lOMoARcPSD|15547689


lOMoARcPSD|15547689

LỜI CẢM ƠN
Để có thể hồn thành bài tểu luận này, em xin được tỏ lịng biếết
ơn tới cơ Nguyếễn Thị Kim Chi, giảng viến bộ môn Phương pháp luận và
Nghiến cứu khoa học, cảm ơn cô đã tận tnh giảng dạy, chỉ bảo cho em
để hiểu thếm vếề cách để thực hiện những bài luận vếề khoa học – kyễ
thuật, ngồi ra cơ cũng là một người thân thiện, gâền gũi với sinh viến
chúng em, luôn sẵễn sàng lẵếng nghe và trả lời những câu hỏi của chúng
em!
Bài tểu luận này của em vâễn cịn nhiếều thiếếu sót, em râết mong
nhận được những góp ý của cơ để rút kinh nghiệm cho những tểu luận
sau.
Em xin chân thành cảm ơn!


lOMoARcPSD|15547689

Câu 1: Anh/chị hãy nêu câấu trúc của một bài báo khoa học và nội dung
câần trình bày trong mỗỗi phâần? Phân tch 1 ví dụ để chứng minh.
Trả lời:
 Câấu trúc của một bài báo khoa học bao gồồm:
+ Tiêu đêầ bài báo: Tến bài báo khoa học, thường từ 10 đếến 18 chữ phản
ánh nội dung đếề cập trong bài báo. Dưới tếu đếề thường ghi tến tác giả,
email, cơ quan cơng tác,…
+ Tóm tắất bài báo: Thể hiện vâến đếề/ mục tếu nghiến cứu, phương pháp
nghiến cứu, thời gian, sơế liệu và kếết quả được trình bày ngẵến gọn, cơ đọng.
+ Giới thiệu: Thể hiện lí do, tâềm quan trọng của vâến đếề nghiến cứu.

+ Lược sử nghiên cứu đi trước: Nếu ra những nghiến cứu quan trọng trước
đây có liến quan tới vâến đếề mình nghiến cứu bao gôềm thành tựu, kếết quả
của những nghiến cứu đó, rơềi rút ra những điểm cịn thiếếu và chưa hồn
chỉnh, từ đó dâễn tới cách bổ sung thể hiện sự đóng góp mới của tác giả (có
thể khơng có vì nghiến cứu của tác giả là đâều tến).
+ Phương pháp và sỗấ liệu dùng trong nghiên cứu: Đếề cập tới phương pháp
được sử dụng trong nghiến cứu, kèm theo đó là sơế liệu phù hợp.
+ Kêất quả và thảo luận: Chỉ ra giải thích và thảo luận vếề kếết quả mới được
tm thâếy, hoặc phản bác kếết quả của nghiến cứu trước, hoặc bổ sung để
hoàn thiện các nghiến cứu trước mà đã đếề cập ở phâền lược sử.
+ Kêất luận: Kếết luận tổng lược nghiến cứu, nếu ý nghĩa khoa học, ứng dụng
thực tếế, ưu nhược điểm và định hướng tương lai.
+ Tài liệu tham khảo: Trích dâễn tài liệu hoặc cơ sở cho việc phân tch logic
của nghiến cứu đếề cập trong bài báo.
+ Lời cảm ơn (Nêấu có): lời cảm ơn đếến các tổ chức, cơ quan, cá nhân đóng
góp, giúp đỡ cho việc hồn thiện bài báo.

 Phân tch ví dụ: Bài báo: “Dạy học tương tác ảo trong lớp học Kyỹ
thuật Robot” - Tạp chí Khoa học ĐHQGHN: Nghiến cứu Giáo dục, Tập
33, Sơế 2 (2017) 75-80.
+ Tiêu đêầ bài báo: Dạy học tương tác ảo trong lớp học Kyễ thuật
Robot. Bến dưới có ghi tến tác giả là Nguyếễn Thị Thanh, Viện Sư


lOMoARcPSD|15547689

phạm Kyễ thuật, Đại học Bách Khoa Hà Nội, Sôế 1, Đường Đại côề Việt,
Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 10 tháng 2 nẵm 2017 Chỉnh sửa ngày 20
tháng 4 nẵm 2017; Châếp nhận đẵng ngày 22 tháng 6 nẵm 2017
+ Tóm tắất bài báo: Phân tch giảng dạy tương tác cho thâếy sự

