Đề tài: Nghiên cứu kỹ thuật mô phỏng lửa

Mục đích của đề tài Nghiên cứu kỹ thuật mô phỏng lửa nhằm nghiên cứu tổng quan về thực tại ảo và kỹ thuật mô phỏng lửa, từ đó xây dựng demo trên công cụ để mô phỏng lửa trong thực tế. Mời các bạn cùng tham khảo!

L I CÁM  NỜ Ơ

Chúng em xin g i l i c m  n chân thành và sâu s c đ n Th y giáo Ths.ử ờ ả ơ ắ ế ầ  Nghiêm Văn H ng ­ giáo viên hư ướng d n chuyên đ  Trong th i gian qua,ẫ ề ờ  

Th y luôn nhi t tình hầ ệ ướng d n, ch  b o, trau d i cho chúng em nh ng ki nẫ ỉ ả ồ ữ ế  

th c quý giá v  chuyên đ  S  g i ý v  ý tứ ề ề ự ợ ề ưởng, cung c p tài li u, hấ ệ ướ  ng

d n c a th y là m t trong nh ng nhân t  chính giúp chúng em hoàn thành t tẫ ủ ầ ộ ữ ố ố  chuyên đ  c a mình. ề ủ

Đ ng th i, chúng em xin c m  n các th y, các cô giáo khoa Công nghồ ờ ả ơ ầ ệ thông tin Trường Đ i h c K  thu t ­ Hạ ọ ỹ ậ ậụ ầ c n CAND đã truy n đ t nh ngề ạ ữ  

ki n th c c n thi t và đã t o đi u ki n thu n l i cho chúng em hoàn thànhế ứ ầ ế ạ ề ệ ậ ợ  chuyên đ  này. Đi u đó có ý nghĩa h t s c to l n đ i v i chúng em ­ h c viênề ề ế ứ ớ ố ớ ọ  ngành Công ngh  thông tin. ệ

Trong quá trình làm chuyên đ  c a chúng em không tránh kh i nh ng saiề ủ ỏ ữ  sót. Mong quý th y cô thông c m và góp ý cho chúng em đ  chuyên đ  đầ ả ể ề ượ  choàn ch nh h n. Chúng em xin chân thành c m  n!ỉ ơ ả ơ

B c Ninh, ngày 06 tháng 12 năm 2016ắ

M C L CỤ Ụ

DANH M C HÌNH  NHỤ Ả

1. Tính c p thi t c a đ  tàiấ ế ủ ề

Cu c cách m ng khoa h c kĩ thu t trong nh ng năm g n đây đã ít nhi uộ ạ ọ ậ ữ ầ ề  làm thay đ i cu c s ng con ngổ ộ ố ười. S  phát tri n c a công ngh  thông tin vàự ể ủ ệ  kinh t  xã h i đ t ra nh ng yêu c u m i v  m c tiêu, n i dung, phế ộ ặ ữ ầ ớ ề ụ ộ ương pháp 

t p hu n. Đi n hình c a  ng d ng công ngh  thông tin là s  d ng công nghậ ấ ể ủ ứ ụ ệ ử ụ ệ 

mô ph ng đ  tái t o các s  v t, hi n tỏ ể ạ ự ậ ệ ượng, trong th  gi i th c. Thông quaế ớ ự  

nh ng thí nghi m, nh ng ví d  mô t  sát th c, gi i thích, minh h a nh ngữ ệ ữ ụ ả ự ả ọ ữ  quá trình, h  th ng, hi u  ng ph c t p trên máy tính giúp cho ngệ ố ệ ứ ứ ạ ườ ọi h c h ngứ  thú h n, ki n th c đơ ế ứ ược th  hi n rõ ràng h n, tr c quan h n, sinh đ ng h n,ể ệ ơ ự ơ ộ ơ  

đ y đ  h n. ầ ủ ơ

Có r t nhi u môi trấ ề ường trong th  gi i th c c n đế ớ ự ầ ược mô ph ng, trongỏ  

đó l a là m t ch t li u ph  bi n và quan tr ng. L a đã đử ộ ấ ệ ổ ế ọ ử ược ngườ ềi ti n sử phát hi n ra t  cách đây hàng nghìn năm. L a đệ ừ ử ược xem là m t trong nh ngộ ữ  phát minh quan tr ng nh t c a nhân lo i. L a tr  thành ngu n s ng c a conọ ấ ủ ạ ử ở ồ ố ủ  

người, giúp con người thoát kh i đ i s ng nguyên s  Đ  đ m b o cho vi cỏ ờ ố ơ ể ả ả ệ  tính toán thi t k  các  ng d ng c a l a đế ế ứ ụ ủ ử ược chính xác và s  d ng có hi uử ụ ệ  

qu  vào cu c s ng vi c mô ph ng nh ng  ng d ng c a l a trả ộ ố ệ ỏ ữ ứ ụ ủ ử ước khi đ a raư  

ng d ng là vô cùng quan tr ng. Ngoài ra, vi c mô ph ng l a cũng giúp cho

l a trên các v t li u cháy khác nhau giúp cho l c lử ậ ệ ự ượng phòng cháy ch a cháyữ  

th c hi n t t công vi c. Bài toán đ t ra đ i v i l c lự ệ ố ệ ặ ố ớ ự ượng c nh sát phòngả  cháy ch a cháy ph i hi u rõ b n ch t cháy trên các v t li u, t c đ  cháy đữ ả ể ả ấ ậ ệ ố ộ ể 

k p th i  ng phó và ch a cháy. V y nên, nhóm em ch n đ  tài: “Nghiên c uị ờ ứ ữ ậ ọ ề ứ  

k  thu t mô ph ng l a ” làm đ  tài nghiên c u. Trong khuôn kh  đ  tài này,ỹ ậ ỏ ử ề ứ ổ ề  nhóm em t p trung trình bày t ng quan k  thu t mô ph ng l a, phậ ổ ỹ ậ ỏ ử ương pháp 

mô ph ng l a.ỏ ử

2. M c tiêu c a Chuyên đụ ủ ề

­ M c đích c a đ  tài nh m nghiên c u t ng quan v  th c t i  o và kụ ủ ề ằ ứ ổ ề ự ạ ả ỹ thu t mô ph ng l a, t  đó xây d ng demo trên công c  đ  mô ph ng l aậ ỏ ử ừ ự ụ ể ỏ ử  trong th c t ự ế

Mu n hoàn thành đố ược m c tiêu trên, bài báo cáo ph i th c hi n nhi mụ ả ự ệ ệ  

v  sau:ụ

­ Tìm hi u chung v  th c t i  o, các  ng d ng c  b n c a th c t i  oể ề ự ạ ả ứ ụ ơ ả ủ ự ạ ả  

và gi i thi u v  bài toán mô ph ng l a trong th c t i  oớ ệ ề ỏ ử ự ạ ả

­ Phương pháp mô ph ng l a phỏ ử ương pháp Physically­based và phươ  ngpháp Particle­based

­ Tìm hi u công c  mô ph ng Unity3D.ể ụ ỏ

3. Đ i tố ượng nghiên c uứ

Đ  tài t p trung nghiên c u k  thu t mô ph ng l a và phề ậ ứ ỹ ậ ỏ ử ương pháp mô 

ph ng l a.ỏ ử

4. Ph m vi nghiên c uạ ứ

Đ  tài nghiên c u ch  y u áp d ng trong h c t p và ngành Công an đ cề ứ ủ ế ụ ọ ậ ặ  

bi t l c lệ ự ượng phòng cháy ch a cháy. S n ph m bao g m 01 b n báo cáo vàữ ả ẩ ồ ả  Demo, s n ph m ph c v  h c t p, nghiên c u.ả ẩ ụ ụ ọ ậ ứ

5. Phương pháp nghiên c uứ

 Ph ươ ng pháp ch  đ o ủ ạ

­ Phương pháp nghiên c u tài li uứ ệ

+ Tìm hi u k  thu t mô ph ng l a và phể ỹ ậ ỏ ử ương pháp mô ph ng l a.ỏ ử+ Tìm hi u công c  đ  mô ph ng.ể ụ ể ỏ

+ T  các h  th ng giáo trình th c t i  o.ừ ệ ố ự ả ả

+ T  các nghiên c u c a nh ng ngừ ứ ủ ữ ười nghiên c u trứ ước đó, các sách, 

t p chí, các đ  tài khoa h c có liên quan đ n đ  tài ạ ề ọ ế ề

+ T  các thông tin trên m ng Internet ừ ạ

 Ph ươ ng pháp nghiên c u th c nghi m ứ ự ệ

+ Ti n hành th  nghi m trên công c  mô ph ng đế ử ệ ụ ỏ ược ch n.ọ

+ Đánh giá k t qu  đ t đế ả ạ ược

6. N i dung nghiên c uộ ứ

­ Trình bày các hướng nghiên c u c  b n gi i thi u chung v  th c t iứ ơ ả ớ ệ ề ự ạ  

o, các  ng d ng c  b n c a th c t i  o và gi i thi u v  bài toán mô ph ng

l a trong th c t i  o ử ự ạ ả

­ Trình bày và phân tích các phương pháp mô ph ng l a. Đ  tài s  t pỏ ử ề ẽ ậ  trung phân tích vào 2 phương pháp c  b n là phơ ả ương pháp Physically­based và 

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT TH C T I  O VÀ MÔ PH NG L AỰ Ạ Ả Ỏ Ử

1.1 Khái ni m th c t i  oệ ự ạ ả

1.1.1 Khái ni m Th c t i  o ệ ự ạ ả  [1]

Th c t i  o (Virtual Reality) là m t h  th ng mô ph ng trong đó đ  h aự ạ ả ộ ệ ố ỏ ồ ọ  máy tính đượ ử ục s  d ng đ  t o ra m t th  gi i “nh  th t”. H n n a, th  gi iể ạ ộ ế ớ ư ậ ơ ữ ế ớ  

“nhân t o” này không tĩnh l i, mà l i ph n  ng, thay đ i theo ý mu n (tínạ ạ ạ ả ứ ổ ố  

hi u vào) c a ngệ ủ ườ ử ụi s  d ng (nh  hành đ ng, l i nói,…). Đi u này xác đ nhờ ộ ờ ề ị  

m t đ c tính chính c a. Th c t i  o, đó là tộ ặ ủ ự ạ ả ương tác th i gian th c (real­timeờ ự  interactivity). Th i gian th c   đây có nghĩa là máy tính có kh  năng nh n bi tờ ự ở ả ậ ế  

