Download Luận văn Nghiên cứu một số vấn đề về động lực học chất rắn trong xử lý va chạm
MỤC LỤC
Trang
PHẦN MỞ ĐẦU 1
Chương 1:
KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ ĐỘNG LưỢNG HỌC CHẤT RẮN4
1.1. Khái quát về thực tại ảo (VR - Virtual Reality) 4
1.1.1. Thế nào là thực tại ảo? 4
1.1.2. Thực tại ảo và các đặc tính 5
1.1.3. Các thành phần chính trong thực tại ảo: 6
1.1.4 Ứng dụng của thực tại ảo và công cụ phát triển: 8
1.1.5. Công cụ phát triển ứng dụng thực tại ảo: 11
1.2. Động lượng vật rắn trong thực tại ảo: 13
1.2.1. Va chạm là gì? 13
1.2.2. Động lượng là gì? 15
1.2.3. Mối liên quan giữa động lượng và va chạm 15
Chương 2:MỘT SÔ VẤN ĐỀ VỀ ĐỘNG LưỢNG HỌC CHẤT RẮN16
2.1. Tính toán va chạm 16
2.1.1. Kĩ thuật phát hiện va chạm dựa vào hộp bao AABB 17
2.1.1.1. Định nghĩa hộp bao AABB 17
2.1.1.2. Phát hiện va chạm giữa hai AABB 12
2.1.2. Kỹ thuật hộp bao theo hướng (Oriented Bounding Boxes) 18
2.1.2.1. Định nghĩa hộp bao theo hướng (OBB) 18
2.1.2.2. Kiểm tra nhanh va chạm giữa hai hộp bao OBBs 20
2.1.3. Tìm điểm va chạm 25
2.1.4. Phát hiện va chạm khi các đối tượng di chuyển 31
2.2. Xử lý va chạm 31
2.2.1. Động lực học vật rắn 32
2.2.1.1. Mô ment quán tính ( Moment of Inertia) 32
2.2.1.2. Mô ment quay (Torque) 33
2.2.1.3. Mối liên hệ giữa mô ment quán tính và mô men quay 34
2.2.1.4. Vectơ trạng thái của đối tượng 34
2.2.1.5 Tính toán xung và lực ảnh hưởng 36
2.2.2. Xử lý các hiệu ứng về méo mó, biến dạng sau va chạm 38
2.2.2.1. Ý tưởng thuật toán 38
2.2.2.2. Hàm Open Uniform B-Splines 39
Chương 3:ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM40
3.1. Bài toán 40
3.2 Xây dựng hệ thống mô phỏng tình huống giao thông 40
3.3. Thực nghiệm 42
KẾT LUẬN 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Để tải bản DOC Đầy Đủ xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
nguyên thuỷ này ta sử dụng các thao tác như dịch chuyển, xoay, co giãn cùng với
các kỹ thuật chỉnh sửa như cắt xén, mở rộng, thêm bớt … để tạo nên đối tượng
mong muốn trong thế giới thực.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
12
Các đối tượng sau đó sẽ được bổ sung thêm xương (nếu có), tính chất bề mặt
(như màu sắc, da, tóc, mắt …) và được tạo các chuyển động mô phỏng một cách
sinh động các thể hiện của đối tượng trong thế giới thực.
Khi làm việc với các phần mềm ta sẽ thao tác trên 4 khung nhìn khác nhau
của đối tượng, 4 khung nhìn này sẽ cho ta nhìn được đối tượng đồng thời ở các góc
độ khác nhau.
- Các công cụ lập trình:
Công cụ lập trình trong các ứng dụng Thực tại ảo thường là các thư viện đồ
hoạ 3D được xây dựng sẵn, miễn phí như DirectX, OpenGL, OpenSG,
OpenSceneGraph. Trước đây, chúng ta hay sử dụng các thư viện OpenGL và
DirectX, nhưng do mức độ hỗ trợ người lập trình trong các thư viện đó chưa cao
nên người ta đã mở rộng chúng thành OpenSG, OpenSceneGraph.
Hai thư viện lập trình OpenSG, OpenSceneGraph được xây dựng trên nền
tảng OpenGL và đưa vào khái niệm rất mới đó là “Đồ thị ngữ cảnh” – Scene
Graphs. Theo đó, mỗi đối tượng được biễu diễn như là một cây ngữ cảnh, mỗi nút
Hình 1.7 Các khung nhìn khác nhau trong phần mềm Maya
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
13
có một nhân (core), nhân của mỗi nút có thể là một đối tượng geometry, đối tượng
transform, ánh sáng (light)...Việc Render một đối tượng xuất phát từ nút gốc, đi đến
từng nút lá và thực hiện các hành động tương ứng trong quá trình duyệt cây.
