Luận văn Nghiên cứu một số vấn đề về động lực học chất rắn trong xử lý va chạm
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN  
					KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN  
					Vũ Quang Hƣng  
					NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ ĐỘNG LỰC  
					HỌC CHẤT RẮN TRONG XỬ LÝ VA CHẠM  
					LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN  
					Thái Nguyên – 2009  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN  
					KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN  
					VŨ QUANG HƢNG  
					NGHIÊN CỨU MỘT SỐ VẤN ĐỀ VỀ ĐỘNG LỰC  
					HỌC CHẤT RẮN TRONG XỬ LÝ VA CHẠM  
					Chuyên ngành: Khoa học máy tính  
					Mã số: 60.48.01  
					LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN  
					NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC  
					PGS.TS. Đỗ Năng Toàn  
					Thái Nguyên – 2009  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				LỜI CAM ĐOAN  
					Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung bản luận văn này là do tôi tự sưu tầm,  
					tra cứu và sắp xếp cho phù hợp với nội dung yêu cầu của đề tài.  
					Nội dung luận văn này chưa từng được công bố hay xuất bản dưới bất kỳ hình  
					thức nào và cũng không được 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 10 tháng 11 năm 2009  
					Người cam đoan  
					Vũ Quang Hưng  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				LỜI CẢM ƠN  
					Trong thời gian làm luận văn em đã gặp phải nhiều vấn đề phức tạp, khó xử lý  
					do đề tài mà em nghiên cứu là khá mới mẻ và đặc biệt lại rất mới mẻ ở Việt nam  
					nên lại càng gặp nhiều khó khăn hơn nhất là về vấn đề tài liệu.  
					Sau một thời gian nghiên cứu và tìm hiểu, giờ thì luận văn của em cũng đã  
					được hoàn thành lời đầu tiên em xin được trân thành cảm ơn sự giúp đỡ quí báu, sự  
					hướng dẫn nhiệt tình và sự chỉ bảo tận tụy của thày giáo PGS.TS Đỗ Năng Toàn -  
					Viện Công nghệ Thông tin thuộc Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam là người  
					đã trực tiếp hướng dẫn em trong suốt thời gian làm luận văn này.  
					Cảm ơn các thày giáo, cô giáo, các anh, chị công tác tại Phòng VRLAB – Viện  
					Công nghệ thông tin, các thầy cô giáo công tác tại Khoa công nghệ thông tin –  
					ĐHTN, cùng tập thể các bạn học viên lớp cao học Khóa 6 đã luôn giúp đỡ và nhiệt  
					tình chia sẻ với em những kinh nghiệm học tập, nghiên cứu trong suốt khoá học.  
					Xin được cảm ơn Ban lãnh đạo Trường CĐCN Việt đức, cùng toàn thể các  
					bạn đồng nghiệp trong Khoa CNTT đã nhiệt tình tạo điều kiện giúp đỡ cả về thời  
					gian, vật chất và tinh thần để tôi hoàn thành được khóa học của mình.  
					Thái Nguyên, ngày 10 tháng 11 năm 2009  
					Học viên  
					Vũ Quang Hƣng  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				i
					MỤC LỤC  
					Trang  
					1
					PHẦN MỞ ĐẦU  
					Chƣơng 1:  
					4
					KHÁIQUÁTVỀTHỰCTẠIẢOVÀĐỘNGLƢỢNGHỌCCHẤTRẮN  
					1.1. Khái quát về thực tại ảo (VR - Virtual Reality)  
					1.1.1. Thế nào là thực tại ảo?  
					4
					4
					1.1.2. Thực tại ảo và các đặc tính  
					5
					1.1.3. Các thành phần chính trong thực tại ảo:  
					1.1.4 Ứng dụng của thực tại ảo và công cụ phát triển:  
					1.1.5. Công cụ phát triển ứng dụng thực tại ảo:  
					1.2. Động lượng vật rắn trong thực tại ảo:  
					1.2.1. Va chạm là gì?  
					6
					8
					11  
					13  
					13  
					15  
					15  
					16  
					1.2.2. Động lượng là gì?  
					1.2.3. Mối liên quan giữa động lượng và va chạm  
					Chương 2:  
					MỘT SÔ VẤN ĐỀ VỀ ĐỘNG LƢỢNG HỌC CHẤT RẮN  
					2.1. Tính toán va chạm  
					16  
					17  
					17  
					12  
					18  
					18  
					20  
					25  
					31  
					31  
					32  
					2.1.1. Kĩ thuật phát hiện va chạm dựa vào hộp bao AABB  
					2.1.1.1. Định nghĩa hộp bao AABB  
					2.1.1.2. Phát hiện va chạm giữa hai AABB  
					2.1.2. Kỹ thuật hộp bao theo hướng (Oriented Bounding Boxes)  
					2.1.2.1. Định nghĩa hộp bao theo hướng (OBB)  
					2.1.2.2. Kiểm tra nhanh va chạm giữa hai hộp bao OBBs  
					2.1.3. Tìm điểm va chạm  
					2.1.4. Phát hiện va chạm khi các đối tượng di chuyển  
					2.2. Xử lý va chạm  
					2.2.1. Động lực học vật rắn  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				ii  
					2.2.1.1. Mô ment quán tính ( Moment of Inertia)  
					2.2.1.2. Mô ment quay (Torque)  
					2.2.1.3. Mối liên hệ giữa mô ment quán tính và mô men quay  
					2.2.1.4. Vectơ trạng thái của đối tượng  
					2.2.1.5 Tính toán xung và lực ảnh hưởng  
					2.2.2. Xử lý các hiệu ứng về méo mó, biến dạng sau va chạm  