được tín hi u vào c a ngệ ủ ườ ử ụi s  d ng và thay đ i ngay l p t c th  gi i  o.ổ ậ ứ ế ớ ả  

Ngườ ử ụi s  d ng nhìn th y s  v t thay đ i trên màn hình ngay theo ý mu n c aấ ự ậ ổ ố ủ  

h  và b  thu hút b i s  mô ph ng này.ọ ị ở ự ỏ

Th c t i  o là m t thu t ng  m i xu t hi n phát tri n m nh trong vòngự ạ ả ộ ậ ữ ớ ấ ệ ể ạ  vài năm tr  l i đây, đang tr  thành m t ngành công ngh  mũi nh n nh  khở ạ ở ộ ệ ọ ờ ả năng  ng d ng r ng rãi trong m i lĩnh v c y t , giáo d c, ki n trúc, quân s ,ứ ụ ộ ọ ự ế ụ ế ự  

du l ch, gi i trí,… Nhi u bài báo, chị ả ề ương trình gi i thi u TV, h i th o,  đãớ ệ ộ ả  miêu t  VR theo nhi u cách khác nhau. ả ề

Hi n nay, có nhi u đ nh nghĩa v  Th c t i  o, m t trong các đ nh nghĩaệ ề ị ề ự ạ ả ộ ị  

được ch p nh n r ng rãi là c a C.Burdea và P.Coiffet thì có th  hi u Th c t iấ ậ ộ ủ ể ể ự ạ  

o t ng đ i chính xác nh  sau: Th c t i  o là m t h  th ng giao di n c p

cao gi a Ngữ ườ ử ụi s  d ng và Máy tính. H  th ng này mô ph ng các s  v t vàệ ố ỏ ự ậ  

hi n tệ ượng theo th i gian th c có tờ ự ương tác v i ngớ ườ ử ụi s  d ng qua t ng h pổ ợ  các kênh c m giác (ngũ giác) g m: th  giác, thính giác, xúc giác, kh u giác vàả ồ ị ứ  

v  giác.ị

Hình 1.1.1.1.1 Giao di n gi a ng ệ ữ ườ i và th c t   o ự ế ả

M t cách lý tộ ưởng, ngườ ử ụi s  d ng có th  t  do chuy n đ ng trongể ự ể ộ  không gian ba chi u, tề ương tác v i các v t th   o, quan sát và kh o c u thớ ậ ể ả ả ứ ế 

gi i  o   nh ng góc đ  khác nhau v  m t không gian. Ngớ ả ở ữ ộ ề ặ ượ ạc l i, môi trườ  ng

o l i có nh ng ph n  ng t ng  ng v i m i hành đ ng c a ng i s  d ng,

tác đ ng vào các giác quan th  giác, thính giác, xúc giác c a ngộ ị ủ ườ ử ụ  i s  d ngtrong th i gian th c làm ngờ ự ườ ử ụi s  d ng có c m giác nh  đang t n t i trongả ư ồ ạ  

m t th  gi i th c.ộ ế ớ ự

1.1.2 L ch s  phát tri n c a công ngh  Th c t i  o ị ử ể ủ ệ ự ạ ả

M c dù Th c t i  o đặ ự ạ ả ược mô t  nh  m t công ngh  m i mang tính cáchả ư ộ ệ ớ  

m ng, nh ng ý tạ ư ưởng v  vi c nhúng ngề ệ ườ ử ụi s  d ng vào m t môi trộ ườ  ngnhân t o đã ra đ i t  r t s m. ạ ờ ừ ấ ớ

Thu t ng  “Th c t i  o” m i đậ ữ ự ạ ả ớ ược quan tâm trong m t vài năm g n đâyộ ầ  xong nó l i có l ch s  t  khá lâu. Cách đây kho ng g n 40 năm m t nhà làmạ ị ử ừ ả ầ ộ  phim có tên là Morton Heilig (1926­1997) người M  đã đ a ra ý tỹ ư ưởng hệ 

th ng mô ph ng bay (Flight Simulation) là t i sao không đ a con ngố ỏ ạ ư ườ ướ  i b csang m t th  gi i khác. S  d ng h  th ng này ngộ ế ớ ử ụ ệ ố ười quan sát có c m giácả  

nh đang s ng đ ng ngay tr c m t mình. Do không có s  h  tr  v  tài chính

Heilig không th  hoàn thành ể ước m  c a mình, xong ông cũng đã t o ra đơ ủ ạ ượ  c

m t thi t b  mô ph ng g i là “Sensorrama Simulator”, thi t b  này độ ế ị ỏ ọ ế ị ược công 

b  vào kho ng đ u nh ng năm 1960.ố ả ầ ữ

Hình 1.1.2.1.1.Hình  nh v  thi t b  mô ph ng Sensorrama­1960 ả ề ế ị ỏ

Thi t b  mô ph ng Sensorrama s  d ng hình  nh 3D, thu đế ị ỏ ử ụ ả ượ ừc t  camera 35mm k t h p thành m t camera chính. Bao g m m t h  th ng âm thanh k tế ợ ộ ồ ộ ệ ố ế  

h p v i nh ng c nh quay 3 chi u th c s  Ngợ ớ ữ ả ề ự ự ười nhìn có th  cể ưỡi m t cái xeộ  máy, có th  c m th y gió khi chuy n đ ng, th m chí h  có th  c m th yể ả ấ ể ộ ậ ọ ể ả ấ  

nh ng đo n đữ ạ ường có   gà. M c dù đây còn là m t cái máy đ n gi n, thô sổ ặ ộ ơ ả ơ xong nó đã m  ra nhi u ý tở ề ưởng nghiên c u m i ch a t ng có trên th  gi i. ứ ớ ư ừ ế ớ

Năm 1966, Ivan Sutherland (1938) m t sinh viên t t nghi p Trộ ố ệ ường Utah 

ti p t c nghiên c u v n đ  Heilig đã b  d  Sutherland cho r ng c nh quayế ụ ứ ấ ề ỏ ở ằ ả  

tương t  không đáp  ng đự ứ ược yêu c u th c t  Anh b t đ u ý tầ ự ế ắ ầ ưởng c a m tủ ộ  

b  tăng t c đ  ho  và đã ch  t o độ ố ồ ạ ế ạ ược h  th ng thi t b  hi n th  đ i đ uệ ố ế ị ể ị ộ ầ  (Head Mounted Display­HMD) có th  k t n i t i máy tính.ể ế ố ớ

Năm 1970, Sutherland ti p t c phát tri n ph n c ng c a HMD t i trế ụ ể ầ ứ ủ ạ ườ  ng

đ i h c Utah, làm cho nó hoàn thi n h n có màn hình là màn hình màu. Sạ ọ ệ ơ ử 

d ng hi n th  này, m t ngụ ể ị ộ ười có th  th y m t th  gi i  o hi n ra nh  thể ấ ộ ế ớ ả ệ ư ế 

gi i v t lý th t. Bao g m m t th  gi i  o mà ta có th  quan sát thông qua m tớ ậ ậ ồ ộ ế ớ ả ể ộ  HMD; m t máy tính đ  duy trì các mô hình trong th i gian th c; các kh  năngộ ể ờ ự ả  cho ngườ ử ụi s  d ng đ  thao tác nh ng đ i tể ữ ố ượng th c t  m t cách tr c quanự ế ộ ự  

nh t.ấ

Hình 1.1.2.1.2.Ivan Sutherland và thi t b  mô ph ng HMD­1970 ế ị ỏ

Cũng trong kho ng th i gian này Myron Kreuger (1942) đã phát tri n m tả ờ ể ộ  thi t b  có tên VIDEOPLACE. Thi t b  này s  d ng m t màn hình l n đ iế ị ế ị ử ụ ộ ớ ố  

di n v i ngệ ớ ười dùng. Trên màn hình hi n th  cái bóng ngể ị ười dùng. H  th ngệ ố  cũng có kh  năng hi n th  nhi u ngả ể ị ề ườ ử ụi s  d ng trên cùng m t màn hình.ộ

Hình 1.1.2.1.3.Thi t b  VIDEOPLACE­1970 ế ị

Nh ng ý tữ ưởng này được hai nhà khoa h c M    NASA là Scott Fisherọ ỹ ở  (1963) và McGreevy (1957) k t h p l i trong m t d  án có tên là “Tr m làmế ợ ạ ộ ự ạ  

vi c  o” (Visual Workstation) vào năm 1984. Cũng t  đó NASA phát tri nệ ả ừ ể  thi t b  hi n th  đ i đ u có tính thế ị ể ị ộ ầ ương m i đ u tiên, thi t k  d a trên m uạ ầ ế ế ự ẫ  hình m t n  l n v i các màn hình quang h c mà  nh đặ ạ ặ ớ ọ ả ược cung c p b i haiấ ở  thi t b  truy n hình c m tay Sony Watchman. S  phát tri n c a thi t b  này đãế ị ề ầ ự ể ủ ế ị  thành công ngoài d  đoán, b i NASA đã s n xu t đự ở ả ấ ược m t thi t b  HMD cóộ ế ị  giá ch p nh n đấ ậ ược trên th  trị ường và nh  v y ngành công nghi p Th c t iư ậ ệ ự ạ  

o đã ra đ i

Hình 1.1.2.1.4.Scott Fisher, McGreevy và thi t b  HMD­1984 c a NASA ế ị ủ

Công ngh  Th c t i  o t  nh ng năm 90 tr  l i đây đệ ự ạ ả ừ ữ ở ạ ược phát tri nể  

m nh m  và đang tr  thành m t công ngh  mũi nh n nh  kh  năng  ng d ngạ ẽ ở ộ ệ ọ ờ ả ứ ụ  

r ng rãi trong m i lĩnh v c nh : nghiên c u và công nghi p, giáo d c và đàoộ ọ ự ư ứ ệ ụ  

t o cũng nh  thạ ư ương m i, gi i trí,  ti m năng kinh t , cũng nh  tính lạ ả ề ế ư ưỡ  ng

d ng trong dân d ng và quân s  c a nó.ụ ụ ự ủ

1.1.3 Các đ c tính chính c a Th c t i  o ặ ủ ự ạ ả  [1]

VR (Virtual Reality) là m t h  th ng mô ph ng trong đó đ  h a máy tínhộ ệ ố ỏ ồ ọ  