khác biệt và sự bao hàm của các phương pháp giảng dạy tương tác
trong tâết cả các phương pháp giảng dạy. Vai trò và ý nghĩa của
phương pháp giảng dạy này trong việc giảng dạy người máy nói
chung và điện tử nói riếng. Trong các hoạt động giảng dạy, để thúc
đẩy phương pháp học tập đếến một câếp cao hơn là để dạy ảo tương
tác. Học viến không chỉ là trung tâm, trọng tâm là chuyển đổi lớp học.
Trong bài báo này mới dừng lại ở nghiến cứu so sánh nhận định giữa
phương pháp dạy học tương tác ảo và dạy học sử dụng mơ hình thực
trong lớp học kyễ thuật robot. Những khảo sát chi tếết vếề tnh hiệu quả
seễ được tác giả trình bày trong bài báo tếếp theo.
+ Giới thiệu: Dạy học tương tác ảo được hiểu là dạy học trong
đó người dạy tổ chức định hướng giúp đỡ người học vận dụng kiếến
thức tham gia vào các hoạt động tự lực trong môi trường thực tại ảo
để rèn luyện, phát triển kyễ nẵng, chiếếm lĩnh kiếến thức mới. Để tổ
chức một lớp học thành công không thể thiếếu sự tương tác giữa các
phương pháp dạy, thiếết bị bổ trợ và người học, v.v...
+ Lược sử nghiên cứu đi trước: Khơng có, vì đây là nghiến cứu
đâều tến của tác giả.
+ Phương pháp và sỗấ liệu: Sử dụng các phâền mếềm đôề họa,
VRML (Virtual Reality Modeling Language).
+ Kêất luận: Tóm lại, để xây dựng một lớp học hoàn toàn ảo nơi
người học hoàn toàn đẵếm chìm trong hơng gian ảo và nhập vai vào
bâết ký thiếết bị nào hoặc Robot nào như chính người học là robot tại
việt nam thời điểm hiện tại cho 1 môn học là gâền như không thể do
giá của một thiếết bị râết lớn. Trog trường hợp hiện tại tác giả xây dựng
môi trường tương tác ảo cho môn kyễ thuât Robot như một phương
pháp tổ chức lớp học và sử dụng các phâền mếềm tương tác ảo để tẵng
cường hiệu quả lớp học.
+ Tài liệu tham khảo: [1] Parker, Michele A. & Martn, Florence,
(2010) Using Virtual Classrooms: Student Perceptons of Features and

Characteristcs in an Online and a Blended Course. MERLOT Journal of


lOMoARcPSD|15547689

Online Learning and Teaching.USA. Vol. 6, No. 1. [2] Nguyếễn Xuân L ạc,
Công nghệ dạy học tương tác ảo, Tạp chí Thiếết bị giáo dục, sơế 122
tháng 10- 2015, sơế 123 tháng 11-2015. [3] Nguyếễn Xuân L ạc, Ph ạm
Hôềng Hạnh, Dạy học hướng nghiến cứu trong đào tạo giáo viến cơng
nghệ, Tạp chí Khoa học ĐHSPHN, Vol. 60, No 8D, 2015, t.29–36. [4]
Cơng nghệ thực tếế ảo là gì (2014), TVD - Theo Trí Thức Trẻ |
28/03/2014 - 17:00 [5] [6] Syed M. Ahmed, Quality Culture,
College of Engineering & Computng Florida Internatonal University,
Miami, Florida, 2010. [7] European University Associaton, Examining
Quality Culture: Part 1 – Quality Asurance Processes In Higher
Educaton , 2010. [8] Madeleine Roy, Jean-Marc Denommé, Approche
neuroscientfique de l’apprentssage et de l’enseignement, Editons
Quebecor, 2009. [9] Moscato, Donald R. & Altschuller, Shoshana,
(2012) TappinWorld-Based Simulatons in Higher Educaton. Modeling
and Economics and Management. New York.Volume 115, 2012, pp 19
[10] link.springer.com/chapter/10.1007%2F978-3- 642-30433-0_20


lOMoARcPSD|15547689

Câu 2: Anh/chị hãy tm kiêấm 1 bài báo khoa học vêầ chủ đêầ nghiên
cứu mà anh/chị đang quan tâm trong chuyên ngành học của
mình (cùng chủ đêầ câu 3). Nghiên cứu bài báo và xác định:
- Tên đêầ tài
- Mục têu nghiên cứu của đêầ tài .