Trong OpenSG hỗ trợ các hàm và các đối tượng đồ hoạ cơ sở như Light,
Geometry, Transform, Material, Windows, Viewport,... ngoài nó còn hỗ trợ cơ chế
đa luồng, lập trình hiển thị stereo. Để sử dụng được thư viện OpenSG, bạn cần dùng
bộ biên dịch FrameNet, thông thường OpenSG hay dùng với ngôn ngữ lập trình
Visual C.Net. Để biết thêm về thư viện đồ hoạ OpenSG, bạn có thể tìm hiểu và
download miễn phí OpenSG tại địa chỉ:
1.2. Động lượng vật rắn trong thực tại ảo:
1.2.1. Va chạm là gì?
Trong ngôn ngữ hàng ngày va chạm xảy ra khi một vật va vào một vật khác,
các vật va chạm có thể là những quả bi a, một cái búa và cái đinh, một quả bóng
chày và chày đập bóng, và quá trình thường xuyên nũa là giữa các ô tô…
Vậy, va chạm là một sự kiện riêng lẻ trong đó một lực tương đối mạnh tác
dụng vào từng vật, trong hai hay hơn hai vật va chạm, trong một thời gian tương
đối ngắn. Ngoài ra, có thể nêu sự rõ ràng giữa các thời gian trước, trong và sau va
chạm.
Trước Đang Sau
Hình 1.8. Sơ đồ động trình bày một hệ có va chạm đang xảy ra
Biên giới của hệ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
14
Đường biên của hệ, bao quanh các vật trong các hình ấy cho ta biết rằng
trong một va chạm lý tưởng, chỉ có các nội lực (giữa các vật) là có tác dụng.
Khi một cây vợt đập vào quả bóng thì lúc bắt đầu và lúc kết thúc thực sự va
chạm có thể xác định được chính xác thời gian tiếp xúc vợt – bóng (chừng 4ms) là
ngắn so với thời gian mà bóng bay tới vợt và từ vợt bay đi. Hình 1.9 cho thấy lực
tác dụng vào bóng là đủ lớn làm cho bóng bị biến dạng tạm thời. Trong va chạm
giữa nắm đấm và bao cát thì thời gian lâu và dài hơn, ta trông thấy rõ sự biến dạng
trên bao cát, và bằng cảm giác chồn của nắm tay và cánh tay dưới.
Định nghĩa chính thức của ta về va chạm không đòi hỏi sự phá vỡ không
chính thức của ta. Khi một trạm thám sát đến gần một hành tinh lớn, quay quanh nó
và rồi lại tiếp tục hành trình của nó với một tốc độ tăng thêm (cuộc chạm chán kiểu
ná cao su) thì đây cũng là một va chạm. Trạm thám sát và hành tinh không thực sự
“chạm vào nhau” nhưng, va chạm không đòi hỏi phải có tiếp xúc và một lực va
chạm không cần là một lực tiếp xúc, nó có thể đơn thuần là một lực hấp dẫn.
Trong vật lý có nhiều kiểu va chạm: như va chạm đàn hồi một chiều, va
chạm không đàn hồi một chiều (trong bài toán va chạm một chiều), va chạm hai
chiều.
Hình 1.9 Bóng va chạm với vợt Nắm đấm bị núm vào bao cát
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
15
1.2.2. Động lượng là gì?
Động lượng là một từ có nhiều nghĩa trong ngôn ngữ hàng ngày, nhưng chỉ
có một nghĩa chính xác trong vật lý, động lượng (p) là một vectơ và được xác định
bởi khối lượng (m) và vận tốc (v), thông thường người ta bỏ đi chữ tuyến tính và nó
được dùng để phân biệt với động lượng góc, do m là một đại lượng vô hướng,
dương nên p và v có cùng hướng.
1.2.3. Mối liên quan giữa động lượng và va chạm
Trên thực tế động lượng có ảnh hưởng trực tiếp tới chuyển động của vật, bởi lẽ
khi một vật chuyển động thì nó liên quan tới hai yếu tố đó là khối lượng và vận tốc
mà khối lượng và vận tốc lại chính là động lượng.
