nazika_online_77640
New Member
Download miễn phí Khóa luận Xây dựng hệ thống giám sát và điều khiển nhà thông minh: mô phỏng 3D
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN . i
TÓM TẮT . ii
MỤC LỤC . iii
DANH MỤC HÌNH VẼ. vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU . vii
Chương 1 GIỚI THIỆU . 1
1.1. Lý do chọn đề tài . . 1
1.2. Xác định b ài toán . . 1
1.3. Nội dung và cấu trúc khóa luận . 2
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ . 4
2.1. Tổng quan về hệ thống tính toán khắp nơi . 4
2.1.1. Định nghĩa hệ thống tính toán khắp nơi . 4
2.1.2. Các ứng dụng của tính toán khắp nơi . 4
2.2. Tổng quan về nhà thông minh . . 5
2.2.1. Định nghĩa nhà thông minh . 5
2.2.2. Ưu điềm của nhà thông minh . . . 5
2.3. Mô hình 3D . 6
2.3.1. Giới thiệu mô hình 3D . 6
2.3.2. Xây dựng mô hình 3D . 8
2.3.3. Hiển thị mô hình 3D . . 10
2.3.4 Di chuyển trong mô hình 3D . . 10
2.3.5. Xác định vật trong khung nh ìn . 12
2.4. SVM và bài toán nhận dạng . 12
2.4.1. Bộ phân loại vector hỗ trợ - Support Vector Machine (SVM) . 12
2.4.2. SVM và bài toán nhận dạng . 16
2.5. Các giao thức và mô hình kết nối . 16
2.5.1. Giao thức Bluetooth . 16
2.5.2. Giao thức Wirless B/G . 18
Chương 3 XÂY DỰNG HỆ THỐNG GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIÊN NHÀ THÔNG
MINH – MÔ PHỎNG 3D . 21
3.1. Mô tả bài toán . . 21
3.2. Giải quyết các vấn đề kỹ thuật . . 21
3.2.1. Hiển thị mô hình 3D . . 22
3.2.2. Định nghĩa và nhận dạng hành động người dùng . 22
3.2.3. Tương tác với PPC. 24
3.3. Các thành phần hệ thống . 26
3.3.1. Mô hình hệ thống . . 26
3.3.2. Các thành phần . 28
3.4. Đánh giá hệ thống . . . 33
3.4.1. Ưu điểm . . . 33
3.4.2. Nhược điểm . . 34
Chương 4 THỰC NGHIỆM . 35
4.1. Cài đặt thực nghiệm thành phần mô phỏng trên PC . . 35
4.1.1. Môi trường thực nghiệm . . 35
4.1.2. Kết quả thực nghiệm . . 35
4.2. Thực nghiệm chạy thành phần mô phỏng 3D . 36
4.2.1. Môi trường thực nghiệm . . 38
4.2.2. Kết quả thực nghiệm . . 38
4.3. Thực nghiệm chạy chương trình . 39
4.3.1. Môi trường thực nghiệm . . 39
4.3.2. Kết quả thực nghiệm . . 39
4.4. Thực nghiệm điều khiển bóng đèn. . 41
4.4.1. Môi trường thực nghiệm . . 41
4.4.2. Kết quả thực nghiệm . . 41
4.5. Đánh giá chung . 41
Chương 5 KẾT LUẬN . 43
5.1. Các kết quả đạt được . 43
5.2. Các kết quả hướng tới và hướng phát triển tiếp theo . 43
Phụ lục A MỘT SỐ THUẬT NGỮ . 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO. 45
Để tải bản Đầy Đủ của tài liệu, 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 tài liệu:
n khai, kiểm thửmáy bay, vì chỉ cần một sai sót rất nhỏ trong thiết kế chi tiết hay vận hành có thể
mang lại tổn thất rất lớn về người và tiền bạc.
Trên đây chỉ là một số ví dụ về ứng dụng rộng rãi của các mô hình 3D. Ngày
nay, các mô hình 3D được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống giả lập cho gần như tất
cả các ngành nghiên cứu.
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ
Trang 7
Hình 2-1. Mô hình 3D trong Y học
Hình 2-2. Mô hình 3D trong kiến trúc
Hình 2-3. Mô hình 3D trong thiết kế đồ vật
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ
Trang 8
2.3.2. Xây dựng mô hình 3D
Việc xây dựng các mô hình 3D có ý nghĩa rất lớn trong mô phỏng. Ngày nay có
rất nhiều chuẩn định dạng file lưu trữ mô hình 3D của một đối tượng; trong đó có một
số chuẩn file phổ biến, được cộng đồng chấp nhận như: .OBJ, .MAX, .3DS, .X…
Việc xây dựng các mô hình 3D chính là từ những công cụ phát triển đồ họa hay công
cụ lập trình, các kỹ sư tạo ra những mô hình 3D, và có thể ghi vào những chuẩn định
dạng file mô tả mô hình 3D. Như phần giới thiệu về mô hình 3D đã trình bày, có ba
phương pháp chính xây dựng các mô hình 3D:
Xây dựng bằng tay: Đây là phương pháp chính và phổ biến nhất hiện
nay để xây dựng những mô hình 3D có cấu trúc phức tạp. Với sự trợ
giúp của công nghệ, hiện nay có rất nhiều những công cụ phát triển tốt
trợ giúp các kỹ sư trong việc xây dựng những mô hình 3D. Có thể kể tới
một số công cụ phổ biến như: 3D MAX, 3D Explorer… Các kỹ sư có
thể dễ dàng tạo ra những vật thể bằng cách ghép những thành phần cơ
bản (như tam giác, đường thẳng…) với nhau. Không chỉ thế, những
công cụ này còn trợ giúp việc tạo ra những chất liệu được phủ trên mặt
vật thể, mô phỏng ánh sáng… khiến vật thể được mô phỏng trông “thật”
hơn.
Hình 2-4. Mô hình 3D được xây dựng bằng tay, tập hợp những đường cơ bản
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ
Trang 9
Xây dựng bằng thuật toán: Việc xây dựng các mô hình bằng thuật toán
đã được sử dụng từ rất lâu và đạt được những thành công nhất định. Với
phương pháp này, các mặt cong hay đường cong được tạo ra từ những
tập hợp điểm, là kết quả của một hàm số với sự ràng buộc của ba chiều
tọa độ và thời gian. Phương pháp này thường được sử dụng để tạo ra
những mặt cong “có thể tính toán được” một cách tổng quát. Sự phức
tạp của mặt cong thường tỉ lệ thuận với sự phức tạp của hàm số tạo nên
mặt cong đó. Phương pháp sử dụng thuật toán thường cho tốc độ xử lý
nhanh, mặt cong được tạo ra đa dạng chỉ với một số thay đổi nhỏ trong
hàm số; tuy nhiên, rất khó để tìm ra một hàm số tổng quát để xây dựng
mặt cong phức tạp, nên phương pháp này thường được sử dụng để xây
dựng những mặt cong cơ bản như mô hình mô phỏng mặt sóng, bề mặt
trái đất…
Hình 2-5. Hình ảnh mô phỏng mặt đất được tạo bởi tổ hợp hàm sin
Phương pháp quét: Đây là một phương pháp hiện đại và rất hiệu quả.
Để xây dựng mô hình 3D, người ta đưa vật thể vào một máy quét ba
chiều, máy quét này thực hiện việc chiếu các tia sáng, xác định vị trí tia
bị cản, từ đó xác định hình dạng vật thể. Đây là phương pháp chính xác
nhất để tạo ra mô hình vật thể; tuy nhiên, do sử dụng vật thể thực nên
phương pháp này không thể sử dụng để tạo ra mô hình với những vật
thể chưa được sản xuất hay những đối tượng không thể quét được như
nước, mặt đất…
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ
Trang 10
Trong giới hạn của khóa luận này, tui sử dụng định dạng .X, một định dạng phổ
biến để lưu trữ các mô hình 3D được xây dựng bằng tay. Định dạng .X là một định
dạng lưu trữ những mô hình 3D khá phổ biến, được đề xuất bởi công ty Microsoft.
