Xây dựng chương trình mô phỏng 3D hướng dẫn các kỹ năng xử lý thoát hiểm gặp hỏa hoạn trong các trường học

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ

ĐỀ TÀI

XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH MÔ PHỎNG 3D HƯỚNG DẪN

CÁC KỸ NĂNG XỬ LÝ THOÁT HIỂM KHI GẶP HỎA HOẠN

TRONG CÁC TRƯỜNG HỌC

Giáo viên hướng dẫn : PGS TS. NGUYỄN VĂN HUÂN

Học viên : Phùng Duy Linh

Lớp : Cao học K17

Thái Nguyên - 2020

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi - Phùng Duy Linh xin cam đoan những nội dung trình bày luận văn này là

kết quả tìm hiểu, nghiên cứu của bản thân dưới sự hướng dẫn của PGS TS. Nguyễn Văn

Huân và các nhà nghiên cứu đi trước. Nội dung tham khảo, kế thừa, phát triển từ các

công trình đã được công bố được trích dẫn, ghi rõ nguồn gốc. Kết quả mô phỏng, thí

nghiệm được lấy từ chương trình của bản thân.

Nếu có gì sai phạm tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm.

Người cam đoan

Phùng Duy Linh

ii

LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình thực hiện luận văn mặc dù gặp rất nhiều khó khăn nhưng tôi luôn

nhận được sự quan tâm, giúp đỡ từ thầy cô, đồng nghiệp bạn bè và người thân. Đây là

nguồn động lực giúp tôi hoàn thành luận văn này.

Tôi xin gửi lời chân thành cảm ơn tới PGS TS. Nguyễn Văn Huân đã tận tình

giúp đỡ, hướng dẫn và chỉ bảo trong quá trình thực hiện luận văn.

Tôi xin chân thành cảm ơn tới quý thầy, cô trường Đại học Công nghệ thông tin

và truyền thông - Đại học Thái Nguyên đã tận tình chỉ bảo, truyền đạt những kiến thức

qúy báu giúp tôi hoàn thành nhiệm vụ học tập trong suốt thời gian theo học tại trường.

Quý thầy cô đã giúp tôi có được những kiến thức quan trọng trong lĩnh vực Công nghệ

thông tin, là nền tảng vững chắc cho những nghiên cứu của bản thân trong thời gian tới.

Tôi xin cảm ơn anh em, đông nghiệp đã giúp đỡ, ủng hộ tinh thần trong thời gian

tôi tham gia học tập.

Cuối cùng, tôi xin cảm ơn tất cả những người đã luôn luôn quan tâm, sẻ chia và

động viên tôi.

Thái Nguyên, ngày tháng năm 2020

Phùng Duy Linh

iii

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN .................................................................................................................. i

LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................................... ii

MỤC LỤC............................................................................................................................ iii

DANH MỤC HÌNH ẢNH .....................................................................................................v

LỜI NÓI ĐẦU .......................................................................................................................1

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG.............................................2

1.1. Khái quát về mô phỏng ...................................................................................................2

1.1.1.Khái niệm mô phỏng.....................................................................................................2

1.1.2. Ưu điểm và nhược điểm của mô phỏng .......................................................................3

1.1.3. Xu hướng thực hiện mô phỏng ba chiều ......................................................................5

1.2. Các ứng dụng của công nghệ mô phỏng .........................................................................7

1.2.1. Kiến trúc và thiết bị công nghệ ....................................................................................7

1.2.2. Giải trí ..........................................................................................................................8

1.2.3. Giáo dục và Đào tạo.....................................................................................................9

1.2.4. Y học ..........................................................................................................................10

1.3. Bài toán thoát hiểm và mô phỏng khói, lửa ..................................................................11

1.3.1. Bài toán thoát hiểm khi xảy ra hỏa hoạn....................................................................11

1.3.2. Tổng quan về mô phỏng khói ....................................................................................11

1.3.3. Tổng quan về mô phỏng lửa.......................................................................................12

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐỒ HỌA ÁP DỤNG TRONG MÔ PHỎNG HỎA

HOẠN ............................................................................................................................... 14

2.1. Kỹ thuật Particle trong mô phỏng khói, lửa..................................................................14

2.1.1. Particle trong mô phỏng khói....................................................................................16

2.1.2. Particle trong mô phỏng lửa......................................................................................18

2.2. Kỹ thuật phát hiện và xử lý va chạm trong mô phỏng ..................................................21

2.2.1. Các kỹ thuật va chạm.................................................................................................21

iv

2.2.2. Kỹ thuật phát hiện va chạm dựa vào hộp bao AABB................................................22

2.2.3. Kỹ thuật phát hiện va chạm dựa vào hộp bao OBB...................................................23

2.2.4. Kỹ thuật phát hiện va chạm dựa vào khối bao cầu ....................................................24

2.2.5. Kỹ thuật phát hiện va chạm dựa vào hộp bao đa diện lồi ..........................................27

2.3. Kỹ thuật xây dựng mô hình 3D.....................................................................................28

2.3.1.Phương pháp thiết kế đi từ tổng thể đến chi tiết .........................................................28

2.3.2. Phương pháp thiết kế đi từ chi tiết đến tổng thể ........................................................31

2.3.3. Phương pháp thiết kế phối hợp ..................................................................................32

2.4. Kỹ thuật điều khiển nhân vật ........................................................................................34

2.4.1. Kỹ thuật điều khiển chuyển động theo đường Path ...................................................34

2.4.2. Kỹ thuật tạo chuyển động Set Driver Key .................................................................35

2.4.3. Kỹ thuật tạo chuyển động KeyFrame.........................................................................36

2.4.4. Kỹ thuật FK và IK điều khiển đối tượng có xương ...................................................38

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM VÀ ỨNG DỤNG..............................................................40

3.1. Yêu cầu thực nghiệm, ứng dụng ...................................................................................40

3.2. Phân tích, lựa chọn công cụ ..........................................................................................41

3.3. Một số kết quả mô phỏng thực nghiệm.........................................................................41

3.3.1. Hình ảnh kiến trúc thư viện Đại học Hùng Vương ....................................................41

3.3.2. Hình ảnh khói trong quá trình mô phỏng...................................................................42

3.3.3. Hình ảnh lửa trong quá trình mô phỏng .....................................................................43

3.3.4. Mô phỏng di chuyển, các tình huống khi sảy ra va chạm..........................................45

3.3.5. Một số hình ảnh mô phỏng tình huống trong chương trình .......................................46

3.3.6. Kết quả chương trình, đánh giá hiệu quả ...................................................................48

KẾT LUẬN..........................................................................................................................50

TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................51