Một vật đang chuyển động, hay đứng yên khi xảy ra va chạm thì đều làm cho
động lượng của chúng thay đổi. Sự thay đổi này còn phụ thuộc vào khối lượng của
vật và các vật trong một hệ vật. Khi xảy ra va chạm thì độ biến thiên động lượng
của vật hay hệ vật lại phụ thuộc vào xung lượng của lực tác dụng, ca hai vectơ này
có cùng đơn vị và cùng thứ nguyên.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
16
Chương 2:
MỘT SÔ VẤN ĐỀ VỀ ĐỘNG LƯỢNG HỌC CHẤT RẮN
2.1. Tính toán va chạm
Phát hiện va chạm là một trong những vấn đề trọng tâm của mỗi hệ thống
thực tại ảo. Các đối tượng trong các hệ thống thực tại ảo có những chuyển động
riêng của nó. Trong khi chuyển động đối tượng có thể va chạm với đối tượng khác,
hay có thể va chạm với môi trường, chướng ngại vật,... Do vậy, mỗi hệ thống thực
tại ảo đều phải có khả năng phát hiện khi nào thì có va chạm xảy ra và có những đối
tượng nào tham gia trong lần va chạm để có những xử lý hậu va chạm thích hợp.
Trong luận văn này, tui xem xét các đối tượng trong không gian ba chiều nên
khi nói đến va chạm có nghĩa là va chạm trong không gian ba chiều. Một cách đơn
giản nhất để phát hiện va chạm giữa hai đối tượng đó là kiểm tra từng mặt của đối
tượng này có cắt một mặt nào đó của đối tượng kia, cách này có ưu điểm là cho ta
chính xác điểm va chạm.
Tuy nhiên vì mỗi đối tượng 3D được tạo thành từ rất nhiều các mặt (thông
thường là các tam giác) cho nên chi phí để kiểm tra giao nhau của từng cặp mặt như
vậy là rất tốn kém về mặt thời gian, nhất là ta luôn phải đảm bảo tính thời gian thực
trong các hệ thống thực tại ảo.
Do vậy, hầu hết các hệ thống thực tại ảo đều sử dụng phương pháp gần đúng
để phát hiện va chạm, phương pháp gần đúng hay được sử dụng đó là phương pháp
dùng các hình bao quanh đối tượng [13]. Với mỗi đối tượng, ta tìm một hình bao
“thíc...
Download miễn phí Luận văn Nghiên cứu một số vấn đề về động lực học chất rắn trong xử lý va chạm
MỤC LỤC
Trang
PHẦN MỞ ĐẦU 1
Chương 1:
KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ ĐỘNG LưỢNG HỌC CHẤT RẮN4
1.1. Khái quát về thực tại ảo (VR - Virtual Reality) 4
1.1.1. Thế nào là thực tại ảo? 4
1.1.2. Thực tại ảo và các đặc tính 5
1.1.3. Các thành phần chính trong thực tại ảo: 6
1.1.4 Ứng dụng của thực tại ảo và công cụ phát triển: 8
1.1.5. Công cụ phát triển ứng dụng thực tại ảo: 11
1.2. Động lượng vật rắn trong thực tại ảo: 13
1.2.1. Va chạm là gì? 13
1.2.2. Động lượng là gì? 15
1.2.3. Mối liên quan giữa động lượng và va chạm 15
Chương 2:MỘT SÔ VẤN ĐỀ VỀ ĐỘNG LưỢNG HỌC CHẤT RẮN16
2.1. Tính toán va chạm 16
2.1.1. Kĩ thuật phát hiện va chạm dựa vào hộp bao AABB 17
2.1.1.1. Định nghĩa hộp bao AABB 17
2.1.1.2. Phát hiện va chạm giữa hai AABB 12
2.1.2. Kỹ thuật hộp bao theo hướng (Oriented Bounding Boxes) 18
2.1.2.1. Định nghĩa hộp bao theo hướng (OBB) 18
2.1.2.2. Kiểm tra nhanh va chạm giữa hai hộp bao OBBs 20
2.1.3. Tìm điểm va chạm 25
2.1.4. Phát hiện va chạm khi các đối tượng di chuyển 31
2.2. Xử lý va chạm 31
2.2.1. Động lực học vật rắn 32
2.2.1.1. Mô ment quán tính ( Moment of Inertia) 32
2.2.1.2. Mô ment quay (Torque) 33
2.2.1.3. Mối liên hệ giữa mô ment quán tính và mô men quay 34
2.2.1.4. Vectơ trạng thái của đối tượng 34
2.2.1.5 Tính toán xung và lực ảnh hưởng 36
2.2.2. Xử lý các hiệu ứng về méo mó, biến dạng sau va chạm 38
2.2.2.1. Ý tưởng thuật toán 38
2.2.2.2. Hàm Open Uniform B-Splines 39
Chương 3:ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM40
3.1. Bài toán 40
3.2 Xây dựng hệ thống mô phỏng tình huống giao thông 40
3.3. Thực nghiệm 42
KẾT LUẬN 44
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Để tải bản DOC Đầy Đủ xin Trả lời bài viết này, Mods sẽ gửi Link download cho bạn sớm nhất qua hòm tin nhắn.