- Đỗấi tượng nghiên cứu .
- Phạm vi nghiên cứu .
- Câu hỏi nghiên cứu .
- Giả thuyêất nghiên cứu .
- Phương pháp nghiên cứu chính .
- Đóng góp của đêầ tài.
- Hạn chêấ của đêầ tài.
Trả lời:

 Bài báo “ NGHIÊN CỨU KỸỸ THUẬT PARTICLE MƠ PHỎNG DỊNG ĐIỆN
TRONG CHẤẤT ĐIỆN PHẤN BẰẰNG CÔNG NGHỆ THỰC TẠI ẢO ” - Trường
Đại học Vinh, Tạp chí khoa học, Tập 48 - Sơế 3A/2019, tr. 29-39 (Đính
kèm ở trang sau).
+ Tên đêầ tài: Nghiến cứu kyễ thuật partcle mơ phỏng dịng điện trong
châết điện phân bẵềng công nghệ thực tại ảo.
+ Mục têu nghiên cứu của đêầ tài: Áp dụng công nghệ thực tại ảo
trong mơ phỏng các q trình sinh trưởng hay các thí nghiệm ảo có khả
nẵng tương tác seễ tạo hứng thú cho học sinh trong học tập, giúp h ọc sinh
dếễ hình dung và nẵếm bẵết nhanh hơn các vâến đếề mà lý thuyếết đưa ra.
+ Đỗấi tượng nghiên cứu: Kyễ thuật partcle mơ phỏng dịng điện trong
châết điện phân.
+ Phạm vi nghiên cứu: nghiến cứu trong phạm vi giảng dạy tại môi
trường giáo dục phổ thông.
+ Câu hỏi nghiên cứu: - Thực tại ảo là gì?
- Hệ thơếng Partcle là gì?
- Mơ phỏng là gì và cách ứng dụng thực tại ảo
để mô phỏng?


lOMoARcPSD|15547689


+ Giả thuyêất nghiên cứu: đưa ra được các phương thức của partcle
khi mơ tả sự chuyển động của dịng điện trong châết điện phân bẵềng cách
trực tếếp theo dõi sự chuyển động của ion dương chạy vếề phía catot, các ion
âm chạy vếề phía anot, sau đó mơ phỏng lại sự chuyển động này bẵềng công
nghệ thực tại ảo.
+ Phương pháp nghiên cứu chính: Sử dụng các phương thức của
partcle system mơ phỏng điện tch.
+ Đóng góp của đêầ tài: Đưa ra cách tếếp cận mới cho việc đổi mới
phương pháp giảng dạy trong trường phổ thông, đặc biệt là hơễ trợ cho ho ạt
động thí nghiệm thơng qua mơ phỏng, khẵếc phục các khó khẵn thực tếế gặp
phải trong lĩnh vực này.
+ Hạn chêấ của đêầ tài: Các kếết quả mới chỉ xây dựng chương trình thử
nghiệm mơ phỏng sự chuyển động của các ion ở mức độ đơn giản. Bài báo
chưa xét đếến những yếếu tôế va chạm hay kếết hợp của các ion, cũng như chưa
xét đếến quá trình trao đổi điện tch giữa ion và điện cực, kéo theo những
phản ứng hóa học phụ như những gì được mơ tả trong thí nghiệm.


lOMoARcPSD|15547689

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT PARTICLE
MƠ PHỎNG DỊNG ĐIỆN TRONG CHẤT ĐIỆN PHÂN
BẰNG CƠNG NGHỆ THỰC TẠI ẢO
Nguyễn Thị Qun
Viện Cơng nghệ thông tin, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2
Ngày nhận bài 26/7/2019, ngày nhận đẵng 15/9/2019
Tóm tắt: Cơng nghệ thực tại ảo hiện nay được ứng dụng rộng rãi
trong nhiếều lĩnh vực như giáo dục, quân sự, y học... Áp dụng công ngh ệ
thực tại ảo trong mô phỏng các q trình sinh trưởng hay các thí nghiệm

ảo có khả nẵng tương tác seễ tạo hứng thú cho học sinh trong học tập, giúp
học sinh dếễ hình dung và nẵếm bẵết nhanh hơn các vâến đếề mà lý thuyếết đưa
ra. Bài báo trình bày việc mơ phỏng điện tch bẵềng phương pháp partcle.
Kyễ thuật này phù hợp với việc mơ phỏng các đơếi tượng khơng định hình
như điện tch, nước, lửa... Phâền cuôếi của bài báo seễ đưa ra một sơế kếết quả
thực nghiệm với bài tốn mơ phỏng sự chuyển động của các ion dương và
ion âm trong dung dịch châết điện phân.
Từ khóa: Thực tại ảo; châết điện phân; partcle.