					2.2.2..1. Ý tưởng thuật toán  
					32  
					33  
					34  
					34  
					36  
					38  
					38  
					39  
					40  
					2.2.2.2. Hàm Open Uniform B-Splines  
					Chương 3:  
					ỨNG DỤNG THỬ NGHIỆM  
					3.1. Bài toán  
					40  
					40  
					42  
					44  
					45  
					3.2 Xây dựng hệ thống mô phỏng tình huống giao thông  
					3.3. Thực nghiệm  
					KẾT LUẬN  
					TÀI LIỆU THAM KHẢO  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				iii  
					DANH MỤC CÁC TỪ TIẾNG ANH VIẾT TẮT  
					Virtual Reality  
					VR  
					AABB  
					OBB  
					3D  
					Axis-Aligned Bounding Boxes  
					Oriented Bounding Boxes  
					3 Dimensions  
					I
					Imagination, Interactive, Immersion  
					Persional Computer  
					PC  
					CAD  
					CAM  
					Computer Aided Design  
					Computer Aided Manufacturing  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				iv  
					DANH MỤ C CÁ C BẢNG  
					Bảng 2.1 Bảng các giá trị R, R0, R1 được tính toán trước.  
					Bảng 2.2 Tính toán sẵn toạ độ của tiếp điểm trong mọi trường hợp  
					Bảng 2.3 Bảng các kí hiệu sử dụng khi xử lý hậu va chạm.  
					25  
					30  
					37  
					DANH MỤ C CÁ C HÌNH VẼ  
					Hình 1.1 Sử dụng tay điều khiển và mũ chụp ảo  
					Hình 1.2 Mô phỏng nội thất 3D  
					5
					6
					Hình 1.3 Mắt kính dùng để xem phim  
					6
					Hinh 1.4 Các trang phuc ảo, găng tay ảo, kính ảo  
					Hình 1.5 Các logo phim dùng 3D ảo  
					8
					8
					Hình 1.6 Hệ thống tập lái xe ảo 3D  
					9
					Hình 1.7 Mô phỏng tim người 3D,  
					10  
					13  
					14  
					17  
					19  
					20  
					21  
					23  
					26  
					33  
					34  
					40  
					41  
					42  
					43  
					43  
					Hình 1.8. Sơ đồ động trình bày một hệ có va chạm đang xảy ra  
					Hình 1.9 Bóng va chạm với vợt, nắm đấm bị núm vào bao cát  
					Hình 2.1 Hộp bao AABB của đối tượng  
					Hình 2.2 Hộp bao OBB của đối tượng  
					Hình 2.3 Hình chiếu của P lên đường thẳng d  
					Hình 2.4 Chiếu 8 đỉnh của hình hộp lên trục cô lập d  
					Hình 2.5 Kết quả chiếu 2 hình hộp lên trục cô lập d  
					Hình 2.6 Tìm điểm va cham khi hai đối tượng tiếp xúc nhau  
					Hình 2.7 Mô ment quán tính của một số đối tượng có hình dạng cơ bản  
					Hình 2.8 Mô ment quay của đối tượng khi có lực tác dụng  
					Hình 3.1 Sơ đồ khối của hệ thống mô phỏng tình huống giao thông  
					Hình 3.2 Các thông tin về vụ va chạm  
					Hình 3.3. Quang cảnh tình huống giao thông  
					Hình 3.4. Chuyển động của các phương tiện qua ngã tư giao cắt  
					Hình 3.5. Va cạnh xảy ra giữa xe con 04 chỗ và xe tải đi ngược chiều  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				1
					PHẦN MỞ ĐẦU  
					Công nghệ thông tin đã, đang và sẽ tiếp tục trên đà phát triển mạnh mẽ của  
					mình, sự phát triển nhanh chóng ấy đã đem lại những thành tựu đáng kể cho nhiều  
					lĩnh vực như y tế (với các phần mềm quản lý bệnh viện, mô phỏng tim người, cơ thể  
					người, các mô cơ…), giao thông (các phần mềm trắc nghiệm thi lý thuyết lái xe,  
					phần mềm mô phỏng lái xe ảo, …), giáo dục (hệ thống các phần mềm quản lý, giáo  
					án, giáo trình điện tử, website đào tạo trực tuyến,….), quốc phòng…..  
					Đến nhứng năm gần đây, cũng trên đà phát triển ấy đã xuất hiện một mô hình  
					phát triển mới, mà phạm vi ứng dụng của nó còn rộng lớn hơn rất nhiều so với  
					trước. Nó dự báo một tương lai có nhiều tiềm năng, một cánh cửa rộng mở, đó  
					chính là công nghệ mô phỏng. Các vấn đề trước đây vốn rất khó có thể được trình  
					bày, được nói, hay diễn tả thì giờ đây nó đã trở nên dễ dàng hơn khi vấn đề đó được  
					diễn tả dưới dạng hình ảnh, trực quan, sinh động, chi tiết, dễ hiểu, dễ nắm bắt và  
					gần gũi, thân thiện với con người hơn, có tính thẩm mỹ cao.  
					Hãy tưởng tưởng một ai đó đang cố gắng dùng hết khả năng và kiến thức của  
					mình để diễn tả cho bạn về hình dạng, cấu tạo và hoạt động của quả tim. Cho dù anh  
					ta có hết sức cố gắng thì tin chắc rằng bạn cũng không thể nào mà hiểu tường tận về  
					vấn đề đó được. Nhưng chắc chắn với kỹ thuật mô phỏng một quả tim sẽ được tạo  
					ra, hiện ngay trước mắt bạn, bạn nhìn thấy nó, với những đặc điểm màu sắc đăc  
					trưng, các vòng cơ và từng nhịp đập theo đúng chu kỳ. Lúc này chắc chắn bạn sẽ  
					hiểu ngay bản chất của quả tim là như thế nào.  
					Quá trình “tái tạo” các hiện tượng, sự vật trong thế giới thực trên máy tính có  
					rất nhiều tác dụng. Trong giải trí, nó sẽ giúp chúng ta xây dựng được những trò  
					chơi sống động, gần gũi với con người tạo ra sức lôi cuốn mạnh mẽ. Trong xây  