Ai cần download tài liệu gì mà không tìm thấy ở đây, thì đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung:
như hình cầu, hình trụ, hình hộp, mặt phẳng, đường cong,…Từ các đối tượngnguyên thuỷ này ta sử dụng các thao tác như dịch chuyển, xoay, co giãn cùng với
các kỹ thuật chỉnh sửa như cắt xén, mở rộng, thêm bớt … để tạo nên đối tượng
mong muốn trong thế giới thực.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
12
Các đối tượng sau đó sẽ được bổ sung thêm xương (nếu có), tính chất bề mặt
(như màu sắc, da, tóc, mắt …) và được tạo các chuyển động mô phỏng một cách
sinh động các thể hiện của đối tượng trong thế giới thực.
Khi làm việc với các phần mềm ta sẽ thao tác trên 4 khung nhìn khác nhau
của đối tượng, 4 khung nhìn này sẽ cho ta nhìn được đối tượng đồng thời ở các góc
độ khác nhau.
- Các công cụ lập trình:
Công cụ lập trình trong các ứng dụng Thực tại ảo thường là các thư viện đồ
hoạ 3D được xây dựng sẵn, miễn phí như DirectX, OpenGL, OpenSG,
OpenSceneGraph. Trước đây, chúng ta hay sử dụng các thư viện OpenGL và
DirectX, nhưng do mức độ hỗ trợ người lập trình trong các thư viện đó chưa cao
nên người ta đã mở rộng chúng thành OpenSG, OpenSceneGraph.
Hai thư viện lập trình OpenSG, OpenSceneGraph được xây dựng trên nền
tảng OpenGL và đưa vào khái niệm rất mới đó là “Đồ thị ngữ cảnh” – Scene
Graphs. Theo đó, mỗi đối tượng được biễu diễn như là một cây ngữ cảnh, mỗi nút
Hình 1.7 Các khung nhìn khác nhau trong phần mềm Maya
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
13
có một nhân (core), nhân của mỗi nút có thể là một đối tượng geometry, đối tượng
transform, ánh sáng (light)...Việc Render một đối tượng xuất phát từ nút gốc, đi đến
từng nút lá và thực hiện các hành động tương ứng trong quá trình duyệt cây.
Trong OpenSG hỗ trợ các hàm và các đối tượng đồ hoạ cơ sở như Light,
Geometry, Transform, Material, Windows, Viewport,... ngoài nó còn hỗ trợ cơ chế
đa luồng, lập trình hiển thị stereo. Để sử dụng được thư viện OpenSG, bạn cần dùng
bộ biên dịch FrameNet, thông thường OpenSG hay dùng với ngôn ngữ lập trình
Visual C.Net. Để biết thêm về thư viện đồ hoạ OpenSG, bạn có thể tìm hiểu và
download miễn phí OpenSG tại địa chỉ:
1.2. Động lượng vật rắn trong thực tại ảo:
1.2.1. Va chạm là gì?
Trong ngôn ngữ hàng ngày va chạm xảy ra khi một vật va vào một vật khác,
các vật va chạm có thể là những quả bi a, một cái búa và cái đinh, một quả bóng
chày và chày đập bóng, và quá trình thường xuyên nũa là giữa các ô tô…
Vậy, va chạm là một sự kiện riêng lẻ trong đó một lực tương đối mạnh tác
dụng vào từng vật, trong hai hay hơn hai vật va chạm, trong một thời gian tương
đối ngắn. Ngoài ra, có thể nêu sự rõ ràng giữa các thời gian trước, trong và sau va
chạm.
Trước Đang Sau
Hình 1.8. Sơ đồ động trình bày một hệ có va chạm đang xảy ra
Biên giới của hệ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
14
Đường biên của hệ, bao quanh các vật trong các hình ấy cho ta biết rằng
trong một va chạm lý tưởng, chỉ có các nội lực (giữa các vật) là có tác dụng.