1. Mở đầu
Trong nghiến cứu khoa học tự nhiến có hai hướng nghiến cứu truyếền thơếng, đó là
lý thuyếết và thực nghiệm. Tuy nhiến, không phải bâết kỳ nghiến cứu lý thuyếết nào
cũng được thực nghiệm sáng tỏ, nhâết là những thí nghiệm địi hỏi nhiếều thiếết bị,
mâễu vật đẵết tếền và những hóa châết độc hại. Sự ra đời của những thếế hệ máy tnh
với tôếc độ tnh tốn cực nhanh đã hơễ trợ các hướng nghiến cứu khoa học tnh
toán. Một trong các hướng nghiến cứu đó là mơ phỏng bẵềng máy tnh, giữ vai trị
là câều nơếi giữa thếế giới vi mơ và vĩ mô, giữa lý thuyếết và thực nghiệm.
Bến cạnh sự phát triển của công nghệ mô phỏng trến thếế giới, việc xây dựng các
phâền mếềm mô phỏng đã và đang được cổ vũ và phát triển mạnh meễ trong điếều
kiện thực tếế ở Việt Nam. Yếu câều vếề đổi mới phương pháp giảng dạy đang được
chú trọng nhẵềm nâng cao châết lượng dạy và học trong các trường học, nhâết là các
trường phổ thông hiện nay.


lOMoARcPSD|15547689

Trong chương trình giáo dục phổ thơng mơn Vật lí, điện tch là một khái niệm râết
quan trọng. Sự cư trú và di chuyển của các electron đã tạo nến các hiện tượng
điện và tnh châết điện muôn màu muôn vẻ của thếế giới tự nhiến như mây, mưa,
sâếm, chớp... Một vật tch điện seễ tạo nến xung quanh nó một điện trường và điện

trường này seễ tác dụng một lực lến các điện tch khác nẵềm trong nó, gây nến s ự
chuyển động của các điện tch và tạo ra râết nhiếều hiện tượng vếề điện trong tự
nhiến, trong vật lý, hóa học, sinh học. Ứng dụng cơng nghệ thực tại ảo trong mơ
phỏng các q trình sinh trưởng hay các thí nghiệm ảo có khả nẵng tương tác seễ
tạo hứng thú cho học sinh trong học tập, giúp học sinh dếễ hình dung và nẵếm bẵết
nhanh hơn các vâến đếề mà lý thuyếết đưa ra. Với những thí nghiệm đòi hỏi nhiếều
thiếết bị, mâễu vật đẵết tếền và những hóa châết độc hại thì việc mơ phỏng thí nghiệm
là một sự lựa chọn tôết.

Trong báo cáo này, trước hếết, tác giả tm hiểu vếề thực tại ảo, partcle system, mơ
phỏng điện tch sau đó tập trung nghiến cứu kyễ thuật mơ phỏng bẵềng ph ương
pháp partcle. Từ đó, tác giả đưa ra được các phương thức của partcle khi mơ tả
sự chuyển động của dịng điện trong châết điện phân bẵềng cách trực tếếp theo dõi
sự chuyển động của ion dương chạy vếề phía catot, các ion âm chạy vếề phía anot.
Phương pháp partcle ở đây khơng chú trọng đếến việc trến đường đi các ion này
seễ gặp phải vô vàn cản trở như khi va chạm với những ion cùng dâếu, chúng seễ đẩy
nhau làm lệch hướng chuyển động, làm cho những ion này đang chuyển động
thẳng seễ trở thành chuyển động cong theo đường parabol. Cuôếi cùng là kếết lu ận
và hướng nghiến cứu tếếp theo.