đượ ử ục s  d ng đ  t o ra m t th  gi i “nh  th t”. Hay nói m t cách c  th  VRể ạ ộ ế ớ ư ậ ộ ụ ể  

là công ngh  s  d ng các k  thu t mô hình hoá không gian ba chi u, v i sệ ử ụ ỹ ậ ề ớ ự 

h  tr  c a thi t b  hi n đ i đ  xây d ng m t th  gi i mô ph ng đ  đ aỗ ợ ủ ế ị ệ ạ ể ự ộ ế ớ ỏ ể ư  

người ta vào m t th  gi i nhân t o v i không gian nh  th t.ộ ế ớ ạ ớ ư ậ

Trong th  gi i  o này, ngế ớ ả ườ ử ụi s  d ng không còn được xem nh  ngư ườ  iquan sát bên ngoài, mà đã th c s  tr  thành m t ph n c a h  th ng. Th  gi iự ự ở ộ ầ ủ ệ ố ế ớ  

“nhân t o” này không tĩnh t i mà l i ph n  ng, thay đ i theo ý mu n c aạ ạ ạ ả ứ ổ ố ủ  

ngườ ử ụi s  d ng nh  nh ng c  ch , hành đ ng,  T c là ngờ ữ ử ỉ ộ ứ ườ ử ụi s  d ng nhìn 

th y s  v t thay đ i trên màn hình ngay theo ý mu n c a h  và b  thu hút b iấ ự ậ ổ ố ủ ọ ị ở  

s  mô ph ng này. Đi u này có th  nh n th y ngay khi quan sát tr  nh  ch iự ỏ ề ể ậ ấ ẻ ỏ ơ  video game. Tương tác và kh  năng thu hút c a VR góp ph n l n vào c mả ủ ầ ớ ả  giác đ m chìm, c m giác tr  thành m t ph n c a hành đ ng trên màn hình màắ ả ở ộ ầ ủ ộ  

ngườ ử ụi s  d ng đang tr i nghi m. Nh ng VR còn đ y c m giác này “th t”ả ệ ư ẩ ả ậ  

h n n a nh  tác đ ng lên t t c  các kênh c m giác c a con ngơ ữ ờ ộ ấ ả ả ủ ười. Trong th cự  

t , ngế ười dùng không nh ng nhìn th y đ i tữ ấ ố ượng đ  h a 3D n i, đi u khi nồ ọ ổ ề ể  

(xoay, di chuy n, ) để ược đ i tố ượng trên màn hình (nh  trong game), mà cònư  

s  và c m th y chúng nh  có th t. ờ ả ấ ư ậ

Hai đ c tính chính c a VR là tặ ủ ương tác và đ m chìm, đây là hai "I"ắ  (Interactive, Immersion) mà nhi u ngề ười đã bi t. Tuy nhiên VR c n có 1 đ cế ầ ặ  tính th  3 mà ít ngứ ười đ  ý t i. VR không ch  là m t h  th ng tể ớ ỉ ộ ệ ố ương tác 

Người ­ Máy tính, mà các  ng d ng c a nó còn liên quan t i vi c gi i quy tứ ụ ủ ớ ệ ả ế  các v n đ  th t trong k  thu t, y h c, quân s ,  Các  ng d ng này do cácấ ề ậ ỹ ậ ọ ự ứ ụ  nhà phát tri n VR thi t k , đi u này ph  thu c r t nhi u vào kh  năng tể ế ế ề ụ ộ ấ ề ả ưở  ng

tượng c a con ngủ ười, đó chính là đ c tính "I" (Imagination) th  3 c a VR. Doặ ứ ủ  

đó có th  coi VR là t ng h p c a 3 y u t : Tể ổ ợ ủ ế ố ương tác ­ Đ m chìm ­ Tắ ưở  ng

tượng, (Interactive ­ Immersion ­ Imagination)

Hình 1.1.3.1.1.Các đ c tính chính c a Th c t i  o ặ ủ ự ạ ả

1.1.4 Phân lo i h  th ng Th c t i  o ạ ệ ố ự ạ ả

H  th ng VR đệ ố ược phân ra 3 lo i chính là: H  th ng VR không nh p vaiạ ệ ố ậ  (non ­ Immersive), H  th ng VR bán nh p vai (Semi­Immersive) và H  th ngệ ố ậ ệ ố  

VR nh p vai (Immersive). M t s  cách phân lo i khác d a vào m c đ  ph cậ ộ ố ạ ự ứ ộ ứ  

t p ho c phạ ặ ương th c ho t đ ng c a h  th ng. M c đ  ph c t p c a hứ ạ ộ ủ ệ ố ứ ộ ứ ạ ủ ệ 

th ng ph  thu c vào m c đ  khó trong vi c phát tri n  ng d ng. Phân lo iố ụ ộ ứ ộ ệ ể ứ ụ ạ  theo m c đ  ph c t p bao g m h  th ng Th c t i  o m c s  khai, m c cứ ộ ứ ạ ồ ệ ố ự ạ ả ứ ơ ứ ơ 

b n, m c tiên ti n, m c nh p vai và m c làm vi c nh  m t h  đi u hành choả ứ ế ứ ậ ứ ệ ư ộ ệ ề  môi trường Th c t i  o. Phân lo i theo phự ạ ả ạ ương th c bao g m h  th ng ho tứ ồ ệ ố ạ  

đ ng d a trên mô ph ng, d a trên h  th ng máy chi u, d a trên hình  nh thayộ ự ỏ ự ệ ố ế ự ả  

th  (avatar­image) ho c d a trên máy tính đ  bàn. [ế ặ ự ể 1] [2]

H  th ng VR không nh p vai: H  th ng VR không nh p vai đệ ố ậ ệ ố ậ ược xây 

d ng cho máy tính đ  bàn. H  th ng này đự ể ệ ố ược bi t v i tên là Windown onế ớ  World (WoW) hay Desktop VR. Trong h  th ng này, môi trệ ố ường  o đả ượ  c

quan sát thông qua màn hình có đ  phân gi i cao. Vi c tộ ả ệ ương tác được th cự  

hi n thông qua các phệ ương ti n nh  bàn phím, chu t ho c joystick.ệ ư ộ ặ

H  th ng VR bán nh p vai: H  th ng VR bán nh p vai bao g m hệ ố ậ ệ ố ậ ồ ệ 

th ng máy tính h  tr  đ  h a tố ỗ ợ ồ ọ ương đ i m nh đi kèm v i m t ho c nhi uố ạ ớ ộ ặ ề  màn hình ho c h  th ng máy chi u đ  t o ra màn hình l n. H  th ng mànặ ệ ố ế ể ạ ớ ệ ố  hình này được đ t xung quanh ngặ ười dùng đ  t o c m giác hòa mình vào môiể ạ ả  

trường 3D  o.ả

H  th ng VR nh p vai: H  th ng VR nh p vai là h  th ng t o choệ ố ậ ệ ố ậ ệ ố ạ  

người dùng tr i nghi m trong môi trả ệ ường  o gi ng v i th c t  nh t. Trongả ố ớ ự ế ấ  

h  th ng này, ngệ ố ười dùng đeo HMD ho c s  d ng BOOM đ  nhìn vào môiặ ử ụ ể  

trường  o. T t nhiên, so v i 2 h  th ng trên, h  th ng này là ph c t p và đòiả ấ ớ ệ ố ệ ố ứ ạ  

­ Máy tính (PC hay Workstation v i c u hình đ  h a m nh). ớ ấ ồ ọ ạ

­ Các thi t b  đ u vào (Input devices): là các thi t b  có kh  năng kíchế ị ầ ế ị ả  thích các giác quan đ  t o nên c m giác v  s  hi n h u trong th  gi i  oể ạ ả ề ự ệ ữ ế ớ ả  

g m có: B  dò v  trí (position tracking) đ  xác đ nh v  trí quan sát, b  giaoồ ộ ị ể ị ị ộ  

di n đ nh v  (Navigation interfaces) đ  di chuy n v  trí ngệ ị ị ể ể ị ườ ử ụi s  d ng, b  giaoộ  

di n c  ch  (Gesture interfaces) nh  găng tay d  li u (data glove), thi t bệ ử ỉ ư ữ ệ ế ị 

tương tác v i máy tính thông qua thi t b  nh  chu t (SpaceBall), bàn phím, ớ ế ị ư ộ

­ Các thi t b  đ u ra (Output devices): g m thi t b  hi n th  đ  h aế ị ầ ồ ế ị ể ị ồ ọ  (Kính m t Shutter Glasses, màn hình r ng, thi t b  HDM,…) đ  nhìn đắ ộ ế ị ể ược đ iố  

tượng 3D. Thi t b  âm thanh (loa) đ  nghe đế ị ể ược âm thanh vòm (nh  Hi­Fi,ư  Surround, ). B  ph n h i c m giác (Haptic feedback nh  găng tay,…) đ  t oộ ả ồ ả ư ể ạ  xúc giác khi s , n m đ i tờ ắ ố ượng. B  ph n h i xung l c (Force Feedback) độ ả ồ ự ể 

t o l c tác đ ng nh  khi đ p xe, đi đạ ự ộ ư ạ ường xóc,

1.1.5.3 Ph n m m (Software) ầ ề

Ph n m m luôn là linh h n c a Th c t i  o cũng nh  đ i v i b t cầ ề ồ ủ ự ạ ả ư ố ớ ấ ứ 

m t h  th ng máy tính hi n đ i nào. V  m t nguyên t c có th  dùng b t cộ ệ ố ệ ạ ề ặ ắ ể ấ ứ ngôn ng  l p trình hay ph n m m đ  h a nào cũng ph i b o đ m hai côngữ ậ ầ ề ồ ọ ả ả ả  

d ng chính là: Mô hình hóa (modelling) và mô ph ng (simulation) các đ iụ ỏ ố  

tượng trong VR

Các đ i tố ượng c a VR đủ ược mô hình hóa (modelling) t c là t o d ng môứ ạ ự  hình nh  chính ph n m m này hay mô hình hoá t  mô hình 2D thành mô hìnhờ ầ ề ừ  3D nh  công c  đ c bi t t  các ph n m m nh : Maya, 3D Max,…ờ ụ ặ ệ ừ ầ ề ư