Khi một cây vợt đập vào quả bóng thì lúc bắt đầu và lúc kết thúc thực sự va
chạm có thể xác định được chính xác thời gian tiếp xúc vợt – bóng (chừng 4ms) là
ngắn so với thời gian mà bóng bay tới vợt và từ vợt bay đi. Hình 1.9 cho thấy lực
tác dụng vào bóng là đủ lớn làm cho bóng bị biến dạng tạm thời. Trong va chạm
giữa nắm đấm và bao cát thì thời gian lâu và dài hơn, ta trông thấy rõ sự biến dạng
trên bao cát, và bằng cảm giác chồn của nắm tay và cánh tay dưới.
Định nghĩa chính thức của ta về va chạm không đòi hỏi sự phá vỡ không
chính thức của ta. Khi một trạm thám sát đến gần một hành tinh lớn, quay quanh nó
và rồi lại tiếp tục hành trình của nó với một tốc độ tăng thêm (cuộc chạm chán kiểu
ná cao su) thì đây cũng là một va chạm. Trạm thám sát và hành tinh không thực sự
“chạm vào nhau” nhưng, va chạm không đòi hỏi phải có tiếp xúc và một lực va
chạm không cần là một lực tiếp xúc, nó có thể đơn thuần là một lực hấp dẫn.
Trong vật lý có nhiều kiểu va chạm: như va chạm đàn hồi một chiều, va
chạm không đàn hồi một chiều (trong bài toán va chạm một chiều), va chạm hai
chiều.
Hình 1.9 Bóng va chạm với vợt Nắm đấm bị núm vào bao cát
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
15
1.2.2. Động lượng là gì?
Động lượng là một từ có nhiều nghĩa trong ngôn ngữ hàng ngày, nhưng chỉ
có một nghĩa chính xác trong vật lý, động lượng (p) là một vectơ và được xác định
bởi khối lượng (m) và vận tốc (v), thông thường người ta bỏ đi chữ tuyến tính và nó
được dùng để phân biệt với động lượng góc, do m là một đại lượng vô hướng,
dương nên p và v có cùng hướng.
1.2.3. Mối liên quan giữa động lượng và va chạm
Trên thực tế động lượng có ảnh hưởng trực tiếp tới chuyển động của vật, bởi lẽ
khi một vật chuyển động thì nó liên quan tới hai yếu tố đó là khối lượng và vận tốc
mà khối lượng và vận tốc lại chính là động lượng.
Một vật đang chuyển động, hay đứng yên khi xảy ra va chạm thì đều làm cho
động lượng của chúng thay đổi. Sự thay đổi này còn phụ thuộc vào khối lượng của
vật và các vật trong một hệ vật. Khi xảy ra va chạm thì độ biến thiên động lượng
của vật hay hệ vật lại phụ thuộc vào xung lượng của lực tác dụng, ca hai vectơ này
có cùng đơn vị và cùng thứ nguyên.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên
16
Chương 2:
MỘT SÔ VẤN ĐỀ VỀ ĐỘNG LƯỢNG HỌC CHẤT RẮN
2.1. Tính toán va chạm
Phát hiện va chạm là một trong những vấn đề trọng tâm của mỗi hệ thống
thực tại ảo. Các đối tượng trong các hệ thống thực tại ảo có những chuyển động
riêng của nó. Trong khi chuyển động đối tượng có thể va chạm với đối tượng khác,
hay có thể va chạm với môi trường, chướng ngại vật,... Do vậy, mỗi hệ thống thực
tại ảo đều phải có khả năng phát hiện khi nào thì có va chạm xảy ra và có những đối
tượng nào tham gia trong lần va chạm để có những xử lý hậu va chạm thích hợp.
Trong luận văn này, tui xem xét các đối tượng trong không gian ba chiều nên
khi nói đến va chạm có nghĩa là va chạm trong không gian ba chiều. Một cách đơn
giản nhất để phát hiện va chạm giữa hai đối tượng đó là kiểm tra từng mặt của đối
tượng này có cắt một mặt nào đó của đối tượng kia, cách này có ưu điểm là cho ta
chính xác điểm va chạm.
Tuy nhiên vì mỗi đối tượng 3D được tạo thành từ rất nhiều các mặt (thông
thường là các tam giác) cho nên chi phí để kiểm tra giao nhau của từng cặp mặt như
vậy là rất tốn kém về mặt thời gian, nhất là ta luôn phải đảm bảo tính thời gian thực
trong các hệ thống thực tại ảo.
Do vậy, hầu hết các hệ thống thực tại ảo đều sử dụng phương pháp gần đúng
để phát hiện va chạm, phương pháp gần đúng hay được sử dụng đó là phương pháp
dùng các hình bao quanh đối tượng [13]. Với mỗi đối tượng, ta tìm một hình bao
“thíc...