2. Nội dung nghiên cứu
2.1. Cơ sở lý thuyết
2.1.1. Khái niệm thực tại ảo
Thực tại ảo (Virtual Reality - VR) là một hệ thống giao diện cấp cao giữa người sử
dụng và máy tính. Hệ thống này mơ phỏng các sự vật và hiện tượng theo thời gian
thực và có 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 [3]. Nói một cách
cụ thể, VR là công nghệ sử dụng các kyễ thuật mơ hình hố khơng gian ba chiếều với



lOMoARcPSD|15547689

sự hôễ trợ của các thiếết bị đa phương tện hiện đại để xây dựng một thếế giới mô
phỏng bẵềng máy tnh - Môi trường ảo (Virtual Environment) để đưa người ta vào
một thếế giới nhân tạo với không gian như thật. Trong thếế giới ảo này, người s ử
dụng khơng cịn được xem như người quan sát bến ngồi, mà đã thực sự trở
thành một phâền của hệ thôếng. Thếế giới “nhân tạo” này không tnh tại mà lại ph ản
ứng, thay đổi theo ý muôến của người sử dụng nhờ những cử chỉ, hành động... t ức
là người sử dụng nhìn thâếy sự vật thay đổi trến màn hình ngay theo ý mến của
h ọ.
2.1.2. Particle system và các đặc tính Định nghĩa partcle system:
Một particle system là một tập hợp các thành phần hay các hạt (particle)
riêng biệt. Particle system điều khiển tập particle đó, cho phép chúng hoạt động
một cách tự động nhưng với một số thuộc tính chung nhất định [8].
- Đặc tnh của partcle system:
Partcle system có ba đặc tnh riếng khác hẳn với các kĩ thuật tổng hợp hình ảnh
thơng thường khác, đó là:
+ Một đôếi tượng được biểu diếễn không phải bởi một tập các thành phâền bếề mặt
cơ bản như các đa giác hay các miếếng nhỏ bếề mặt để tạo ra bếề mặt biến, mà được
câếu thành từ tập partcle để tạo ra hình khơếi.
+ Partcle system khơng phải là thực thể tnh mà chuyển động và thay đổi hình
dạng theo thời gian. Các partcle liến tục “chếết đi” và các partcle mới được “sinh
ra”.
+ Một đôếi tượng được biểu diếễn bẵềng partcle system khơng được xác định hồn
tồn cả vếề đường nét lâễn hình dạng. Thay vào đó, nó được xác định bẵềng các tếến
trình ngâễu nhiến.
2.1.3. Mơ phỏng điện tích
- Khái niệm mơ phỏng
Mơ phỏng là q trình “bẵết chước” các sự vật, hiện tượng có thực trong thiến
nhiến, trong cuộc sôếng của con người. Công nghệ mô phỏng xuâết hiện từ râết lâu

và đã phát triển mạnh ở các nước châu Âu và một sôế nước châu Á. Ở Việt Nam,
công nghệ này mới thực sự được quan tâm và đâều tư trong những nẵm gâền đây.
Có hai loại mô phỏng:


lOMoARcPSD|15547689

1)
Mô phỏng tĩnh là dạng mô phỏng chỉ thể hiện được mơ hình tnh. Đây
là dạng mơ phỏng thường chỉ áp dụng cho các sự vật và là dạng mô phỏng đơn
giản nhâết.
2)
Mô phỏng động là dạng mô phỏng mà trong kếết quả của nó có sự
chuyển động. Mơ phỏng động được chia thành hai loại, đó là mơ phỏng động
theo thời gian thực và mô phỏng động không theo thời gian thực.
- Mơ phỏng điện tích
Điện tch là một khái niệm râết quan trọng. Sự cư trú và di chuyển của các electron
đã tạo nến các hiện tượng điện và tnh châết điện muôn màu muôn vẻ của thếế giới
tự nhiến. Một vật tch điện seễ gây xung quanh nó một điện trường và điện trường
này seễ tác dụng một lực lến các điện tch khác nẵềm trong nó gây nến sự chuyển
động của các điện tch và tạo ra râết nhiếều hiện tượng điện. Mô phỏng điện tch
không những cho chúng ta thâếy được hình ảnh trực quan các hiện tượng điện x ảy
ra trong tự nhiến mà còn giúp ta hiểu một cách sâu sẵếc vếề bản châết và cơ chếế xết
hiện dịng điện trong các mơi trường rẵến, lỏng, khí… cũng như trong các cơ th ể
sơếng.

