T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 1(45) Tập 2/N¨m 2008 Kỹ thuật mô nước Particle-based ứng dụng thực ảo Nguyễn Văn Huân - Phạm Việt Bình - Đỗ Thị Bắc- Ngô Thị Lan Phương Phạm Bá Mấy (Khoa Công nghệ thông tin - ĐH Thái Nguyên) Đặt vấn đề Nước thành phần thiếu sống phục vụ cho đời sống hàng ngày, sản xuất, sống người Việc nghiên cứu mô nước công việc thiếu người Nó giúp việc mô phỏng, đánh giá chất lượng thực nguồn nước để từ có biện pháp thích hợp việc xử lý nguồn nước phục vụ cho nhu cầu sống người Báo cáo đưa phương pháp Particle-based (hay gọi phương pháp Lagrangian), cho phép mô tả chất lỏng sử dụng phần tử (particles) Bằng cách trực dõi phần trình phần tử di chuyển qua miền trống Phương pháp particle không trọng việc bảo toàn khối lượng cung cấp khái niệm mô khung đơn giản, linh hoạt Mô Particle-based sử dụng cách tiếp cận luân phiên – SPH, phát triển Lucy, Gingold Monaghan Với cách tiếp cận phần tử khối chất lỏng trì thuộc tính khác mật độ, khối lượng, vận tốc.v.v…và thuộc tính theo dõi suốt trình mô Từ khóa: Particle, Lagrangian, SPH_Smoothed Particle Hydro Dynamics Kỹ thuật mô Chất lỏng biểu diễn cách phát triển phần tử suốt không gian thời gian Mô particle thường thực theo bước sau: lực khác tính tích lũy cho particle Sau lực sử dụng để thay đổi vận tốc cuối chúng sử dụng để cập nhật vị trí particle Ở bước cuối cùng, vận tốc tính lại cách lấy vị trí giãn trừ vị trí trước Lý phải tính lại vận tốc độ giãn (the relaxation displacements) tương đương với xung lực áp dụng với vận tốc lúc bắt đầu bước Những xung lực tính vị trí gần vị trí cuối (ở chỗ vị trí dự đoán vị trí cuối cùng) Bằng trực giác, sử dụng lực tồn xa ngăn chặn tính không ổn định cách dự đoán trạng thái khó phản ánh lại trước chúng thực xảy 128 Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 1(45) Tập 2/N¨m 2008 Như vậy, tính không nén không nhóm được thể cách thực thủ tục nới lỏng (làm giảm - relaxation) mật độ kép, hiệu ứng chất dẻo đàn hồi không tuyến tính thu cách thêm lực co dãn vào khoảng trống phần tử Các bước mô mô tả chi tiết thuật toán sau: Mô tả bước thực hiện: Đầu tiên, cập nhật vận tốc particle tùy theo trọng lực vận tốc (dòng đến 5) Ghi lại vị trí trước di chuyển particle tùy theo vận tốc chúng Dòng 12 đến 15: thay đổi spring (lực co dãn) dựa vào độ dài sử dụng lực spring thay particle Đảm bảo tính bảo toàn khối lượng tính không nhóm (dòng 16) Cuối cùng, va chạm particle vật thể tĩnh/động giải vận tốc particle tính lại Minh họa hình ảnh: (1) Áp đặt trọng lực cho particles (2) Áp đặt trọng lực tính nhớt cho particles 129 Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 1(45) Tập 2/N¨m 2008 (3) Áp đặt trọng lực tính nhớt cho particles (4) Áp đặt trọng lực tính nhớt cho particles Dự đoán vị trí Dự đoán vị trí Làm giảm mật độ lực co dãn (5) Đặt lại vị trí cho particles (6) Áp đặt trọng lực tính nhớt cho particles Dự đoán vị trí Làm giảm mật độ lực co dãn Đặt lại vị trí thu vận tốc (7) Tổng quan trình dịch chuyển Particles Lưu ý: Để thực thuật toán trên, cần giải ba vấn đề lớn sau: Thứ nhất, Làm giảm mật độ kép (dòng 16) Để làm giảm mật độ kép, tiến hành giảm mật độ áp suất nhằm tối thiểu hóa hệ số nén, chuyển thành ràng buộc cục để trì mật độ không thay đổi Chúng ta tính mật độ particle i theo công thức sau: Rij = | rij | ; rij = xj - xi N(i) : Tập hợp particle láng giềng nằm phạm vi bán kính