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 CU MT SVẤN ĐỀ VỀ ĐỘNG LỰC  
HC CHT RN TRONG XLÝ VA CHM  
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  
LI 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
KHÁIQTVTHỰCTIOVÀĐỘNGLƢỢNGHCCHẤTRẮN  
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  
tượng của VR. Ví dụ: như các ngôn ngữ (có thể tìm miễn phí) OpenGL, C++,  
Java3D, VRML, X3D, ...hay các phần mềm thương mại như WorldToolKit,  
+ 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  
phần mềm CAD khác như AutoCAD, 3D Studio,3D max, ..). Sau đó phần mềm  
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 nn 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

pdf 54 trang yennguyen 05/06/2025 150
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:

  • pdfluan_van_nghien_cuu_mot_so_van_de_ve_dong_luc_hoc_chat_ran_t.pdf