1.1.6 Các thi t b  c  b n c a h  th ng Th c t i  o ế ị ơ ả ủ ệ ố ự ạ ả

1.1.6.1 Thi t b  đ nh h ế ị ị ướ ng và chuy n đ ng ể ộ

Cave là m t nhà hát có kích thộ ước 10 x 10 x 9 được đ t bên trong 1 phòngặ  

l n h n có kích thớ ơ ước 35 x 25 x 13. Phòng bên ngoài ph i đả ược chi u sángế  trong su t quá trình s  d ng Cave. Các b c tố ử ụ ứ ường c a Cave đủ ượ ạc t o b i cácở  

màn chi u và sàn nhà cũng là m t màn chi u th ng đ ng. Máy chi u đ  phânế ộ ế ẳ ứ ế ộ  

gi i cao hi n th  hình  nh lên toàn b  nh ng màn  nh khác b ng các t mả ể ị ả ộ ứ ả ằ ấ  

gương ph n chi u. Ngả ế ười dùng s  đi vào bên trong Cave và đeo 1 chi c kínhẽ ế  

đ c bi t đ  có th  nhìn th y nh ng hình  nh 3 chi u mà Cave hi n th  V iặ ệ ể ể ấ ữ ả ề ể ị ớ  

nh ng chi c kính này ngữ ế ười dùng có th  th y các đ i tể ấ ố ượng th c s  n i trongự ự ổ  không khí và có th  đi l i xung quanh chúng. Đi u này là hoàn toàn kh  dĩ v iể ạ ề ả ớ  các c m bi n đi n t  Khi m t ngả ế ệ ử ộ ười đi l i trong Cave, chuy n đ ng c a hạ ể ộ ủ ọ 

được theo dõi b i các c m bi n này và video s  đi u ch nh cho phù h p. Máyở ả ế ẽ ề ỉ ợ  tính s  ki m soát vi c này c a Cave cũng nh  khía c nh âm thanh. Không chẽ ể ệ ủ ư ạ ỉ 

có hình  nh 3 chi u mà có c  âm thanh 3 chi u nh  có r t nhi u loa đả ề ả ề ờ ấ ề ược đ tặ  trong Cave dưới nhi u góc đ ề ộ

t i  o cũng đạ ả ượ ức  ng d ng r t nhi u   các nụ ấ ề ở ước phát tri n. Bên c nh cácể ạ  

ng d ng truy n th ng   trên, cũng có m t s   ng d ng m i n i lên trong

th i gian g n đây c a Th c t i  o nh : Th c t i  o  ng d ng trong s n xu t,ờ ầ ủ ự ạ ả ư ự ạ ả ứ ụ ả ấ  

Th c t i  o  ng d ng trong ngành rôb t, Th c t i  o  ng d ng trong hi n thự ạ ả ứ ụ ố ự ạ ả ứ ụ ể ị thông tin (thăm dò d u m , hi n th  thông tin kh i, ) Th c t i  o có ti mầ ỏ ể ị ố ự ạ ả ề  

năng  ng d ng vô cùng l n. M i lĩnh v c trong cu c s ng đ u có th   ngứ ụ ớ ọ ự ộ ố ề ể ứ  

d ng “Th c t i  o” đ  nghiên c u và phát tri n hoàn thi n h n.ụ ự ạ ả ể ứ ể ệ ơ

1.1.7.1 Quân sự

V i vi c phát tri n c a VR, các binh sĩ s  đớ ệ ể ủ ẽ ược hu n luy n m t cáchấ ệ ộ  

tr c quan nh t các kĩ năng c n thi t nh : lái máy bay, lái xe tăng,… trự ấ ầ ế ư ước khi tham gia công vi c th c t  Đi u này v a đ m b o an toàn cho binh sĩ, v aệ ự ế ề ừ ả ả ừ  

ti t ki m đế ệ ược chi phí cho các khóa hu n luy n th c t  L u Năm Góc đã đ aấ ệ ự ế ầ ư  

ra quy t đ nh s  đ u t  36 tri u USD cho quân đ i m  đ  phát tri n m tế ị ẽ ầ ư ệ ộ ỹ ể ể ộ  game đ c bi t nh m hu n luy n binh sĩ ch ng l i kh ng b  dặ ệ ằ ấ ệ ố ạ ủ ố ướ ại d ng chi nế  thu t th c t   o. V i h  th ng trò ch i đ c bi t này, nh ng binh sĩ có th  t pậ ự ế ả ớ ệ ố ơ ặ ệ ữ ể ậ  luy n nh ng bài t p c a mình ngay t i nhà nh m ch ng l i nh ng tình hu ngệ ữ ậ ủ ạ ằ ố ạ ữ ố  

có th  phát sinh ra trong th c t  Đây s  là m t game r t s ng đ ng, có tínhể ự ế ẽ ộ ấ ố ộ  hành đ ng cao v i môi trộ ớ ường và b i c nh bám sát th c t  Nh ng ngố ả ự ế ữ ười lính 

s  ph i v n d ng t t c  nh ng k  năng đã đẽ ả ậ ụ ấ ả ữ ỹ ược rèn giũa trong quân đ i.ộ

Hình 1.1.7.1.1 Kính th c t   o Oculus Rift s  d ng cho quân đ i ự ế ả ử ụ ộ

1.1.7.2 Giáo d c ụ

 các n c ph ng Tây   vi c nhà h c Internet không còn là đi u m i

m  n a. Và công ngh  VR s  làm cho vi c này tr  nên thú v  h n r t nhi u.ẻ ữ ệ ẽ ệ ở ị ơ ấ ề  

Gi ng nh  m t game MMORPG b n đi u khi n m t nhân v t đ i di n choố ư ộ ạ ề ệ ộ ậ ạ ệ  

b n đi l i trong 1 trạ ạ ường h c  o đọ ả ược xây d ng trên máy tính. B n có thự ạ ể tham gia vào b t c  l p h c  o nào mà b n thích, nói chuy n v i các thànhấ ứ ớ ọ ả ạ ệ ớ  viên khác trong l p.ớ

Hình 1.1.7.2.1.M t l p h c s  d ng th c t   o ộ ớ ọ ử ụ ự ế ả

1.1.7.3 Xây d ng ự

B n mu n xây nhà. B n thuê m t ki n trúc s  thi t k  cho ngôi nhàạ ố ạ ộ ế ư ế ế  

tương lai c a b n. Anh ta hoàn thành nó trên bàn v  và li u b n có th  tủ ạ ẽ ệ ạ ể ưở  ng

tượng ra nó nh  th  nào. Có th  nh ng ch c ch n s  không th  chính xácư ế ể ữ ắ ắ ẽ ể  

được. Và khi hoàn thành ch a ch c gì đã đúng theo ý c a b n. Gi  đây ngôiư ắ ủ ạ ờ  nhà đó được xây d ng trên máy tính, b n có th  đi l i kh p n i trong nhà,ự ạ ể ạ ắ ơ  xem xét t ng ng  ngách nh  nh t.ừ ỏ ỏ ấ

Hình 1.1.7.3.1 ng d ng trong xây d ng và ki n trúc Ứ ụ ự ế

1.1.7.4 Y h c ọ

Th c t i  o gi i quy t đự ạ ả ả ế ượ ấc r t nhi u v n đ  trong y h c: cung c p môiề ấ ề ọ ấ  

trường th c hành cho nghiên c u và h c t p, r t h u ích trong vi c mô ph ngự ứ ọ ậ ấ ữ ệ ỏ  các ca ph u thu t tránh gây r i ro trong th c t ẫ ậ ủ ự ế

Nh  v y Th c t i  o có áp d ng trong h u h t các lĩnh v c c a cu cư ậ ự ạ ả ụ ầ ế ự ủ ộ  

s ng. Qua đó cũng nh n th y đố ậ ấ ược ý nghĩa to l n c a vi c  ng d ng Th cớ ủ ệ ứ ụ ự  

t i  o, b i nh ng v n đ  khó khăn mà n u khó có Th c t   o thì r t khó gi iạ ả ở ữ ấ ề ế ự ế ả ấ ả  quy t và hi u qu  không cao mà chi phí t n kém.ế ệ ả ố

Hình 1.1.7.4.1 ng d ng trong Y h c Ứ ụ ọ

Đây có th  nói là m t trong nh ng  ng d ng tuy t v i nh t c a côngể ộ ữ ứ ụ ệ ờ ấ ủ  ngh  th c t   o. Trệ ự ế ả ước đây vi c cho nh ng bác sĩ th c t p ho c bác sĩ thi uệ ữ ự ậ ặ ế  kinh nghi m th c hành ph u thu t trên c  th  ngệ ự ẫ ậ ơ ể ười luôn làm n y sinh nh ngả ữ  

lo ng i v  tính an toàn cũng nh  đ o đ c. Gi  thì m i ca ph u thu t cũng nhạ ề ư ạ ứ ờ ọ ẫ ậ ư các quy trình chăm sóc b nh nhân đ u có th  đệ ề ể ược mô ph ng trong môiỏ  

trường th c t   o. Bác sĩ có th  nâng cao k  năng b n thân mà không có b tự ế ả ể ỹ ả ấ  

k  s  m o hi m nào đ i v i s c kh e và tính m ng b nh nhân. Ngoài ra th cỳ ự ạ ể ố ớ ứ ỏ ạ ệ ự  

t   o còn có m t s   ng d ng khác trong y t  nh  k t h p v i các m u scanế ả ộ ố ứ ụ ế ư ế ợ ớ ẫ  

n m đắ ược b c tranh toàn c nh và nhanh chóng phán đoán đứ ả ược các xu th  tế ừ 

m t kh i lộ ố ượng d  li u đ  s  và tữ ệ ồ ộ ưởng ch ng nh  r i r c dừ ư ờ ạ ưới đôi m t và tríắ  não thông thường. V i nh ng k  s  thì công ngh  th c t   o càng quan tr ngớ ữ ỹ ư ệ ự ế ả ọ  

h n b i nó giúp h  t o ra mô hình cho nh ng máy móc h  thi t k  trong m tơ ở ọ ạ ữ ọ ế ế ộ  môi trường an toàn cũng nh  ti t ki m th i gian và ti n b c.ư ế ệ ờ ề ạ

Hình 1.1.7.5.1 ng d ng trong khoa h c k  thu t Ứ ụ ọ ỹ ậ

1.1.7.6 Th  thao ể

Cũng gi ng nh  trong quân s , chi c kính th c t   o chính là công cố ư ự ế ự ế ả ụ 

đ c l c giúp nh ng v n đ ng viên th  thao luy n t p ph n  ng trắ ự ữ ậ ộ ể ệ ậ ả ứ ước nh ngữ  tình hu ng th c v i chi phí th p và không ng i b  ch n thố ự ớ ấ ạ ị ấ ương không đáng có. 

H n th  n a thì s  phát tri n c a th c t   o cũng là m t tin vui cho r t nhi uơ ế ữ ự ể ủ ự ế ả ộ ấ ề  fan hâm m  th  thao b i gi  đây h  có th  quan sát th n tộ ể ở ờ ọ ể ầ ượng c a mình ủ ở 

c  li g n và ngay gi a sân thi đ u thay vì theo dõi trên gh  sân v n đ ng ho cự ầ ữ ấ ế ậ ộ ặ  qua màn hình vô tuy n.ế

Hình 1.1.7.6.1 ng d ng trong th  thao Ứ ụ ể

1.2 Mô ph ng l a và ý nghĩaỏ ử

1.2.1 Mô ph ng l a ỏ ử

L a là nhi t và ánh sáng phát sinh đ ng th i t  v t đang cháy. L a (hayử ệ ồ ờ ừ ậ ử  

s  cháy) là quá trình bi n đ i hóa h c (thự ế ổ ọ ường là ph n  ng ôxy hóa) nhanhả ứ  

c a v t li u, t a ra nhi t, các s n ph m ph n  ng và phát ra ánh sáng. Cácủ ậ ệ ỏ ệ ả ẩ ả ứ  quá trình ôxy hóa ch m khác nh  g  hay th y phân không bao g m trong đ nhậ ư ỉ ủ ồ ị  nghĩa này. [2]

Ng n l a là m t ph n bi u hi n th y đọ ử ộ ầ ể ệ ấ ược (phát ra ánh sáng) c a sủ ự cháy, t o ra t  các ph n  ng hóa h c có s  t a nhi t cao (cháy, ph n  ng oxyạ ừ ả ứ ọ ự ỏ ệ ả ứ  hóa t  duy trì) di n ra trong môi trự ễ ường h p. Ng n l a là m t tr ng thái t nẹ ọ ử ộ ạ ồ  

t i c a v t ch t và đạ ủ ậ ấ ược x p nh  m t lo i khí plasma ­ b  ion hóa m t ph n.ế ư ộ ạ ị ộ ầ

Đ  s  cháy x y ra, ph i c n và đ  3 y u t  đó là ch t cháy, ôxy vàể ự ả ả ầ ủ ế ố ấ  ngu n nhi t. Thi u m t trong các y u t  trên ho c các y u t  trên không đồ ệ ế ộ ế ố ặ ế ố ủ thì s  cháy s  không x y ra. M i ch t khác nhau có nhi t đ  b c cháy khácự ẽ ả ỗ ấ ệ ộ ố  nhau. Màu s c c a ng n l a theo nhi t đ  cũng khác nhau, ch ng h n nh : ắ ủ ọ ử ệ ộ ẳ ạ ư

Phân lo i c a các d ng l a:ạ ủ ạ ử

­ T  nhiên: Núi l a, l a m t tr i, l a s m sét,… ự ử ử ặ ờ ử ấ

­ Nhân t o: diêm, b t l a; l a hàn; h  th ng đánh đi n đ ng c , tênạ ậ ử ử ệ ố ệ ộ ơ  

l a…ử

Mô ph ng l a có th  coi là m t trong nh ng công vi c khó khăn nh t,ỏ ử ể ộ ữ ệ ấ  

ph c t p nh t c a mô ph ng. Mô ph ng l a   d ng mô ph ng đ ng theo th iứ ạ ấ ủ ỏ ỏ ử ở ạ ỏ ộ ờ  gian th c ho c không theo th i gian th c. Đ  mô ph ng l a mà ch  yêu c uự ặ ờ ự ể ỏ ử ỉ ầ  

d ng mô hình, không yêu c u đ  chính xác cao và không yêu c u th  hi nạ ầ ộ ầ ể ệ  đúng b n ch t v t lý thì không quá khó. Nh ng đ  mô ph ng đả ấ ậ ư ể ỏ ượ ửc l a đúng 

v i các tính ch t v t lý c a nó và hi u  ng c a l a theo th i gian th c thì quớ ấ ậ ủ ệ ứ ủ ử ờ ự ả 

là m t công vi c không d  dàng. Đ i v i công vi c này ngộ ệ ễ ố ớ ệ ười ta ph i nghiênả  

c u, xây d ng ra các phứ ự ương pháp và s  cài đ t b ng các ngôn ng  l p trìnhẽ ặ ằ ữ ậ  thì m i có th  th  hi n đớ ể ể ệ ược yêu c u. ầ

Cũng nh  các đ i tư ố ượng khác, mô ph ng l a cũng có 2 cách th c riêngỏ ử ứ  

bi t. M t là s  d ng các công c  đã đệ ộ ử ụ ụ ược xây d ng s n v i đ  chính xácự ẵ ớ ộ  không cao, hai là s  d ng các ngôn ng  l p trình th  hi n các phử ụ ữ ậ ể ệ ương pháp 

ph c t p d a trên c  s  lý thuy t ch t ch ứ ạ ự ơ ở ế ặ ẽ

1.2.2 Ý nghĩa c a mô ph ng l a ủ ỏ ử

L a đử ược xem là m t trong nh ng phát minh quan tr ng nh t c a nhânộ ữ ọ ấ ủ  

lo i. L a tr  thành ngu n s ng c a con ngạ ử ở ồ ố ủ ười, giúp con người thoát kh i đ iỏ ờ  

s ng nguyên s  Nh  đó, l a là s n v t thiêng liêng, v a là kh i đi m choố ơ ờ ử ả ậ ừ ở ể  

nh ng sinh ho t văn hóa c ng đ ng c a ngữ ạ ộ ồ ủ ườ ơi s  khai. Ngoài duy trì s  s ngự ố  

l a còn có nhi u  ng d ng trong các lĩnh v c s n xu t, vui ch i gi i trí…ử ề ứ ụ ự ả ấ ơ ả

Có r t nhi u ngu n l a khác nhau, đ  đ m b o cho vi c tính toán thi tấ ề ồ ử ể ả ả ệ ế  

k  các  ng d ng c a l a đế ứ ụ ủ ử ược chính xác và s  d ng có hi u qu  vào cu cử ụ ệ ả ộ  

s ng vi c mô ph ng nh ng  ng d ng c a l a trố ệ ỏ ữ ứ ụ ủ ử ước khi đ a ra  ng d ng làư ứ ụ  

vô cùng quan tr ng. Vi c ki m duy t các thi t k , các d  án liên quan khi đ aọ ệ ể ệ ế ế ự ư  vào th c hi n nh m gi m thi u các r i ro do l a gây ra.  ng d ng mô ph ngự ệ ằ ả ể ủ ử Ứ ụ ỏ  

l a trong giáo d c, đ c bi t là trong các trử ụ ặ ệ ường công nghi p, trệ ường ngh  đàoề  

t o v  ch  t o máy, c  khí,… các mô ph ng v  l a v i các đ i tạ ề ế ạ ơ ỏ ề ử ớ ố ượng khác hay các đ i tố ượng l a v i nhau s  giúp ngử ớ ẽ ườ ọi h c có m t cái nhìn tr c quanộ ự  

h n, ti p thu bài d  h n. Ví d  mô ph ng các lo i đèn dùng trong quá trìnhơ ế ễ ơ ụ ỏ ạ  đun nóng   phòng thí nghi m hóa h c.ở ệ ọ

Vi c xây d ng các mô hình mô ph ng l a và các hi u  ng c a l a đangệ ự ỏ ử ệ ứ ủ ử  

là nhu c u c p thi t đ i v i ngành liên quan đ n l a, mà công ngh  mô ph ngầ ấ ế ố ớ ế ử ệ ỏ  

c n ph i th c hi n. Tuy nhiên, đây v n đang là m t thách th c l n c a côngầ ả ự ệ ẫ ộ ứ ớ ủ  ngh  mô ph ng.ệ ỏ

CHƯƠNG 2 PHƯƠNG PHÁP MÔ PH NG L AỎ Ử

Trong chương 2 chúng ta cùng tìm hi u phể ương pháp mô ph ng l a,ỏ ử  dùng k  thu t nào đ  th c hi n nó, tìm hi u đ c tính c a ng n l a đ  môỹ ậ ể ự ệ ể ặ ủ ọ ử ể  

ph ng nó đỏ ược chính xác và xem m t s  mô hình mô ph ng. ộ ố ỏ

2.1 Phương pháp Particle­based

Mô ph ng l a b ng phỏ ử ằ ương pháp Particle Based phù h p v i vi c t oợ ớ ệ ạ  

hi u  ng cho v  cháy n    đây không mô hình hóa b ng s  r c r i mà ph nệ ứ ụ ổ Ở ằ ố ắ ố ầ  

l n là sóng xung kích vô hình, phớ ương pháp này s  d ng m t mô hình ch tử ụ ộ ấ  

l ng không nén đỏ ượ ươc t ng đ i  n đ nh vào phép tính toán cho các chuy nố ổ ị ể  

đ ng c a không khí và khí nóng. Lĩnh v c phân tán c a ch t l ng độ ủ ự ủ ấ ỏ ược đi uề  

ch nh tr c ti p vào phép tính toán cho v  n  và s  phát sinh, m  r ng các s nỉ ự ế ụ ổ ự ở ộ ả  

ph m c a quá trình đ t cháy khí. H t th m vào trong ch t l ng theo dõiẩ ủ ố ạ ấ ấ ỏ  chuy n đ ng c a h t nhiên li u và mu i khi chúng để ộ ủ ạ ệ ộ ược b  sung thêm b ngổ ằ  

ch t l ng. Đ t là mô hình s  d ng m t quá trình đ n gi n nh ng hi u qu  chiấ ỏ ố ử ụ ộ ơ ả ư ệ ả  

ph i b i các h t và h  th ng ch t l ng. Phố ở ạ ệ ố ấ ỏ ương pháp này có đ  linh ho t đủ ạ ể 

x t x p x  c a ch t l ng cháy. Báo cáo này t p trung vào m t s  ví d  các vị ấ ỉ ủ ấ ỏ ậ ộ ố ụ ụ 

n  khí, v  n  g n nh ng tr  ng i, h n ch  các v  n  và thu c x t cháy. B iổ ụ ổ ầ ữ ở ạ ạ ế ụ ổ ố ị ở  

vì phương pháp này được d a trên các bự ước h i nh p thành ph n cho phépộ ậ ầ  

th i gian l n, nó ch  đòi h i m t vài giây tính toán cho m i khung hình cho cácờ ớ ỉ ỏ ộ ỗ  

ví d  đụ ược hi n th ể ị

2.1.1 K  thu t mô ph ng Particle­based ỹ ậ ỏ

Mô hình hóa các hi n tệ ượng nh  mây, khói, nư ước, l a, đi n  v i các kử ệ ớ ỹ thu t t ng h p hình  nh hi n t i r t khó khăn. B  m t c a nh ng đ i tậ ổ ợ ả ệ ạ ấ ề ặ ủ ữ ố ượ  ngnày ch a đư ược đ nh nghĩa rõ ràng b ng các phị ằ ương trình toán h c mà r t ph cọ ấ ứ  

t p, không có quy lu t. Đ c bi t, chúng luôn chuy n đ ng và hay thay đ i. Doạ ậ ặ ệ ể ộ ổ  