					dựng, việc dựng được các mô hình thực tại ảo cho phép chúng ta có cái nhìn trực  
					quan, chính xác để có thể đưa ra những quyết định, những sáng kiến thiết kế về các  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				2
					công trình xây dựng đúng đắn. Trong giáo dục, những thí nghiệm, những ví dụ  
					được mô tả sát thực bằng máy tính giúp cho người học hứng thú hơn, kiến thức  
					được thể hiện rõ hơn, trực quan hơn, đầy đủ hơn.  
					Trên thế giới việc ứng dụng công nghệ mô phỏng (thực chất là công nghệ  
					thực tại ảo) vào các lĩnh vực đã được triển khai rộng rãi và cũng đã đạt được  
					nhiều thành quả. ở nước ta lĩnh vực này còn rất mới mẻ, nên những ứng dụng  
					của nó còn hạn chế, không đáng kể, nó mới được một số đơn vị đầu ngành quan  
					tâm, tìm hiểu và phát triển trong những năm gần đây và cũng đã đạt được những  
					thành công nhất định.  
					“Thực tại ảo” thực chất là mô phỏng thế giới thực của con người vào máy tính,  
					mà trong đó con người có thể tương tác và cảm nhận như trong thế giới thực. Một  
					trong những vấn đề tương đối phức tạp của việc mô phỏng đó là mô phỏng vật rắn,  
					trạng thái của chúng sau khi chịu sự tác động của ngoại lực, chúng sẽ biến đổi như  
					thế nào, ra làm sao, ..đó chính là va chạm:  
					Va chạm là một vấn đề khó và phức tạp để nghiên cứu, trên thực tế có rất  
					nhiều những vụ va chạm có thể do cố ý (như những vụ thử xe, kiểm tra mức độ an  
					toàn của các thiết bị…) hoặc không cố ý (như những vụ tai nan giao thông), nhưng  
					tất cả đều tạo ra những biến dạng, méo mó không mong muốn… và nhìn chung  
					chúng đều gây thiệt hại của cải vật chất hay để lại những hậu quả nghiêm trọng.  
					Giả sử một vụ tai nạn giao thông xảy ra và công an cần dựng lai vụ tai nạn đó,  
					như vậy họ cần phải có đầu vào là các phương tiện có tham gia trong vụ tai nạn, tiếp  
					theo họ phải tiến hành thử bằng cách cho các phương tiện đó va chạm với nhau ở  
					những cự ly, tốc độ, hướng,…. khác nhau và quá trình ấy có thể sẽ phải diễn ra  
					nhiều lần. Như vậy sẽ rất mất thời gian và tốn kém. Chi bằng nên giải quyết vấn đề  
					theo hướng khác, tức là thay thế các vụ thử thực tế đó bằng các phép thử trên phần  
					mềm máy tính với dữ liệu đầu vào lấy từ hiện trường và dữ liệu đầu vào có thể thay  
					đổi được (tương đương với dữ liệu cho các phép thử), ứng với những thay đổi của  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				3
					dữ liệu đầu vào sẽ cho những kết quả mô phỏng khác nhau. Nếu là như vậy mọi  
					chuyện sẽ trở nên đơn giản, tiện lợi, hiệu quả và mức độ tốn kém thì bằng min….  
					Cũng xuất phát từ những nhu cầu của thực tế như vậy và từ những thành quả  
					đầy hứa hẹn do thực tại ảo mang lại nên tôi đã quyết định lựa chọn đề tài: “Nghiên  
					cứu một số vấn đề về động lượng học chất rắn trong xử lý va chạm” để làm luận  
					văn tốt nghiệp.  
					Luận văn Phần mở đầu, Phần kết luận và 3 chương nội dung, cụ thể:  
					Chương 1: Khái quát về thực tại ảo và động lượng học chất rắn  
					Chương 2: Một số vấn đề về động lượng học chất rắn  
					Chương 3: Ứng dụng và thử nghiệm  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				4
					Chương 1:  
					KHÁI QUÁT VỀ THỰC TẠI ẢO VÀ  
					ĐỘNG LƯỢNG HỌC CHẤT RẮN  
					1.1. Khái quát về thực tại ảo (VR - Virtual Reality)  
					Thực tại ảo có tiềm năng ứng dụng vô cùng to lớn trong đời sống xã hội của  
					con người và sự phát triển chung của thế giới.  
					1.1.1. Thế nào là thực tại ảo?  
					Thực tại ảo ra đời vào khoảng đầu thập kỷ 90 và phát triển tập trung tại các  
					nước phương tây (chủ yếu là Mỹ và Châu âu). Thực tại ảo được định nghĩa theo  
					nhiều cách khác nhau. Xét trên phương diện chức năng để đánh giá thì có thể hiểu :  
					Thực tại ảo là một hệ thống mô phỏng, trong đó đồ họa máy tính được sử dụng để  
					tạo ra một thế giới "như thật". Hơn nữa, thế giới "nhân tạo" này không tĩnh tại, mà  
					lại phản ứng, thay đổi theo ý muốn (tức tín hiệu vào) của người sử dụng (nhờ hành  
					động, lời nói,..). Điều này xác định một đặc tính chính của Thực tại ảo, đó là khả  
					năng tương tác với thời gian thực (real-time interactivity). Thời gian thực ở đây  
					được hiểu là máy tính có khả năng nhận biết được tín hiệu vào của người sử dụng  
					và thay đổi ngay lập tức thế giới ảo. Người sử dụng nhìn thấy sự vật thay đổi trên  
					màn hình ngay theo ý muốn của họ và bị thu hút bởi sự mô phỏng này.  
					Tương tác và khả năng thu hút của Thực tại ảo góp phần lớn vào cảm giác  