tương tác h j: Các láng giềng particle i 130 Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 1(45) Tập 2/N¨m 2008 Sau đó, thực phục hồi tính không nén Phục hồi tính không nén được thực thi vòng lặp toàn cục particle i Phép lặp vòng lặp bao gồm bước hàng xóm j particle i Bước đầu tiên, ước lượng mật độ cục particle i cách tính tổng trọng lượng hàng xóm chúng Nếu mật độ cao ρ0, hàng xóm bị đNy xa, thấp chúng kéo vào gần Thứ hai, Biểu diễn mặt phân cách (dòng 5,12,15) Biểu diễn mặt phân cách giới thiệu mô hình gồm tiến trình con: Tính co giãn hay tính đàn hồi, tính dẻo tính nhớt • Tính đàn hồi thể cách thêm tính co giãn vào particles • Tính dẻo đạt chiều dài co giãn đạt tới độ nghỉ • Tính nhớt thể cách trao đổi bán kính tương tác xác định vận tốc particles khác Thứ ba, Giải vấn đề va chạm với đối tượng (dòng 17) Nhằm phát va chạm đối tượng tính nhớt tương tác đối tượng để từ có điều chỉnh thích hợp vấn đề va chạm đảm bảo tính nhớt đối tượng Kết Phương pháp Particles-based dựa phần tử đa giác hay khối hình Polygon để tạo thành bề mặt nước, không tốt dùng để thể nước có kích thước nhỏ trông không thật khó khăn việc tạo hiệu ứng bề mặt, với bề mặt rộng lớn phương pháp tỏ ưu điểm vượt trội Nó thể tốt mặt nước với đầy đủ hiệu ứng sóng nước, giao thoa sóng nước, nước chảy, hiệu ứng in bóng nước phản chiếu ánh sáng.v.v… Thể mặt nước lưới đa giác Tóm tắt Báo cáo trình bày kỹ thuật particle – based, cho phép thực mô nước dựa vào việc mô tả chất lỏng sử dụng phần tử suốt không gian thời gian Kỹ thuật tạo hiệu ứng nước có cảm giác thật, lôi cho hệ vốn hình ảnh thật, tạo hài hoà, nhẹ nhàng cho chuyển động đối tượng Với cách tiếp cận phần tử khối chất lỏng trì thuộc tính khác ví dụ mật độ, khối lượng, vận tốc.v.v… Và theo dõi suốt trình mô 131 Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399 T¹p chÝ Khoa häc & C«ng nghÖ - Sè 1(45) Tập 2/N¨m 2008 Summary The paper presents particle –based technique which allows water modelling on describing liquid use particles during space and time It creates water effects with real feeling, harmonious and light for object movements With the approach, particles in liquid block maintaining diverse attributes, for examples: density, mass, velocity, and monitored during modelling process Tài liệu tham khảo [1] Nguyễn Văn Huân (Chủ biên) – Vũ Đức Thái (2006), Kỹ thuật lập trình mô giới thực dựa Morfit, Nxb Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội [2] Nguyễn Văn Huân - Phạm Việt Bình (2006), Xử lý hiệu ứng màu khí thực ảo, Kỷ yếu hội thảo quốc gia lần thứ 8, Hải Phòng [3] Nguyễn Văn Huân – Vũ Đức Thái, Một số kỹ thuật cải tiến xử lý hiệu ứng màu khí thực ảo, Hội nghị khoa học Khoa Công nghệ Thông tin - Đại học Thái Nguyên, 14/12/2005 [4] Nguyễn Văn Huân, Tổng quan mô nước thực ảo, Hội nghị khoa học Khoa Công nghệ Thông tin - Đại học Thái Nguyên, 10/12/2006 [5] ASCHER, U., AND BOXERMAN, E 2002 On the modied conjugate gradient method in cloth simulation (submitted to) The Visual Computer [6] Josh RobinsonMax VS Maya A direct comparision and analysis for Usage of Workplace, October, 11 2004 [7] Particle-based Viscoelastic Fluid Simulation Simon Claves, Philippe Beaudoin, and Pierre Poulin, LIGUM, Dept.IRO University De Montreal [8] Discontinuous Fluid Jeong-Mo Hong and Chang Hun-Kim Korea University 132 Viết thuê luận văn thạc sĩ Luanvanaz@mail.com - 0972.162.399