đó các đ i tố ượng không đ nh hình nh  th  này không th  đị ư ế ể ược mô hình b ngằ  các k  thu t bi n đ i thông thỹ ậ ế ổ ường dành cho các v t th  c ng hay các hi nậ ể ứ ệ  

tượng thông thường khác trong đ  h a vi tính. Particle là m t trong nh ngồ ọ ộ ữ  

phương pháp đ c bi t đặ ệ ược dùng đ  mô ph ng các đ i tể ỏ ố ượng ki u này.ể

2.1.1.1 Đ nh nghĩa Particle System ị

Particle System là m t t p h p các thành ph n hay các h t (particle) riêngộ ậ ợ ầ ạ  

bi t. Particle System đi u khi n t p h t đó, cho phép chúng ho t đ ng m tệ ề ể ậ ạ ạ ộ ộ  cách t  đ ng nh ng v i m t s  thu c tính chung nh t đ nh. [ự ộ ư ớ ộ ố ộ ấ ị 2] [4]

2.1.1.2 Đ c tính c a Particle System [ ặ ủ 2 ]

Particle System có ba đ c tính riêng khác h n v i các k  thu t t ng h pặ ẳ ớ ỹ ậ ổ ợ  hình  nh thông thả ường khác. Đó là:

1. M t đ i tộ ố ượng được bi u di n không ph i b i m t t p các thànhể ễ ả ở ộ ậ  

ph n b  m t c  b n nh  các đa giác hay các mi ng nh  b  m t đ  t o ra bầ ề ặ ơ ả ư ế ỏ ề ặ ể ạ ề 

m t biên, mà đặ ượ ấc c u thành t  t p các h t đ  t o hình kh i.ừ ậ ạ ể ạ ố

2. Particle System không ph i là th c th  tĩnh mà chuy n đ ng và thayả ự ể ể ộ  

đ i hình d ng theo th i gian. Các h t liên t c "ch t đi" và các h t m i đổ ạ ờ ạ ụ ế ạ ớ ượ  c

"sinh ra"

3. M t đ i tộ ố ượng được bi u di n b ng Particle System không để ễ ằ ược xác 

đ nh hoàn toàn, c  v  đị ả ề ường nét l n hình d ng. Thay vào đó, nó đẫ ạ ược xác 

m t kho ng th i gian x  lí c a máy tính, ta có th  t o ra nhi u quá trình x  líộ ả ờ ử ủ ể ạ ề ử  

h n, xây d ng hình  nh ph c t p h n. Cũng do đ n gi n h n nên vi c t oơ ự ả ứ ạ ơ ơ ả ơ ệ ạ  

hi u  ng nhòe khi chuy n đ ng cho particle s  d  dàng h n. Vi c t o hi uệ ứ ể ộ ẽ ễ ơ ệ ạ ệ  

ng nhòe cho khi đ i t ng di chuy n nhanh ph n l n đã b  b  qua trong k

thu t t ng h p hình  nh cho đ n ngày nay.ậ ổ ợ ả ế

2. Đ nh nghĩa mô hình đị ược xác đ nh theo th  t c và đị ủ ụ ược đi u khi nề ể  

b i các s  ng u nhiên. Do đó, vi c nh n v  m t mô hình v i đ  chi ti t cao.ở ố ẫ ệ ậ ề ộ ớ ộ ế

3. Không yêu c u m t th i gian thi t k  l n nh  trong các h  th ngầ ộ ờ ế ế ớ ư ệ ố  

hướng b  m t. Vì nó là theo th  t c, m t Particle System có th  t  đi u ch nhề ặ ủ ụ ộ ể ự ề ỉ  

m c đ  chi ti t c a nó đ  phù h p v i t p các tham s  đã đứ ộ ế ủ ể ợ ớ ậ ố ược xác đ nh choị  

vi c quan sát. Cũng nh  v i các b  m t Fractal, càng phóng đ i m t Particleệ ư ớ ề ặ ạ ộ  System càng cho ta nh ng hình  nh chi ti t h n.ữ ả ế ơ

4. M t đ i tộ ố ượng được mô ph ng b ng Particle System là m t đ i tỏ ằ ộ ố ượ  ng

"s ng", có nghĩa là chúng thay đ i theo th i gian. R t khó đ  có th  mô hìnhố ổ ờ ấ ể ể  

s  chuy n đ ng ph c t p này b ng các k  thu t mô hình d a vào b  m t đ iự ể ộ ứ ạ ằ ỹ ậ ự ề ặ ố  

tượng

Particle System là m t ý tộ ưởng đã có t  lâu. Kho ng 50 năm trừ ả ước thì 

nh ng trò ch i vi tính đ u tiên cũng đã s  d ng r t nhi u các pixel chuy nữ ơ ầ ử ụ ấ ề ể  

đ ng đ  t o ra v  n  c a vũ khí (SpaceWar ­ 1962, Asteroids ­ 1978 ).ộ ể ạ ụ ổ ủ  Particle System cũng đã đượ ử ục s  d ng đ  t o ra các hi u  ng 3D trong các bể ạ ệ ứ ộ phim t  nh ng năm 1980. Alvy Ray Smith và Jim Blinn s  d ng particle đừ ữ ử ụ ể 

mô hình hóa vi c hình thành và ch t đi c a các vì sao trong các d i ngân hàệ ế ủ ả  trong Cosmos, m t seri phim truy n hình v  ngu n g c s  s ng và v  trí c aộ ề ề ồ ố ự ố ị ủ  trái đ t trong vũ tr  đấ ụ ược phát hành l n đ u năm 1980. Star Trek II, b  phimầ ầ ộ  

n i ti ng v  đ  tài chi n tranh vũ tr  đổ ế ề ề ế ụ ược phát hành năm 1982 cũng s  d ngử ụ  

k  thu t Particle System đ  xây d ng hi u  ng các v  n  ngoài vũ tr ỹ ậ ể ự ệ ứ ụ ổ ụ

2.1.2 Mô hình mô ph ng hi u  ng l a b ng Particle­based ỏ ệ ứ ử ằ

Trong môi trường t  nhiên v i h u h t m i ngự ớ ầ ế ọ ười các v  n  là may m nụ ổ ắ  

xu t hi n hi m hoi, song chúng xu t hi n   kh p n i trong môi trấ ệ ế ấ ệ ở ắ ơ ường nhân 

t o, do con ngạ ườ ại t o ra. Phim và các tình ti t c a k ch b n truy n hình, tròế ủ ị ả ề  

ch i video,… cũng không ngo i l  Môi trơ ạ ệ ường phát tri n cho mô ph ng hu nể ỏ ấ  luy n thệ ường xuyên t p trung vào các tình hu ng b o l c ho c nguy hi m, vìậ ố ạ ự ặ ể  

v y nó cũng thậ ường bao g m m t s  hình th c c a hi n tồ ộ ố ứ ủ ệ ượng n  Phổ ươ  ngpháp Particle based t o hi u  ng đ ng cho các v  n  th c t  nh  th  hi nạ ệ ứ ộ ụ ổ ự ế ư ể ệ  trong hình 2.1

Hình 2.1.2.1.1.V  n  bên c nh b c t ụ ổ ạ ứ ườ ng

Đ nh nghĩa chính xác v  m t v  n  khác nhau tùy thu c vào hoàn c nh,ị ề ộ ụ ổ ộ ả  

m t v  n  nói chung bao g m m t b n phóng thích đ t ng t c a năng lộ ụ ổ ồ ộ ả ộ ộ ủ ượ  ng

t o ra m t áp l c phía trạ ộ ự ước hướng ra bên ngoài lan truy n, ho c sóng xungề ặ  kích. V  n  có th  phát sinh t  c  h c, hóa ch t, h t nhân, ho c các s  ki nụ ổ ể ừ ơ ọ ấ ạ ặ ự ệ  khác. Sóng xung kích là hi u  ng chính c a m t v  n , nh ng nó di chuy n ệ ứ ủ ộ ụ ổ ư ể ở 

t c đ  siêu âm và ch  bi u hi n rõ ràng là m t s  khúc x  c a ánh sáng.ố ộ ỉ ể ệ ộ ự ạ ủ  Ngo i tr  trạ ừ ường h p đ c bi t, v  n  m nh m , hi u  ng khúc x  g n nhợ ặ ệ ụ ổ ạ ẽ ệ ứ ạ ầ ư hoàn toàn vô hình. Tác d ng ph  có th  bao g m nh p nháy sáng c a ánhụ ụ ể ồ ấ ủ  sáng, l a, b i và các m nh v n bay. Đáng chú ý nh ng tác d ng ph  có thử ụ ả ụ ữ ụ ụ ể 

được hi n ra khá rõ ràng.ệ

Theo thi t k , các v  n  th c t  s  d ng cho hi u  ng hình  nh thế ế ụ ổ ự ế ử ụ ệ ứ ả ườ  ng

h n ch  t i đa s c m nh c a v  n , t i đa hóa s  xu t hi n c a tác d ngạ ế ố ứ ạ ủ ụ ổ ố ự ấ ệ ủ ụ  

ph  Đ c bi t, qu  c u l a có  n tụ ặ ệ ả ầ ử ấ ượng l n ngay c  khi s n xu t ng n l aớ ả ả ấ ọ ử  

s  lố ượng t i thi u. M t lý do cho đ  l ch t  th c t  này là sóng n  m nh r tố ể ộ ộ ệ ừ ự ế ổ ạ ấ  khó đ  nhìn th y nh ng c c k  nguy hi m, l c làm ch n đ ng c a m t vể ấ ư ự ỳ ể ự ấ ộ ủ ộ ụ 

n  m nh và m nh v  t c đ  cao có th  gây t  vong ngay khi   m t kho ngổ ạ ả ỡ ố ộ ể ử ở ộ ả  

cách h p lý. Ngợ ượ ạc l i, qu  c u l a l n trông r t  n tả ầ ử ớ ấ ấ ượng và ph n nào anầ  toàn h n đ  làm vi c v i nó.ơ ể ệ ớ