					đắm chìm (immersion), cảm giác trở thành một phần của hành động trên màn hình  
					mà người sử dụng đang trải nghiệm. Nhưng Thực tại ảo còn đẩy cảm giác này  
					"thật" hơn nữa nhờ tác động lên tất cả các kênh cảm giác của con người. Trong thực  
					tế, người dùng không những nhìn thấy đối tượng đồ họa 3D nổi, điều khiển (xoay,  
					di chuyển,..) được đối tượng trên màn hình (như trong game), mà còn sờ và cảm  
					thấy chúng như có thật. Ngoài khả năng nhìn (thị giác), nghe (thính giác), sờ (xúc  
					giác), các nhà nghiên cứu cũng đã nghiên cứu để tạo các cảm giác khác như ngửi  
					(khứu giác), nếm (vị giác) [3],[5],[13].  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				5
					Từ các phân tích trên, chúng ta có thể thấy định nghĩa sau đây của C. Burdea  
					và P. Coiffet về Thực tại ảo là tương đối chính xác: VR - Thực tại ảo là một hệ  
					thống giao diện cấp cao giữa Người sử dụng và Máy tính. Hệ thống này mô phỏng  
					các sự vật và hiện tượng theo thời gian thực và tương tác với người sử dụng qua  
					tổng hợp các kênh cảm giác. Đó là ngũ giác gồm: thị giác, thính giác, xúc giác,  
					khứu giác, vị giác [4].  
					1.1.2. Thực tại ảo và các đặc tính  
					- Khả năng đắm chìm (Immersion): Một hiệu ứng hết sức mạnh mẽ của  
					nó là khả năng tập trung sự chú ý của người sử dụng. Sự đắm chìm có nghĩa là ngăn  
					chặn sự xao nhãng và tập trung một cách có chọn lọc vào chính thông tin với những  
					gì mà ta muốn làm. Khả năng tập trung vào công việc dường như là điều kiện tiên  
					quyết đối với sự thành công. Một thuộc tính then chốt khác của sự đắm chìm là nó  
					có thể tác động như một thấu kính mạnh để khai thác kiến thức từ dữ kiện bằng  
					cách biến đổi nó thành kinh nghiệm. Năng lực này chính là lý do khiến cho rất  
					nhiều ngành công nghiệp đang ráo riết khai phá cách sử dụng các môi trường ảo.  
					Hình 1.1 Sử dụng tay điều khiển và mũ chụp ảo  
					- Sự tương tác (Interactive): Có hai khía cạnh là sự điều hướng và động  
					lực học. Sự điều hướng (navigation) chỉ là khả năng của người dùng để di chuyển  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				6
					khắp nơi một cách độc lập, người ta có thể thiết lập những áp đặt đối với việc truy  
					cập vào các khu vực ảo nhất định, cho phép có được nhiều mức độ tự do khác nhau  
					hay định vị điểm nhìn của người dùng, kiểm soát điểm nhìn, hoặc di chuyển trong  
					khắp thiết kế.  
					Hình 1.2 Mô phỏng nội thất 3D  
					- Tính tưởng tượng (Imagination): Thực tại ảo không chỉ là một hệ thống  
					tương tác Người - Máy tính, mà các ứng dụng của nó còn liên quan tới việc giải  
					quyết các vấn đề thật trong kỹ thuật, y học, quân sự,...Các ứng dụng này do các nhà  
					phát triển Thực tại ảo thiết kế, điều này phụ thuộc rất nhiều vào khả năng Tưởng  
					tượng của con người, đó chính là đặc tính "I" (Imagination) thứ ba của Thực tại ảo.  
					Do đó có thể coi Thực tại ảo là tổng hợp của ba yếu tố: Tương tác - Đắm chìm -  
					Tưởng tượng.  
					Hình 1.3 Mắt kính dùng để xem phim  
					1.1.3. Các thành phần chính trong thực tại ảo:  
					Một hệ thống trong thực tại ảo gồm có các thành phần chính sau [4]:  
					- Các ứng dụng (Nghiên cứu – Đào tạo – Thương mại)  
					- Mô hình, mô phỏng  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				7
					- Phần cứng, phần mềm  
					- Mạng liên kết  
					- Người dùng  
					Ở đây chúng ta sẽ tập trung vào tìm hiểu phần cứng và phần mềm của VR  
					* Phần cứng:  
					+ Máy tính (PC hay Workstation với cấu hình đồ họa mạnh).  
					+ Các thiết bị đầu vào (Input devices): Bộ dò vị trí (position tracking) để xác  
					định vị trí quan sát. Bộ giao diện định vị (Navigation interfaces) để di chuyển vị trí  
					người sử dụng. Bộ giao diện cử chỉ (Gesture interfaces) như găng tay dữ liệu (data  
					glove) để người sử dụng có thể điều khiển đối tượng.  
					+ Các thiết bị đầu ra (Output devices): gồm hiển thị đồ họa (như màn hình,  
					HDM,..) để nhìn được đối tượng 3D nổi. Thiết bị âm thanh (loa) để nghe được âm  
					thanh vòm (như Hi-Fi, Surround,..). Bộ phản hồi cảm giác (Haptic feedback như  
					găng tay,..) để tạo xúc giác khi sờ, nắm đối tượng. Bộ phản hồi xung lực (Force  
					Feedback) để tạo lực tác động như khi đạp xe,...  
					* Phần mềm:  
					+ Phần mềm luôn là linh hồn của Thực tại ảo cũng như đối với bất cứ một hệ  
					thống máy tính hiện đại nào. Ta có thể dùng bất cứ ngôn ngữ lập trình hay phần  
					mềm đồ họa nào để mô hình hóa (modelling) và mô phỏng (simulation) các đối  
					
