Sử dụng thực tại ảo mô phỏng điểm đen giao thông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

Lê Hữu Nhân

SỬ DỤNG THỰC TẠI ẢO MÔ PHỎNG

ĐIỂM ĐEN GIAO THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN

TỈNH THÁI NGUYÊN

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Thái Nguyên, năm 2012

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

2

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

Lê Hữu Nhân

SỬ DỤNG THỰC TẠI ẢO MÔ PHỎNG

ĐIỂM ĐEN GIAO THÔNG TRÊN ĐỊA BÀN

TỈNH THÁI NGUYÊN

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60 48 01

LUẬN VĂN THẠC SỸ CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS. Đỗ Năng Toàn

Thái Nguyên, năm 2012

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung bản luận văn này là do tôi tự tìm

hiểu, sưu tầm, tra cứu và sắp xếp cho phù hợp với nội dung yêu cầu của đề tài

và dưới sự hướng dẫn của thầy giáo PGS.TS. Đỗ Năng Toàn. Nội dung luận

văn này chưa từng được công bố hay xuất bản dưới bất kỳ hình thức nào và

sao chép từ bất kỳ một công trình nghiên cứu nào. Tất cả phần mã nguồn của

chương trình đều do tôi tự thiết kế và xây dựng, trong đó có sử dụng một số

thư viện chuẩn và các thuật toán được các tác giả xuất bản công khai và miễn

phí trên mạng Internet. Nếu sai tôi xin tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Thái Nguyên, ngày 15 tháng 9 năm 2012

Người cam đoan

Lê Hữu Nhân

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

i

MỤC LỤC

TT NỘI DUNG Trang

1 Mục lục nội dung Luận văn i

Các hình vẽ ii

2 Bảng các từ viết tắt và bảng biêu iii

3 Đặt vấn đề 1

4 Chương 1. Khái quát về mô phỏng và điểm đen giao

thông 2

5 1.1. Khái quát về mô phỏng 2

6 1.1.1. Mô phỏng là gì?