Hiện tại, có rất nhiều hệ thống mô phỏng 3D sử dụng công nghệ DirectX, sử dụng
định dạng này, được đề cập tới trong [12].
2.3.3. Hiển thị mô hình 3D
Để hiển thị các mô hình 3D, ta cần hiểu chính xác định dạng file lưu trữ mô hình
3D, từ đó, dữ liệu đọc vào được sử dụng để diễn tả hình ảnh [3].
Ngày nay, có rất nhiều thư viện cho phép chúng ta đưa vào một file lưu trữ mô
hình 3D, thư viện này sẽ thực hiện việc đọc và hiển thị các mô hình này. Không chỉ
thế, các thư viện mạnh còn cung cấp việc quản lý những mô hình đã đưa vào một cách
tiện lợi và đồng nhất trong việc chiếu sáng, đổ bóng… của cả hệ thống.
Hình 2-6. Hiển thị mô hình 3D
2.3.4 Di chuyển trong mô hình 3D
Việc di chuyển trong mô hình 3D giữ một vị trí quan trọng trong các hệ thống
tương tác người dùng. Việc di chuyển trong mô hình 3D thực chất là di chuyển điểm
nhìn, hiển thị trên màn hình. Trong không gian thực tế, chúng ta chỉ nhìn thấy và tiếp
xúc được với bề mặt vật thể, tuy nhiên trong không gian mô phỏng, chúng ta hoàn
toàn “nhìn thấy” được phía trong của mô hình vật thể. Chính vì thế, để mô phỏng một
cách chính xác, chúng ta phải giải quyết vấn đề này. Có hai phương pháp đơn giản để
ràng buộc điểm nhìn phải nằm ngoài mô hình vật thể:
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ
Trang 11
Phương pháp sử dụng hình bao (bound cube): Phương pháp này dựa trên
tư tưởng: Bất cứ mô hình 3D nào cũng có thể tìm ra một hình hộp chữ nhật
chứa nó. Hình hộp này có thể tìm đơn giản bằng cách kết hợp các thành
phần tọa độ x, y, z lớn nhất và nhỏ nhất trong các điểm của mô hình. Từ đó,
thay vì kiểm tra điểm nhìn nằm trong mô hình vật thể, chúng ta kiểm tra
điểm nhìn nằm trong hình bao của vật thể. Việc kiểm tra này khá đơn giản
và được thực hiện nhanh chóng, tuy nhiên độ chính xác là không cao.
Hình 2-7. Kiểm tra điểm nhìn dựa vào hình bao của vật thể
Phương pháp sử dụng vec-tơ pháp tuyến: Đây là phương pháp chính xác để
kiểm tra điểm nhìn có nằm trong mô hình 3D hay không. Do các mô hình
3D đều được lưu dưới dạng những thành phần cơ bản như tam giác, mặt
phẳng… nên chúng ta dễ dàng xác định vec-tơ pháp tuyến của bề mặt mô
hình, từ đó xác định được điểm nhìn có nằm trong vật thể hay không.
Hình 2-8. Kiểm tra điểm nhìn dựa vào vec-tơ pháp tuyến
Chương 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT VÀ CÔNG NGHỆ
Trang 12
2.3.5. Xác định vật trong khung nhìn
Một trong những khó khăn của việc mô phỏng nhà thông minh có tương tác với
người dùng là nhận dạng vật thể đang hiển thị trong khung nhìn. Việc này có ý nghĩa
rất lớn trong việc quyết định vật thể nào đang được lựa chọn, từ đó đưa ra những
tương tác phù hợp với người dùng. Để giải quyết vấn đề này, chúng ta sử dụng ba
khái niệm cơ bản của đồ họa 3D:
Điểm nhìn: Vị trí đặt quan sát. Vị trí này giống với vị trí chúng ta đứng
khi quan sát một khung cảnh thực tế.
Hướng nhìn: Hướng quan sát.
Khoảng cách từ điểm nhìn tới vật thể.
Như vậy, một vật thể được coi là đang được lựa chọn (đang xuất hiện trong
khung nhìn) khi nó nằm trên hướng nhìn và có khoảng cách tới điểm nhìn đủ nhỏ.
Hình 2-9.