					
					PeopleShop,...  
					+ Phần mềm của bất kỳ Thực tại ảo nào cũng phải bảo đảm 2 công dụng  
					chính: Tạo hình và Mô phỏng. Các đối tượng của Thực tại ảo được mô hình hóa  
					nhờ chính phần mềm này hay chuyển sang từ các mô hình 3D (thiết kế nhờ các  
					
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				8
					Thực tại ảo phải có khả năng mô phỏng động học, động lực học, và mô phỏng ứng  
					xử của đối tượng.  
					Nói chung, các hệ thống thực tại ảo phải xử lý mội khối lượng lớn thông tin  
					(đa phần là các thông tin của các đối tượng 3D do đó tốn bộ nhớ và đòi hỏi thời gian  
					xử lý là thời gian thực), vì thế nó đòi hỏi một lượng tài nguyên bộ nhớ RAM lớn và  
					bộ xử lý cùng các thiết bị vào ra có tốc độ cao. Vì vậy mặc dù bắt đầu nghiên cứu từ  
					khá lâu, xong trong một số năm gần đây thực tại ảo mới có được sự phát triền và  
					mở rộng ứng dụng đáng kể.  
					1.1.4. Ứng dụng của thực tại ảo và công cụ phát triển:  
					* Ứng dụng: Thực tại ảo có rất nhiều ứng dụng trong hầu như tất cả các lĩnh vực:  
					-
					Giải trí: Với sự phát triển của kỹ thuật và công nghệ mô phỏng người ta  
					đã có thể xây dựng các bộ phim hoạt hình 3D, mô phỏng hình dạng cây cối, đồ vật,  
					cử động của con người kết nối với các nhân vật ảo trong máy tính, tạo dựng các kỹ  
					xảo điện ảnh, các cảnh quay sống động, chân thật mà giảm bớt được rất nhiều thời  
					gian và tiền bạc.  
					Hinh 1.4 Các trang phuc ảo, găng tay ảo, kính ảo  
					Hình 1.5 Các logo phim dùng 3D ảo  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				9
					-
					Giáo dục: Mô phỏng các thí nghiệm, các phản ứng hóa học. Xây dựng  
					các phần mềm mô phỏng như phần mềm tạp lái ôtô 3D, tạo cho người học có  
					được những cảm giác như khi lái xe thật, xử lý các tình huống thông thường, qua  
					đó sẽ học hỏi được các kinh nghiệm, tránh được các rủi do không mong muốn  
					khi đi xe thật.  
					Hình 1.6 Hệ thống tập lái xe ảo 3D  
					-
					Y học: Việc tìm kiếm các mẫu, mô hình làm thí nghiệm (nhất là đối với  
					cơ thể người) là vấn đề khó khăn, do kinh phí dắt, hoặc do không có các bộ phận,  
					hoặc về vấn đề văn hóa dân tộc…nên việc lập các chương trình, phần mềm để mô  
					phỏng các bộ phận cơ thể người, các quá trình giải phẫu, các bệnh là một nhu cầu  
					rất cần thiết, nó không chỉ cung cấp thư viện thông tin dữ liệu cần thiết mà thông  
					qua đó cũng giúp cho không chỉ sinh viên, bác sĩ, mà ngay cả những người bệnh  
					nếu muốn cũng có thể tìm hiểu, vì vấn đề được trực quan hóa nên dễ hiểu và dễ  
					được nắm bắt.  
					-
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				10  
					Hình 1.7 Mô phỏng tim người 3D  
					-
					Xây dựng: Người ta cũng có thể thiết kế các tòa nhà, các cao ốc, các khu  
					thể thao hay các khu du lịch sinh thái, hay trang bị cho bạn một hệ thống tiện nghi,  
					mời bạn đi thăm thú các nơi trong tòa nhà tương lai của mình, hay tính toán chi tiết  
					một công trình xây dựng, hoặc mô phỏng các sự cố, hiện tượng có thể xảy ra đối với  
					nhà của bạn trên máy tính. Đưa cho bạn những lựa chọn, hay những lời khuyên về  
					công trình của bạn.  
					-
					Quốc phòng: Để binh lính không bị xa lạ, bỡ ngỡ với chiến trận thì cần  
					phải thường xuyên có những lần tập trận, mà chi phí cho việc đó là rất cao. Nếu sử  
					dụng các mô hình thay thế, kèm theo âm thanh và tiếng động cũng có thể tạo ra  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				11  
					được một trận tập kích mà hiểu quả đạt được là như thật và chi phí thì rất ít. Bên  
					cạnh đó, để cho binh lính có thể tiếp xúc và hiểu biết về các máy móc và thiết bị đắt  
					tiền thì nên xây dựng các mô hình về thiết bị đó, máy móc đó như vậy sẽ đảm bảo  
					được tính phổ dụng rộng rãi.  
					Nhìn chung, với các ứng dụng đa dạng về nhu cầu thực tế công nghệ mô  
					phỏng đang ngày càng phát triển mạnh mẽ hơn thu hút sự quan tâm của mọi người  
					nhất là những ai quan tâm đến sự phát triển của công nghệ nói chung và công nghệ  
					tin học nói riêng. Hiện nay lĩnh vực này đã bắt đầu phát triển ở nước ta; nên việc  
					nghiên cứu và phát triển về vấn đề này sẽ đem lại nhiều kết quả hứa hẹn trong  
					tương lai.  
					1.1.5. Công cụ phát triển ứng dụng thực tại ảo:  
					- Các phần mềm xây dựng mô hình:  
					Phần quan trọng nhất trong các hệ thống thực tại ảo chính là mô hình, mô  
					hình mô tả, biểu diễn một đối tượng trong thế giới thực bao gồm hình dạng bề mặt  
					và hoạt động của đối tượng. Ví dụ trong các phim hoạt hình 3D, mô hình là các  
					nhân vật, môi trường cảnh quan, động vật, rừng núi, sông nước, ...  
					Hiện nay, có rất nhiều phần mềm tạo mô hình ba chiều như Maya, 3DS Max,  
					LightWare,…song hai phần mềm phổ biến nhất là Maya và 3DS Max. Ở Việt Nam,  
					3DS Max quen thuộc hơn Maya. Nhưng xu thế trên thế giới các công ty chuyển  
					sang Maya mạnh hơn. Mô hình với Maya cho kích thước nhẹ hơn so với 3DS Max.  