1.1.2. Mô phỏng trong máy tính

1.1.3. Thực tại ảo trong mô phỏng máy tính

1.1.4. Ứng dụng thực tại ảo mô phỏng trong máy tính

2

3

4

6

7 1.2. Điểm đen và tai nạn va chạm giao thông

1.2.1. Điểm đen giao thông

1.2.2. Tai nạn, va chạm giao thông tại điểm đen

1.2.3. Mô phỏng trong giao thông

1.2.4. Các hệ thống phần mềm trong quản lý và an toàn

giao thông

6

6

7

7

7

8 Chương 2. Một số kỹ thuật phát hiện, xử lý va chạm

trong mô phỏng điểm đen giao thông

2.1. Mô phỏng điểm đen giao thông

2.2. Phát hiện va chạm

2.2.1. Kỹ thuật dùng Hộp Bao AABB

2.2.2. Kỹ thuật dùng Hộp Bao OBB

2.2.3. Kỹ thuật sử dụng phương pháp Elipsoid

2.2.4. Phát hiện va chạm khi các đối tượng di chuyển

2.3. Xử lý các hiệu ứu méo mó, biến dạng sau va

chạm

11

11

17

18

19

32

41

42

9 Chương 3. Ứng dụng mô phỏng tai nạn va chạm tại

điểm đen giao thông

3.1. Tổng quan về kết cấu hạ tầng và an toàn giao thông trên

địa bàn tỉnh Thái Nguyên

3.2. Hiện trạng an toàn giao thông và điểm đen giao thông

3.3. Bài toán ứng dụng mô phỏng tình huống va chạm giao

thông

3.4. Một số kiến nghị đề xuất giải pháp kìm chế tai nạn giao

thông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên giai đoạn 2011-2015

3.5. Đề xuất Mô hình kiến trúc ứng dụng quản lý và mô

phỏng điểm đen giao thông trên địa bàn tỉnh

49

49

53

56

60

62

10 KẾT LUẬN: 63

11 TÀI LIỆU THAM KHẢO 64

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ii

BẢNG CÁC HÌNH VẼ

Hình Tên hình Trang

Hình 1.1. Mô phỏng 3D máy bay Mig21 3

Hình 1.2. Mô phỏng 3D tim người 3

Hình 1.3. Mô phỏng 3D đen điều khiển tín hiệu giao thông 3

Hình 1.4. Mô phỏng 3D va chạm giao thông 6

Hình 1.5. Một điểm đen giao thông trên địa bàn tỉnh Thái Nguyên 6

Hình 1.6. Tai nạn, van chạm giao thông tần nhìn bị che khuất 7

Hình 1.7. Mô hình quy hoạch phân luồng giao thông 3D 8

Hình 1.8. Mô hình quy hoạch phân luồng oto 3D trong hệ thống Carsim 8

Hình 1.9. Cửa sổ thiết kế quy hoạch tuyến, luồng phương tiện giao thông 10

Hình 2.1. Hộp bao AABB, 2D 16

Hình 2.2 Hộp bao AABB, 3D 16

Hình 2.3 Hộp bao AABB 16

Hình 2.4 Chiếu các đối tượng lên trục tọa độ 17

Hình 2.5 Hộp bao hướng OBB 18

Hình 2.6 Hình chiếu của P lên đường thẳng d 19

Hình 2.7 Chiếu 8 đỉnh của hình hộp lên trục d 20

Hình 2.8 Kết quả hai hình hộp lên trục cô lập d 21

Hình 2.9 Tìm điểm va chạm khi hai điểm tiếp xúc nhau 25

Hình 2.10 Tìm mặt phẳng chứa tam giác 30

Hình 2.11 Tìm điểm va chạm giả định 33

Hình 2.12 Tìm điểm va chạm giả định nằm trên mặt phẳng 33

Hình 2.13 Điểm va chạm là một tập các điểm 33

Hình 2.14 Tính điểm giao thực 34

Hình 2.15 Kiểm tra một điểm nằm trong tam giác 34

Hình 2.16 Kiểm tra va chạm xác nhận điểm va chạm 35

Hình 2.17 Xử lý trượt khi va chạm với tam giác 35

Hình 2.18 Khái niệm mặt phẳng trượt 35

Hình 2.19 Tiếp diện của mặt cầu 35

Hình 2.20 Tiếp tuyến của đường cong (2D) 36

Hình 2.21 Đường cong trên bề mặt xác định được 1 tiếp diện với mặt cầu 36

Hình 2.22 Tất cả các pháp tuyến của tiếp diện của mặt cầu đều có hướng

vào tâm cầu

37

Hình 2.23 Độ lớn và hướng của vector vận tốc khi va chạm với mặt

phẳng

39

Hình 2.24 Hỉnh ảnh méo mó, biến dạng sau va chạm 40

Hình 2.25 Đường cong B-Spline 44

Hình 2.26 Mặt cong B-Spline 46

Hình 3.1 Sơ đồ xây dựng hệ thống mô phỏng va cham giao thông 54

Hình 3.2, Các kết quả thực nghiệm mô phỏng, mà mô hình kiến trúc 56

3.3, 3.4 Phần mềm quản lý và mô phỏng điểm đen giao thông 58, 59

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

iii

BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ BẢNG BIỂU

Bảng các từ viết tắt trong luận văn

TT Từ viết tắt Ý nghĩa

1 CNTT Công nghệ thông tin

2 TNGT Tai nạn giao thông

3 ATGT An toàn giao thông

4 UBND Ủy ban nhân dân

5 GTVT Giao thông vận tải

6 CNTT&TT Công nghệ thông tin và

Truyền thông

7 UBND Ủy ban nhân dân

Bảng các bảng biểu

TT Tên bảng Trang

Bảng 1. Bảng các giá trị R, R0, R1 được tính toán trước 24

Bảng 2. Tính toán sẵn toạ độ của tiếp điểm trong mọi

trường hợp

29

Bảng 3. Số liệu tai nạn giao thông trên địa bàn tỉnh Thái

Nguyên từ năm 2006 đến 2010 53

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

1

ĐẶT VẤN ĐỀ

Công nghệ thông tin trong những năm vừa qua phát triển vô cùng mạnh mẽ, tác

động trực tiếp, gián tiếp đến tất cả ngành lĩnh vực trong đời sống kinh tế, xã hội của

