuyế t của kỹ thuật Particle, Patical system một kỹ thuật được sử dụng trong mô phỏng lửa.
Phần đầu chương trình bày về khái niệm và một số tính chất cơ bản của kỹ thuật Particle sau đó là ứng dụng cách xây dựng mô phỏng cho ngọn lửa bằng phương pháp Particle System. CHƢƠNG 3: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM Chương này dựa vào các cơ sở lý thuyế t trình bày ở chương trước để viết chương trin ̀ h thử nghiệm mô phỏng lửa bằng kỹ thuật Particle và Particle system. Phần cuối chương trình bày một số kĩ thuật liên quan khác được sử dụng trong xây dựng chương trình thử nghiệm như VRML, Billboard. Do thời gian và khả năng có hạn, nên trong tài liệu cũng như trong chương trình thử nghiệm không thể tránh được những sai sót.
Rất mong nhận được sự quan tâm, giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các thầy cô, bạn bè để tôi có thể áp dụng được đề tài vào nhiều lĩnh vực thiết thực trong cuộc sống , trước tiên là ứng dụng của đề tài trong việc xây dựng cá c hiǹ h tươ ̣ng ngo ̣n lửa trong phòng thí nghiê ̣m khi xây dựng các thí nghiê ̣m ảo, các hình tượng lửa trong phong cảnh hoă ̣c áp du ̣ng vào những bài kể chuyê ̣n phu ̣c vu ̣ cho công viê ̣c giảng da ̣y ở các bâ ̣c học M ầm non , hoă ̣c lớn hơn l à thực tại ảo trong việc mô phỏng các thảm họa do lửa gây ra. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 5 CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ MÔ PHỎNG LỬA Tổng quan về thực tại ảo và hệ thống thực tại ảo Mô phỏng lửa và ý nghĩa 1. Tổng quan về thực tại ảo 1. Định nghĩa VR- Virtual Reality - Thực Tế Ảo là một thuật ngữ mới xuất hiện 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. 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.[4](approve sites) Sự hình dung liên quan đến các tác động đầu ra mà máy tính tạo ra về thị giác, thính giác hay các giác quan khác khi người sử dụng tương tác với thế giới bên trong máy tính. Thế giới này có thể là các mô hình được thiết kế với sự trợ giúp của máy tính, là sự mô phỏng hay là cách nhìn nhận một cơ sở dữ liệu. Hệ thống có thể có tính động, có các mô phỏng vật lý hay các hoạt cảnh. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 Ngày nay, ứng dụng của thực tại ảo có thể thấy được rất nhiều trong thế giới hàng ngày của chúng ta.
Khi tiến hành mua ô tô qua mạng, người mua rất cần thấy được hình ảnh trực quan của chiếc ô tô cần mua, quan sát từ nhiều góc độ, thậm chí có thể thử độ rung xóc, các hiệu ứng khi vận hành xe. Một số ứng dụng thực tại ảo thể hiện các hiệu ứng khó có thể đạt được trong những điều kiện thông thường như việc thể hiện các vụ thử hạt nhân, các thí nghiệm khoa học, các hệ thống điều khiển không lưu. Đặc điểm của một hệ thống thực tại ảo : 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 tương tác với mô hình ảo, trong đó tương tác được mô phỏng từ thao tác với các đối tượng thực. Điều này xác định một đặc tính chính của VR, 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. Các phương pháp hiển thị có độ phân giải và tốc độ cao lôi cuốn người sử dụng tạo cảm giác như trong thực tế khả năng thu hút của VR góp phần lớn vào cảm giác đắm chìm (immersion), 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.
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 VR các cảm giác này cũng ít được sử dụng đến. Như trên đã trình bày, 2 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 7 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 là tổng hợp của 3 yếu tố: Tương tác- Đắm chìm- Tưởng tượng, (3 I trong tiếng Anh: Interactive- Immersion- Imagination). Một số loại hệ thống thực tại ảo 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.