					Cũng như các phần mềm tạo mô hình ba chiều khác thì Maya và 3DS Max  
					giúp tạo mô hình 3 chiều để mô phỏng thế giới thực. Nó có các đối tượng nguyên  
					thuỷ như hình cầu, hình trụ, hình hộp, mặt phẳng, đường cong,…Từ các đối tượng  
					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.  
					Hình 1.7 Các khung nhìn khác nhau trong phần mềm Maya  
					- 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  
					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: http://www.opensg.org.  
					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 hoặc 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.  
					Biên giới của hệ  
					Trước  
					Đang  
					Sau  
					Hình 1.8. Sơ đồ động trình bày một hệ có va chạm đang xảy ra  
					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.  
					Hình 1.9 Bóng va chạm với vợt  
					Nắm đấm bị núm vào bao cát  
					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 phải 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.  
					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 hoặc 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,  
					hoặc 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, tôi 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  
					“thích hợp” quanh nó, việc phát hiện va chạm bây giờ được đưa về bài toán phát  
					hiện va chạm giữa các hình bao. Việc sử dụng hình bao gì cho đối tượng là tuỳ  
					thuộc vào từng hệ thống, để giảm độ phức tạp khi tính toán thì người ta hay sử dụng  
					các hình bao là các hình elipsoid, hình hộp, hoặc là hình cầu...  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				17  
					Đối với phương pháp phát hiện va chạm theo các hộp bao thì ta lại có hai kỹ  
					thuật khác nhau đó là sử dụng hộp bao có các cạnh song song với các trục toạ độ  
					(Axis-Aligned Bounding Boxes - AABBs) hoặc là hộp bao theo hướng của đối  
					tượng (Oriented Bounding Boxes - OBBs). Việc phát hiện va chạm giữa các hộp  
					bao AABBs được thực hiện nhanh chóng nhưng sai số lớn, trong khi đó phát hiện  
					va chạm giữa các hộp bao OBBs tuy phức tạp hơn nhưng cho sai số nhỏ hơn nhiều.  
					2.1.1. Kĩ thuật phát hiện va chạm dựa vào hộp bao AABB  
					2.1.1.1. Định nghĩa hộp bao AABB  
					AABB là hộp bao có dạng hình hộp chữ nhật có các cạnh (trục)song song với  
					các trục toạ độ tương ứng và bao lấy vật thể (hình 2.1).  
					Hình 2.1 Hộp bao AABB của đối tượng  
					Hộp bao AABB bao gồm một tâm C, ba hệ số a0, a1, a2 tương ứng là độ dài  
					theo ba trục toạ độ của hình hộp.  
					2.1.1.2. Phát hiện va chạm giữa hai AABB  
					Cho hai hộp bao AABB xác định bởi [C1, a0, a1, a2] và [C2, b0, b1, b2] với giả  
					sử ai>0, bj>0, i,j = 0,1,2. Để kiểm tra va chạm, chúng ta xác định toạ độ cao nhất và  
					thấp nhất của mỗi hộp bao. Kí hiệu (xmin1, ymin1, zmin1), (xmax1, ymax1, zmax1) là toạ độ  
					thấp nhất và cao nhất của hộp bao có tâm C1:  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				18  
					a
					a0  
					xmin1  C0  0 , xmax1  C0   
					2
					2
					b0  
					b0  
					ymin1  C0   
					,
					ymax1  C0   
					2
					2
					c
					c0  
					zmin1  C0  0 , zmax1  C0   
					2
					2
					Tương tự, ta tính được (xmin2, ymin2, zmin2), (xmax2, ymax2, zmax2) là toạ độ thấp  
					nhất và cao nhất của hộp bao xác định bởi tâm C2. Hai hộp bao AABB va chạm  
					nhau nếu xảy ra một trong bốn điều kiện sau:  
					 (xmin1, ymin1, zmin1)  [(xmin2, ymin2, zmin2), (xmax2, ymax2, zmax2)]  
					 (xmax1, ymax1, zmax1) [(xmin2, ymin2, zmin2), (xmax2, ymax2, zmax2)]  
					 (xmin2, ymin2, zmin2)  [(xmin2, ymin2, zmin2), (xmax2, ymax2, zmax2)]  
					 (xmax2, ymax2, zmax2)  [(xmin2, ymin2, zmin2), (xmax2, ymax2, zmax2)]  
					Để tìm điểm va chạm, chúng ta có chọn điểm va chạm là đỉnh tương ứng với  
					một trong bốn trường hợp trên.  
					Hộp bao này rất đơn giản, dễ tạo ra và thao tác trong kiểm tra va chạm cũng  
					rất dễ dàng. Tuy nhiên hộp bao AABB cũng tạo ra nhiều khoảng trống giữa vật thể  
					và hộp bao. Khi vật thể không nằm song song với các trục toạ độ và có dạng dài thì  
					khoảng trống này càng lớn. Thực tế trong các hệ thống thực tại ảo, người ta chỉ sử  
					dụng kĩ thuật hộp bao AABB để giới hạn vùng va chạm, sau đó để kiểm tra và tìm  
					điểm va chạm chính xác hơn, người ta sẽ sử dụng kĩ thuật hộp bao theo hướng OBB  
					sẽ được trình bày trong phần tiếp theo.  
					2.1.2. Kỹ thuật hộp bao theo hướng (Oriented Bounding Boxes)  
					2.1.2.1. Định nghĩa hộp bao theo hướng (OBB)  
					OBB là hộp bao AABB nhưng trục có hướng bất kỳ. OBB có ưu điểm hơn  
					AABB đó là giảm không gian trống giữa vật thể và hộp bao. Tuy nhiên việc tạo ra  
					và thao tác trên hộp bao loại này phức tạp hơn loại AABB nhiều, mặc dù vậy người  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				19  
					ta vẫn dùng loại hộp bao này nhiều hơn vì nó cho độ chính xác cao hơn nhiều so với  
					hộp bao AABB (Hình 2.2).  
					Hình 2.2 Hộp bao OBB của đối tượng  
					    