loài người. Trở thành một công cụ không thể thiếu trong nền kinh tế, cuộc sống con

người hiện đại ngày nay. Mặt khác Công nghệ thông tin đã tác động mạnh mẽ, là

nguyên nhân căn bản, chính nhất làm thế giới ngày càng phẳng hơn. Cùng với sự

phát triển đó, bản thân nội tại các chuyên ngành hẹp của CNTT cũng không ngừng

vận động thay đổi phát triển mạnh mẽ để đáp ứng các yêu cầu đó. Một trong những

chuyên nganh hẹp đó có lĩnh vực nghiên cứu: xử lý ảnh, xử lý ngôn ngữ tự nhiên, công

nghệ thực tại ảo.

Thái Nguyên là trung tâm giáo dục đào tạo, y tế, kinh tế chính trị của vùng Đông

Bắc Bộ theo Nghị Quyết 37 của Bộ Chính trị. Thái Nguyên hiện có trên 4.500 km

đường giao thông. Hàng năm trên địa bàn tỉnh có khoảng hơn 1000 vụ tai nạn và va

chạm giao thông xảy ra. Nếu tính bình quân mỗi tháng Thái Nguyên có 19 người

chết và 100 người bị thương vì tai nạn giao thông (TNGT). Theo số liệu phân tích

của Ban An toàn giao thông tỉnh Thái Nguyên, nguyên nhân xảy ra tai nạn và va

chạm giao thông nêu trên do nhiều nguyên nhân khách quan, chủ quan khác nhau,

những có nhiều nguyên nhân là sự tồn tại của các điểm đen giao thông (Trên địa

bàn tỉnh hiện có 64 điểm đen giao thông).

Nhiều “Điểm đen” giao thông xuất hiện mới do sự xuống cấp hạ tầng giao thông

hoặc do sự phát triển quá nhanh của kinh tế xã hội…Do vậy, để đảm bảo an toàn

giao thông , ngoài việc tiếp tục đầu tư nâng cấp, cải tạo các tuyến đường, nâng cao

nhận thức chấp hành pháp luật giao thông đường bộ, còn phải đẩy mạnh tăng cường

công tác quản lý, phát hiện xử lý kịp thời điểm đen về TNGT là cần thiết và quan

trọng góp phần giảm thiểu tối đa tai nan giao thông trên địa bàn. Xuất phát từ tình

hình thực tiễn nêu trên, luận văn tốt nghiệp này nhằm mục đích tìm hiều công nghệ

thực tại ảo, tìm hiểu va chạm giữa các đối tượng tai nạn giao thông trong thực tế để

mô phỏng vào máy tính. Luận văn gồm 3 chương:

- Chƣơng 1: Khái quát về mô phỏng và điểm đen giao thông.

- Chƣơng 2: Một số kỹ thuật phát hiện, xử lý va chạm trong mô phỏng điểm đen giao thông

- Chƣơng 3: Ứng dụng mô phỏng tai nạn và va chạm của phương tiện Ôtô tại điểm đen giao

thông.

Trong quá trình thực hiện luận văn này, tôi nhận được nhiều sự giúp đỡ của các

thầy cô giáo trường Đại học CNTT&TT, Viên CNTT – Viện KHCN Việt Nam, bạn

bè đồng nghiệp và gia đình. Tôi xin cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo

PGS.TS Đỗ Năng Toàn người trực tiếp hướng dẫn khoa học và luận văn này. Tôi

cũng xin trân thành cảm ơn Ban An toàn giao thông, sở Giao thông vân tải tỉnh Thái

Nguyên đã cung cấp số liệu liên quan đến luận văn. Cùng các anh chị, bạn đồng

nghiệp, người thân trong gia đình đã tạo điều kiện, động viên tôi trong quá trình làm

luận văn. Vì điều kiện thời gian không có nhiều, kinh nghiệm còn hạn chế nên

không tránh khỏi thiếu sót, tôi mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô

giáo và các đồng nghiệp. Trân trọng!

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn