Phương pháp hiệu quả xác định kết quả tiêu diệt mục tiêu thời gian thực trong không gian mô phỏng

Bài viết trình bày một phương pháp hiệu quả bằng cách chia vật thể có cấu trúc hình học phức tạp thành các hình khối cơ bản để từ đó dùng các thuật toán xử lý để vẫn đảm bảo được độ chính xác đánh trúng mục tiêu và giảm đáng kể số lượng các phép toán, đảm bảo được việc thực thi của máy tính.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Phương pháp hiệu quả xác định kết quả tiêu diệt mục tiêu thời gian thực trong không gian mô phỏng Nghiên cứu khoa học công nghệ PHƯƠNG PHÁP HIỆU QUẢ XÁC ĐỊNH KẾT QUẢ TIÊU DIỆT MỤC TIÊU THỜI GIAN THỰC TRONG KHÔNG GIAN MÔ PHỎNG Dương Hồng Trường*, Đoàn Văn Hòa, Bạch Hồng Quyết Tóm tắt: Trong lĩnh vực công nghệ mô phỏng đặc biệt là mô phỏng huấn luyện trong quân sự, khi một ứng dụng mô phỏng thời gian thực được thực hiện, máy tính phải xử lý một khối lượng các công việc và phép tính cực lớn bao gồm tính toán và kết xuất hình ảnh 3D, tạo ra các hiệu ứng thời tiết mây- mưa-sóng-gió, hiệu ứng chiến trường-cháy nổ, hiệu ứng âm thanh sinh động. Ngoài ra, nó còn phải song song thực hiện các công việc khác như đồng bộ các máy sinh ảnh, xử lý giao tiếp người - máy, giao tiếp với các thiết bị ngoại vi, tính toán bài toán va chạm đường đạn, tiêu diệt mục tiêu... Để xử lý được một khối lượng công việc khổng lồ như thế trong khi vẫn phải đáp ứng được về tốc độ thực thi và độ chính xác cao thì trong từng khâu, từng hàm, từng mô đun xử lý đều phải được tối ưu nhất có thể. Bài báo trình bày một phương pháp hiệu quả bằng cách chia vật thể có cấu trúc hình học phức tạp thành các hình khối cơ bản để từ đó dùng các thuật toán xử lý để vẫn đảm bảo được độ chính xác đánh trúng mục tiêu và giảm đáng kể số lượng các phép toán, đảm bảo được việc thực thi của máy tính. Từ khóa: Không gian mô phỏng, Thời gian thực, Tiêu diệt mục tiêu, Đối tượng 3D. 1. MỞ ĐẦU Trong khuôn khổ bài báo, nhóm tác giả sẽ trình bày một phương pháp hiệu quả để tính toán xác định kết quả tiêu diệt mục tiêu thời gian thực trong không gian mô phỏng. Một đối tượng chiến đấu 3D như tàu chiến, máy bay, xe quân sự... được tạo thành từ tập hợp các mặt đa giác, mỗi đa giác được tạo nên từ ít nhất 3 điểm trở lên, mỗi điểm là một tập giá trị tọa độ theo 3 trục Ox, Oy, Oz trong không gian. Số lượng điểm và đa giác càng lớn thì đối tượng càng chi tiết, càng đẹp và giống thật hơn. Thông thường để xác định đường đạn có chạm vào mục tiêu hay không người ta sẽ phải tính xem tọa độ tức thời của đạn có giao với một trong các mặt đa giác đó hay không. Khi mà số lượng các mặt đa giác của đối tượng là hàng nghìn thậm chí hàng vạn thì số phép tính phải tính toán tức thời lên đến hàng triệu đến mức mà máy tính thông thường không thể xử lý kịp, dẫn đến tình trạng máy tính bị treo. Để cân bằng giữa các yếu tố về độ chính xác và hiệu năng tính toán, bài báo đề xuất giải pháp là sẽ chia một đối tượng 3D thành một số khối hình học cơ bản như: hình nón cụt, hình elip đặc, hình hộp, hình đa giác. Thay vì phải tính toán va chạm cho tất cả các mặt theo cách truyền thống thì ta chỉ tính toán va chạm với từng khối nhỏ tạo nên đối tượng rồi tổng hợp kết quả lại. Với mỗi loại hình khối cơ bản ở trên, nhóm tác giả đều đã nghiên cứu và xây dựng các thuật toán tối ưu tương ứng. Với hướng tiếp cận này sẽ đảm bảo hài hòa được yếu tố hiệu năng, tốc độ thực thi của ứng dụng mô phỏng và độ chính xác chấp nhận được. 2. CÁC PHƯƠNG PHÁP, THUẬT TOÁN XÁC ĐỊNH MỘT ĐIỂM NẰM TRONG HAY NGOÀI CÁC KHỐI HÌNH HỌC CƠ BẢN 2.1. Phương pháp chiếu tia Phương pháp chiếu tia (Ray casting) [1, 3, 4] là một trong những phương pháp thường dùng để xác định 1 điểm nằm trong hay ngoài 1 khối hình học trong Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san CNTT, 12 - 2017 143  Công nghệ thông tin không gian 2 chiều (2D) hoặc 3 chiều (3D). Phương pháp này có độ chính xác cao, tuy nhiên không phải mọi trường hợp đều có thể áp dụng được vì trong một số ứng dụng mô phỏng không có phương trình cụ thể để miêu tả hết bề mặt bao của vật thể. Nguyên tắc xác định một điểm nằm trong đa giác (2D): Một điểm nằm trong đa giác (lồi hoặc lõm) khi và chỉ khi số giao điểm từ một tia bất kỳ xuất phát từ điểm đó với các cạnh của đa giác phải là một số lẻ. Ngược lại, nếu số giao điểm là chẵn thì điểm nằm ngoài đa giác [4]. Tia xuất phát có thể sang phải hay sang trái, lên hoặc xuống bất kỳ hướng nào nhưng phải giao với đa giác. Lưu ý, tại các đỉnh cực trị thì một giao điểm cần xem xét cụ thể đối tượng hình học cụ thể để có thuật toán phù hợp. Xét đa giác lồi 7 cạnh với 7 đỉnh là P0, P1, ....., P6 trong hình sau (hình 1). P0 P6 P P1 P5 P2 Q P4 P3 Hình 1. Phương pháp chiếu tia áp dụng cho đa giác lồi. Với 2 điểm P, Q trong hình trên, chiếu tia xuất phát từ các điểm này giao với đa giác. Ta thấy tia đi từ P cắt đa giác ở 2 điểm nên nó nằm ngoài đa giác, tia đi từ Q cắt đa giác ở 1 điểm nên nó nằm trong đa giác. Nếu tia đi qua điểm không cắt với đa giác ở điểm nào thì hiển nhiên là điểm đó nằm ngoài đa giác. Trường hợp đa giác lõm thì phương pháp chiếu tia vẫn cho kết quả chính xác như hình dưới đây (hình 2). P6 P1 P Q P5 P0 P2 P4 P3 Hình 2. Phương pháp chiếu tia áp dụng cho đa giác lõm. Tia xuất phát từ điểm P giao ở 4 điểm nên nó nằm ngoài đa giác, tia xuất phát từ điểm Q giao ở 3 điểm nên nó ở trong đa giác. 144 D. H. Trường, Đ. V. Hòa, B. H. Quyết, “Phương pháp hiệu quả … không gian mô phỏng.” Nghiên cứu khoa học công nghệ Nguyên tắc xác định một điểm nằm trong đa diệ ...