					Một hình hộp OBB bao gồm một tâm C, ba vector A0 , A , A2 chỉ hướng của  
					1
					hình hộp và 3 hệ số độ dài tương ứng với kích thước của hình hộp là a0 >0, a1>0,  
					a2>0. Khi đó, 8 đỉnh của hình hộp sẽ được xác định như sau:  
					2
					
					C  s a * A  
					| si |1,i  0,1,2.  
					
					i
					i
					i
					i0  
					Kỹ thuật phát hiện hộp bao theo hướng được chia làm hai mức [6]. Mức một  
					là kiểm tra “nhanh” xem có va chạm nào xảy ra không? Nếu không có va chạm nào  
					xảy ra thì hệ thống vẫn làm việc bình thường, ngược lại nếu ở mức một phát hiện có  
					ít nhất một va chạm xảy ra thì sẽ chuyển sang mức hai đó là tìm chính xác điểm va  
					chạm. Ở mức một, ta có thể kiểm tra nhanh xem có va chạm nào xảy ra không nhờ  
					dựa vào định lý sau đây.  
					Định lý 2.3.1 Hai khối đa diện lồi không giao nhau nếu có thể cô lập được chúng  
					bằng một mặt phẳng P thoả mãn một trong hai điều kiện sau:  
					 P song song với một mặt nào đó của một trong hai khối đa diện.  
					 Hoặc là P chứa một cạnh thuộc đa diện thứ nhất và một đỉnh thuộc đa diện  
					thứ hai.  
					Từ định lý trên, ta rút ra nhận xét sau cho phép kiểm tra nhanh sự giao nhau  
					của hai khối đa diện lồi: Điều kiện cần và đủ để kiểm tra hai khối đa diện lồi có giao  
					nhau hay không là kiểm tra giao nhau giữa các hình chiếu của chúng lên đường  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				20  
					thẳng vuông góc với mặt phẳng P ở trên, đường thẳng này được gọi là trục cô lập.  
					Ta thấy rằng các hộp bao OBBs là những khối đa diện lồi, bởi vậy ta hoàn toàn có  
					thể áp dụng định lý trên để kiểm tra va chạm giữa chúng.  
					2.1.2.2. Kiểm tra nhanh va chạm giữa hai hộp bao OBBs  
					Cho hai hình bao OBBs xác định bởi các thông số [C0,A0,A1,A2,a0,a1,a2] và  
					[C1,B0,B1,B2,b0,b1,b2]. Ta thấy rằng các tình huống mà hai OBBs tiếp xúc với nhau  
					(không cắt nhau) chỉ có thể là một trong 6 trường hợp sau đây: mặt - mặt, mặt -  
					cạnh, mặt - đỉnh, cạnh - cạnh, cạnh - đỉnh, đỉnh - đỉnh. Do vậy, tập ứng cử viên các  
					trục cô lập chỉ tối đa là 15 trục sau:  
					