C  hai v  n  h t l  l ng và các v  n  l ng, h i có th  t o ra qu  c uả ụ ổ ạ ơ ử ụ ổ ỏ ơ ể ạ ả ầ  

l a l n. M t h t l  l ng, b i, v  n  x y ra khi m t h t r t d  cháy nhử ớ ộ ạ ơ ử ụ ụ ổ ả ộ ạ ấ ễ ư thu c súng, than, mùn c a, ho c b t, đố ư ặ ộ ược phân tán qua m t kh i không khíộ ố  

và sau đó đ t cháy. C  ch  phát tán b i có th  bao g m rung đ ng hay m t vố ơ ế ụ ể ồ ộ ộ ụ 

n  ban đ u nh  h n. V  n  l ng, h i x y ra tổ ầ ỏ ơ ụ ổ ỏ ơ ả ương t  m t h t d  cháy, h iự ộ ạ ễ ơ  

c a nó đủ ược phân tán và sau đó đ t cháy. M t ví d  n i ti ng c a m t k chố ộ ụ ổ ế ủ ộ ị  

b n phát tán ch t l ng, h i đả ấ ỏ ơ ược bi t đ n nh  m t BLEVE (Boiling Liquidế ế ư ộ  Expanding Vapor Explosion), x y ra khi m t thùng kín ch t l ng d  cháyả ộ ấ ỏ ễ  

được làm nóng. S c nóng làm bay h i ch t l ng trong container, t o áp l cứ ơ ấ ỏ ạ ự  cho đ n khi b  v  thùng ch a, x t m t h n h p ch t l ng d  cháy và h i raế ị ỡ ứ ị ộ ỗ ợ ấ ỏ ễ ơ  môi trường xung quanh n i nó có th  đơ ể ược đ t cháy b ng b t c  ngu n đãố ằ ấ ứ ồ  

được làm nóng các thùng ch a.ứ

S  xu t hi n ng u nhiên c a h t l  l ng và các v  n  l ng, h i có thự ấ ệ ẫ ủ ạ ơ ử ụ ổ ỏ ơ ể phá h y và ch t ngủ ế ười, người làm trong lĩnh v c h a công có th  s  d ngự ỏ ể ử ụ  chúng đ  t o s  xu t hi n v i hi u qu  mong mu n. Tuy nhiên, ngay cể ạ ự ấ ệ ớ ệ ả ố ả 

người trong ngh  v i bàn tay khéo léo, v n còn t n kém và nguy hi m ti mề ớ ẫ ố ể ề  tàng

Phương pháp mô ph ng Particle mô t  m t thi t k  đ  th c t  mô hìnhỏ ả ộ ế ế ể ự ế  hành vi c a các v  n  h t l  l ng. M c dù phủ ụ ổ ạ ơ ử ặ ương pháp này ch  y u dànhủ ế  cho các tình hu ng liên quan đ n các h t b i, song nó ho t đ ng khá t t linhố ế ạ ụ ạ ộ ố  

ho t đ i v i m t s  k ch b n liên quan đ n x t ch t l ng cháy.ạ ố ớ ộ ố ị ả ế ị ấ ỏ

Phương pháp này s  d ng m t ch t l ng mô ph ng đ ng l c tử ụ ộ ấ ỏ ỏ ộ ự ương đ iố  

n đ nh đ  tính toán chuy n đ ng c a không khí và khí nóng xung quanh v

n  H t th m vào trong ch t l ng theo dõi chuy n đ ng c a nhiên li u đ t vàổ ạ ấ ấ ỏ ể ộ ủ ệ ố  các s n ph m h t b  sung b ng ch t l ng. Các mô hình h  th ng đ t s  d ngả ẩ ạ ổ ằ ấ ỏ ệ ố ố ử ụ  quá trình đ n gi n nh ng hi u qu  chi ph i b i các h t và h  th ng ch tơ ả ư ệ ả ố ở ạ ệ ố ấ  

l ng.ỏ

Không gi ng nh  phố ư ương pháp Physically­based ti p c n các v  n  sinhế ậ ụ ổ  

đ ng, phộ ương pháp Particle­based không mô hình sóng xung kích s  lố ượ  ngphi n hà cũng nh  hi n tề ư ệ ượng áp l c thoáng qua khác đự ượ ạc t o ra b i v  n ở ụ ổ  Thay vào đó nó s  d ng m t mô hình ch t l ng không nén đử ụ ộ ấ ỏ ược nhanh g n vàọ  

đi u ch nh phân tán vào ho ch toán cho các th  h  m  r ng s n ph m cháyề ỉ ạ ế ệ ở ộ ả ẩ  khí. Th c hi n MATLAB k t qu  đòi h i không quá m t vài giây tính toánự ệ ế ả ỏ ộ  cho m i khung hình trên m t máy tr m đ  mô ph ng chuy n đ ng.ỗ ộ ạ ể ỏ ể ộ

2.1.3 B i c nh ố ả

N  l c đáng k  đã đỗ ự ể ược hướng vào vi c t o hi u  ng n  và các hi nệ ạ ệ ứ ổ ệ  

tượng liên quan nh  l a. Particle systems đư ử ược xem nh  m t phư ộ ương ti n đệ ể 

mô hình ng n l a và các đ i tọ ử ố ượng khác thi u ranh gi i c ng, là m t trongế ớ ứ ộ  

nh ng phữ ương pháp sinh đ ng thộ ường được s  d ng nh t cho các v  n ,ử ụ ấ ụ ổ  nhi u h  th ng phát tri n s  d ng các quy t c heuristic đ  di chuy n các h tề ệ ố ể ử ụ ắ ể ể ạ  màu đ  t o ra s  xu t hi n c a m t v  n  ho c cháy.ể ạ ự ấ ệ ủ ộ ụ ổ ặ

S c m nh chính và h n ch  c a các h  th ng này ph  thu c vào k  năngứ ạ ạ ế ủ ệ ố ụ ộ ỹ  

ngườ ử ụi s  d ng ch n các thông s  mang l i k t qu  th c t  Phọ ố ạ ế ả ự ế ương pháp 

ti p c n Particle Systems ch  đ n gi n là n i các quy t c theo kinh nghi m đãế ậ ỉ ơ ả ơ ắ ệ  

được thay th  b ng quy đ nh ch t ch  h n d a trên c  s  v t lí c  b n. Cế ằ ị ặ ẽ ơ ự ơ ở ậ ơ ả ơ 

s  v t lý t o đi u ki n đ t đở ậ ạ ề ệ ạ ược k t qu  th c t  cho m t ph m vi r ng l nế ả ự ế ộ ạ ộ ớ  

h n c a đi u ki n b ng cách thêm các quy t c g n đúng c a th  gi i th c.ơ ủ ề ệ ằ ắ ầ ủ ế ớ ự

Trước đây trong đ  h a mô hình v  n  Physically­based t p trung vào lànồ ọ ụ ổ ậ  sóng ch n đ ng và  nh hấ ộ ả ưởng c a các v t th  r n. V  n  x p x  nh  m t lànủ ậ ể ắ ụ ổ ấ ỉ ư ộ  sóng d ng c u m  r ng v i m t c u hình áp l c đạ ầ ở ộ ớ ộ ấ ự ược xác đ nh b i m t x pị ở ộ ấ  

x  phân tích s  li u th c nghi m. Khi làn sóng m  r ng g p đ i tỉ ố ệ ự ệ ở ộ ặ ố ượng trong môi trường, nó được áp d ng l c xuyên tâm đ n các đ i tụ ự ế ố ượng. N u các l cế ự  

vượt quá ngưỡng sau đó các k t n i s  b  phá v  M t cách ti p c n tế ố ẽ ị ỡ ộ ế ậ ương tự chi m góc gi a sóng xung kích và b  m t pháp tuy n đ i tế ữ ề ặ ế ố ượng

M t cách chính xác h n, nh ng t n kém h n nhi u là mô hình sóng nộ ơ ư ố ơ ề ổ 

n i v  n  đơ ụ ổ ược mô hình hóa b ng cách s  d ng mô ph ng ch t l ng nén.ằ ử ụ ỏ ấ ỏ  

L c d a trên chênh l ch áp su t cho các đ i tự ự ệ ấ ố ượng trong môi trường làm cho chúng di chuy n ho c gãy xể ặ ương. M c dù phặ ương pháp này mô hình nhi uễ  

x  và các hi u  ng ph n chi u t t, đ i phó v i áp l c d c và gradient m t đạ ệ ứ ả ế ố ố ớ ự ố ậ ộ trong ch t l ng làm cho phấ ỏ ương pháp tính toán r t t n kém. Ngoài vi c môấ ố ệ  hình hóa các sóng xung kích, cũng có th  gi i quy t mô hình hóa các hi u  ngể ả ế ệ ứ  

ph  c a ng n l a và khu y đ u b i.ụ ủ ọ ử ấ ề ụ

Phương pháp Particle­based t p trung vào mô hình ng n l a k t h p v iậ ọ ử ế ợ ớ  

s  bùng n  ch  không ph i là sóng xung kích. Thay vì s  d ng mô ph ng m tự ổ ứ ả ử ụ ỏ ộ  

ch t l ng nén trong đi u ki n x u, phấ ỏ ề ệ ấ ương pháp này s  d ng m t mô ph ngử ụ ộ ỏ  

ch t l ng không nén đấ ỏ ược và t o ra nh ng dòng ch y m  r ng gây ra b i sạ ữ ả ở ộ ở ự bùng n  v i nh ng h n ch  v  phân k  c a các trổ ớ ữ ạ ế ề ỳ ủ ường dòng ch y. Phả ươ  ngpháp này cũng bao g m m t mô hình quá trình đ t cháy đ  t o ra qu  c u l aồ ộ ố ể ạ ả ầ ử  

th c t  h n.ự ế ơ

Ngoài các v  n , các nhà nghiên c u trong c ng đ ng đ  h a cũng đãụ ổ ứ ộ ồ ồ ọ  

đi u tra phề ương pháp mô hình hóa các chuy n đ ng c a các ch t khí nh  khóiể ộ ủ ấ ư  hay sương mù s  d ng ba chi u ch t l ng mô ph ng đ ng l c.ử ụ ề ấ ỏ ỏ ộ ự