					 3 trục chỉ hướng của hộp bao thứ nhất ( Ai  
					)
					
					 3 trục chỉ hướng của hộp bao thứ hai (Bj  
					)
					 9 trục tạo bởi tích có hướng của một trục thuộc hộp bao thứ nhất và một trục  
					
					
					thuộc hộp bao thứ hai ( A  Bj ).  
					i
					Mặt khác, ta biết rằng nếu một trục là trục cô lập thì khi tịnh tiến đến vị trí  
					nào, nó vẫn là trục cô lập. Bởi vậy, không mất tính tổng quát ta sẽ gọi trục cô lập có  
					vector chỉ phương là V và đi qua tâm C0 của hộp bao thứ nhất, do vậy nó có phương  
					
					   
					
					
					
					
					trình như sau: d = C0 + t*  
					V
					Trong đó, t là tham số.  
					V
					có thể là A , Bj hoặc A  Bj  
					i
					i
					với i, j = 0,1,2.  
					Gọi P là một điểm bất kỳ, hình chiếu của P lên đường thẳng d với gốc C0 sẽ là  
					đoạn thẳng C0H xác định như sau (hình 2.3).  
					P
					d
					
					
					
					(P  C0 )*V  
					H
					
					hc(P,d)   
					|V |  
					C0  
					Hình 2.3 Hình chiếu của P lên đường thẳng d  
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				21  
					Như vậy, khi chiếu 8 đỉnh của hộp bao thứ nhất lên trục cô lập d với gốc C0 thì  
					sẽ thu được 4 cặp đoạn thẳng có độ dài bằng nhau nằm về hai phía so với C0 (hình  
					2.4), độ dài của mỗi đoạn thẳng được xác định như sau :  
					2
					
					
					(
					s *a * A )*V  
					
					i
					i
					i
					2
					
					
					i0  
					
					(2.1)  
					hc(C  s *a * A ,d)  |  
					|
					
					0
					i
					i
					i
					|V |  
					i0  
					Hình 2.4 Chiếu 8 đỉnh của hình hộp lên trục cô lập d  
					Như vậy, khoảng cách nhỏ nhất chứa 8 đoạng thẳng (2.1) sẽ có tâm là C0 và  
					bán kính r0 được xác định như sau :  
					2
					
					
					(
					s *a * A )*V  
					
					i
					i
					i
					i0  
					r0 = max {  
					|
					
					|
					} Với mọi |si| = 1.  
					|V |  
					
					Đặt R0 = r0*|V |, ta có:  
					
					
					1
					
					
					
					
					 R0 = max{ | a0* A0 *V + a1* A *V + a2* A2 *V  
					|
					
					
					
					
					
					
					| a0* A0 *V + a1* A *V - a2* A2 *V  
					|
					|
					1
					
					
					1
					
					
					
					
					| a0* A0 *V - a1* A *V + a2* A2 *V  
					
					
					
					
					
					
					A *V  
					| a0*  
					- a1* A *V - a2* A2 *V  
					|
					0
					1
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				22  
					
					
					
					
					
					
					|-a0* A0 *V + a *  
					+ a *  
					|
					A *V  
					A2 *V  
					1
					2
					1
					
					
					
					
					
					
					|-a0* A0 *V + a *  
					- a *  
					|
					|
					A *V  
					A2 *V  
					1
					2
					1
					
					
					
					
					
					
					|-a0* A0 *V - a *  
					+ a *  
					A *V  
					A2 *V  
					1
					2
					1
					
					
					
					
					
					
					|-a0* A0 *V - a *  
					- a *  
					|
					A *V  
					A2 *V  
					1
					2
					1
					}
					
					
					
					
					
					
					= a0*| A0 *V | + a *|  
					| + a *|  
					|
					A *V  
					A2 *V  
					1
					2
					1
					Tương tự, ta xác định hình chiếu 8 đỉnh của hộp bao thứ hai lên d với gốc C0 như  
					sau.  
					2
					
					
					
					
					(
					s *b * B )*V  
					
					i
					i
					i
					2
					
					1
					
					V * D  
					i0  
					
					
					(2.2)  
					hc(C  s *b * B ,d)   
					 |  
					|
					
					i
					i
					i
					|V |  
					|V |  
					i0  
					
					
					
					Với D  C1  C0  
					Chú ý rằng, 8 đoạn thẳng này được nhóm thành 4 cặp đối xứng nhau qua C1.  
					Do vậy, khoảng cách nhỏ nhất chứa 8 đoạng thẳng (2.2) sẽ có tâm là C1 và bán kính  
					R1 được xác định như sau :  
					2
					
					
					(
					s *b * B )*V  
					
					i
					i
					i
					i0  
					r1 = max {  
					|
					
					|
					} Với mọi |si| = 1.  
					|V |  
					
					Đặt R1 = r1*|V |, tương tự như trên ta suy ra :  
					
					
					
					
					
					
					R1 = b0*| B0 *V | + b1*| B1 *V | + b2*| B2 *V |.  
					Hai khoảng cách trên sẽ không giao nhau nếu:  
					
					
					
					C0C1 > r0+r1  
					
					|V |*C0C1 > |V |*r0 + |V |*r1  R > R0 + R1 (2.3)  
					
					Trong đó: R = C0C1*|V |  
					.
					Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên  
					
				Tải về để xem bản đầy đủ
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Nghiên cứu một số vấn đề về động lực học chất rắn trong xử lý va chạm", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
        
        
        File đính kèm:
luan_van_nghien_cuu_mot_so_van_de_ve_dong_luc_hoc_chat_ran_t.pdf