Mô hình ch t l ng s  d ng đ  mô hình l a là t t. S  d ng m t mô hìnhấ ỏ ử ụ ể ử ố ử ụ ộ  

ch t l ng và ti ng  n đ  t o ra ng n l a tăng. M t lo t các hi u  ng ng nấ ỏ ế ồ ể ạ ọ ử ộ ạ ệ ứ ọ  

l a có s c thuy t ph c, bao g m qu  c u l a l n, đử ứ ế ụ ồ ả ầ ử ớ ượ ạc t o ra b ng cách môằ  

ph ng chuy n đ ng c a các dòng trong m t dòng ch y h n lo n và sau đó ápỏ ể ộ ủ ộ ả ỗ ạ  

d ng k t c u l a cho các dòng. M t mô hình đ t theo dõi chuy n đ ng c aụ ế ấ ử ộ ố ể ộ ủ  các lo i khí d  cháy trên lạ ễ ưới đi n ch t l ng.ệ ấ ỏ

Phương pháp mô t  t o ra ng n l a th c t  cho tình hu ng mà quá trìnhả ạ ọ ử ự ế ố  

đ t cháy x y ra d c theo biên gi i r t nh  gi a khí d  cháy và m t môiố ả ọ ớ ấ ỏ ữ ễ ộ  

trường oxy hóa. Quá trình đ t cháy t o ra nhi t và dòng ch y ch t l ng   khí,ố ạ ệ ả ấ ỏ ở  không khí ranh gi i đớ ược đi u ch nh đ  m  r ng. Phề ỉ ể ở ộ ương pháp này cho k tế  

qu  tuy t v i khi đ t cháy nhanh chóng ch  x y ra d c theo phía trả ệ ờ ố ỉ ả ọ ước m ng,ỏ  

nó không thích h p v i các tình hu ng lây lan khu v c đ t trên m t kh iợ ớ ố ự ố ộ ố  

lượng đáng k ể

Các công vi c khác liên quan đ n đ  h a bao g m phệ ế ồ ọ ồ ương pháp mô hình 

l a trong các tòa nhà, l a lan truy n trên b  m t, n  nh  hi u  ng  Bênử ử ề ề ặ ổ ư ệ ứ  ngoài c a đ  h a, các nhà nghiên c u đã th c hi n m t kh i lủ ồ ọ ứ ự ệ ộ ố ượng công vi cệ  phát tri n các phể ương pháp đ  mô ph ng các v  n  và cháy. Đ  th  bi n môể ỏ ụ ổ ồ ị ế  

2.1.4 Ph ươ ng pháp mô ph ng ỏ

S  xu t hi n c a các v  n  h t l  l ng phát sinh t  hành vi c a các h tự ấ ệ ủ ụ ổ ạ ơ ử ừ ủ ạ  

b i cháy, không khí xung quanh và s n ph m cháy. Phụ ả ẩ ương pháp Particle based làm m u m t cách rõ ràng m i thành ph n và tẫ ộ ỗ ầ ương tác v i nhau.ớ  

Ngườ ử ụi s  d ng xác đ nh lo i hành vi đị ạ ược mô ph ng b ng cách thi t l p cácỏ ằ ế ậ  

đi u ki n ban đ u làm phát sinh s  bùng n  Sau khi c u hình, h  th ng ti nề ệ ầ ự ổ ấ ệ ố ế  hóa theo quy t c g n đúng các đ nh lu t v t lý chi ph i chuy n đ ng, nhi t đắ ầ ị ậ ậ ố ể ộ ệ ộ 

và đ t cháy trong h  th ng k t h p. Đ a ra m t cái nhìn t ng quan v  các tínhố ệ ố ế ợ ư ộ ổ ề  

ch t c a v  n  b i. [ấ ủ ụ ổ ụ 5]

2.1.4.1 Mô hình khí [ 4 ]

Mô hình h n h p không khí và các s n ph m khí đ t làm đ y các môiỗ ợ ả ẩ ố ầ  

trường mà v  n  x y ra s  d ng m t phiên b n ch nh s a c a mô hình ch tụ ổ ả ử ụ ộ ả ỉ ử ủ ấ  

l ng. Mô hình này x  lý các ch t khí không nén đỏ ử ấ ược, ch t l ng nh t l p đ yấ ỏ ớ ấ ầ  

m t m ng lộ ạ ưới ba chi u th ng. Nó quy t đ nh chuy n đ ng c a ch t l ng đề ẳ ế ị ể ộ ủ ấ ỏ ể đáp  ng các yêu c u l c và b o toàn kh i lứ ầ ự ả ố ượng. B o toàn đ ng l c đả ộ ự ượ  c

th c thi b i các phự ở ương trình Euler (Navier­Stokes v i đ  nh t b ng không):ớ ộ ớ ằ

(1)Trong đó:

u: v n t c ch t l ngậ ố ấ ỏ: m t đ  

P: áp su tấ

ƒ : ngo i l c tác đ ng lên ch t l ng, bi u th  s  khác bi t theoạ ự ộ ấ ỏ ể ị ự ệ  

th i gian.ờ

Coi m t đ  nh  m t h ng s  cho ch t l ng. Các l c bên ngoài bao g mậ ộ ư ộ ằ ố ấ ỏ ự ồ  

s c n i nhi t, xoáy giam và tứ ổ ệ ương tác v i các h t.ớ ạ

Đ i v i m t ch t l ng không nén đố ớ ộ ấ ỏ ược, b o toàn kh i lả ố ượng đòi h i sỏ ự phân k  v n t c b ng không, tuy nhiên s  có quá trình thêm ch t l ng vào môiỳ ậ ố ằ ẽ ấ ỏ  

trường ho c gây ra các ch t l ng đ  m  r ng. Thay vì th ng nh t yêu c uặ ấ ỏ ể ở ộ ố ấ ầ  không phân k , yêu c u cho t ng ô ch t l ng:ỳ ầ ừ ấ ỏ

(2)

=0   kh p m i n i tr  tr ng h p m t s  quá trình t o ra ch t l ng

b  sung ho c gây ch t d ch hi n có đ  m  r ng b ng cách nung nóng nó. Đổ ặ ấ ị ệ ể ở ộ ằ ể 

th c thi phự ương trình (2), gi i quy t phiên b n ch nh s a c a phả ế ả ỉ ử ủ ương trình Poisson đ  xác đ nh áp su t ch t l ng trong m i ô:ể ị ấ ấ ỏ ỗ

(3)

T o lạ ưới đi n cùng n m gi  v n t c cũng nh  gi  nhi t đ  c a ch tệ ắ ữ ậ ố ư ữ ệ ộ ủ ấ  

l ng. Nhi t đ  ti n hóa theoỏ ệ ộ ế

(4)Trong đó:

T: nhi t đ  ch t l ngệ ộ ấ ỏ

Ta: nhi t đ  môi trệ ộ ường xung quanh 

Tmax: nhi t đ  t i đa trong môi trệ ộ ố ườngH: năng lượng nhi t chuy n thành ch t l ng.ệ ể ấ ỏNhi m k  đ u mô hình bình l u b ng ch t l ng. Nhi m k  th  hai làmệ ỳ ầ ư ằ ấ ỏ ệ ỳ ứ  mát liên t c cr m t b c x  vào trong môi trụ ấ ứ ạ ường. Th  ba là s  d ng đ iứ ử ụ ạ  

lượng ph  bi n cho tính d n nhi t ck giá tr  là không đáng k  đ  ổ ế ẫ ệ ị ể ể ước tính chuy n b c x  và khu ch tán, tính toán h n cho năng lể ứ ạ ế ạ ượng nhi t chuy n vàoệ ể  

ch t l u t  m t ngu n bên ngoài.ấ ư ừ ộ ồ

2.1.4.2 Mô hình h t ạ

Mô hình chuy n đ ng c a h t nhiên li u và các s n ph m đ t r n (bể ộ ủ ạ ệ ả ẩ ố ắ ồ hóng) s  d ng m t particle system. Mô t  h t bao g m v  trí, v n t c, kh iử ụ ộ ả ạ ồ ị ậ ố ố  

lượng, nhi t đ , kh i lệ ộ ố ượng nhi t, âm lệ ượng và lo i đ nh danh. Hành vi c aạ ị ủ  

m i h t sau các quy t c đ n gi nỗ ạ ắ ơ ả

(5)

Trong đó:

: v  trí c a m t h tị ủ ộ ạ

f: l c bên ngoài trên h t (bao g m c  l c h p d n) ự ạ ồ ả ự ấ ẫ: nhi t đ  h tệ ộ ạ

: năng lượng nhi t chuy n giao cho h t ho c t o ra b ng cáchệ ể ạ ặ ạ ằ  

đ t cháyố

Cm: kh i nhi t c a h t. N u các h t có kh i lố ệ ủ ạ ế ạ ố ượng r t nh  kh iấ ỏ ố  

lượng / nhi t coi nh  không có và b  qua ph n thích h p c a phệ ư ỏ ầ ợ ủ ương trình (5)

M i h t mô ph ng không đ i di n cho m t h t b i đ t duy nh t, nó đ iỗ ạ ỏ ạ ệ ộ ạ ụ ấ ấ ạ  

di n cho m t nhóm các h t nhiên li u b  hóng và các thu c tính c a h t môệ ộ ạ ệ ồ ộ ủ ạ  

Các h t m i đạ ớ ượ ạc t o ra trong h  th ng.ệ ố

M i h t m i đỗ ạ ớ ược gán cho các thu c tính riêng bi t.ộ ệ

Các h t đã t n t i trong h  th ng s  b  d p t t d n theo quy đ nh.ạ ồ ạ ệ ố ẽ ị ậ ắ ầ ị

Các h t v n còn s ng trong h  s  chuy n đ ng và bi n đ i d a theo cácạ ẫ ố ệ ẽ ể ộ ế ổ ự  thu c tính đ ng c a nó.ộ ộ ủ

Hình  nh c a các h t đang s ng k t xu t trong b  đ m khung hình.ả ủ ạ ố ế ấ ộ ệ

V i m i h t m i đớ ỗ ạ ớ ược sinh ra, Particle System ph i gán giá tr  cho cácả ị  thu c tính c a nó:ộ ủ

M t vài tham s  c a Particle System đi u khi n v  trí kh i t o c a cácộ ố ủ ề ể ị ở ạ ủ  

h t c a nó. M t Particle System có m t v  trí trong không gian ba chi u làmạ ủ ộ ộ ị ề  

g c. "Vùng sinh" (generation shape) c a Particle System là m t không gianố ủ ộ  

được xác đ nh xung quanh đi m g c này. Các h t c a Particle System m iị ể ố ạ ủ ớ  luôn đượ ạc t o ra   trong vùng sinh. M t vùng sinh có th  là m t hình c u bánở ộ ể ộ ầ  kính r v i tâm là đi m g c, m t hình tròn bán kính r tâm là đi m g c và songớ ể ố ộ ể ố