2.2. Nội dung nghiên cứu chính về mơ phỏng điện tích
2.2.1. Giới thiệu mơ hình mơ phỏng điện tích
Điện tch là một đơếi tượng khơng định hình, tức là nó chưa được định nghĩa một
cách rõ ràng và khi ở trong điện trường khơng đổi nó ln ln biếến đổi theo thời

gian. Việc sử dụng các phương pháp tổng hợp hình ảnh thơng thường để mơ
phỏng điện tch seễ râết phức tạp. Do vậy, để mô phỏng điện tch tác giả đã lựa chọn
phương pháp partcle.
Một partcle là một thành phâền nguyến tôế đơn giản hơn cả đa giác, thành phâền
đơn giản nhâết của kĩ thuật mơ hình dựa trến bếề mặt.
Một partcle system là một tập hợp của nhiếều partcle nhỏ kếết hợp cùng nhau tạo
nến một đôếi tượng khơng định hình. Trong một khoảng thời gian, các partcle
được hệ sinh ra, chuyển động và thay đổi trong hệ, sau đó chếết đi.
Để tnh tốn mơễi khung hình trong một chuôễi chuyển động, chúng ta câền tếến
hành các bước sau đây:
+ Các partcle mới được sinh ra trong hệ.
+ Môễi partcle được gán cho các thuộc tnh riếng biệt.


lOMoARcPSD|15547689

+ Bâết cứ một partcle nào đã tôền tại trong hệ một thời gian đếều bị làm mờ
dâền.
+ Các partcle cịn sơếng trong hệ chuyển động và biếến đổi dựa theo các thuộc tnh
động của nó.
+ Một hình ảnh của các partcle đang sôếng được kếết xuâết trong bộ đệm khung
hình (frame bufer). Partcle system có thể được lập trình để thực thi bâết cứ tập
lệnh nào ở môễi bước. Do có tnh thủ tục, phương pháp này có thể phơếi hợp bâết cứ
mơ hình tnh tốn nào dùng để mơ tả bếề ngồi và chuyển động của đơếi tượng. Ví
dụ, sự chuyển động và biến đổi của các particle có thể được gắn vào các phương
trình vi phân cục bộ, hay các thuộc tính của particle có thể được gán vào các cơ
chế thống kê xác suất cơ bản. Trong phạm vi bài báo này, tác giả chỉ sử dụng các
tếến trình ngâễu nhiến đơn giản làm thủ tục nguyến tơế cho mơễi bước trong q
trình tạo ra các khung hình cho partcle system. Để điếều khiển hình dáng, bếề m ặt
và sự chuyển động của các partcle trong một partcle system, chúng ta seễ sử dụng

một tập các tham sôế ngâễu nhiến. Chuyển động và biếến đổi của các partcle seễ
được ràng buộc vào các tham sôế này. Nói một cách tổng qt, mơễi tham sơế seễ xác
định một dải giá trị, môễi partcle seễ nhận một giá trị trong khoảng đó.
2.2.2. Khởi tạo hình dạng và màu sắc cho particle điện tích
Để xây dựng hình ảnh cho một partcle điện tch âm hay dương, ở đây bài báo sử
dụng kĩ thuật alpha channel. Đây là một kĩ thuật tạo mặt nạ cho ảnh bitmap trong
đôề họa vi tnh. Đâều vào của quá trình này là một ảnh bitmap gôếc ban đâều và một
ảnh bitmap đen trẵếng dùng để làm alpha channel. Thực châết của quá trình này là
thếm vào môễi pixel ảnh gôếc một chỉ sôế A cho độ trong sết của pixel đó ngồi 3
giá trị R, G, B của màu sẵếc. A = 1 tương ứng với điểm màu đen trến alpha channel,
khi đó pixel của ảnh gơếc seễ bị mờ hồn tồn. A = 0 tương ứng với điểm màu trẵếng
trến alpha channel, khi đó pixel của ảnh gơếc seễ hồn tồn khơng bị mờ. Sở dĩ ảnh
đen trẵếng được chọn làm alpha channel bởi vì với loại ảnh này, mơễi pixel có các
giá trị R, G, B bẵềng nhau, do đó ta chỉ câền lựa chọn

một trong những chỉ sôế này để làm chỉ sôế A của ảnh câền xử lý.

Sử dụng kếnh alpha để tạo hình ảnh trong sết


lOMoARcPSD|15547689

Ảnh gôếc RGB 24 - bpp

Kếnh alpha A - 8 bpp

Hình ảnh trong sết
RGBA - 32 bpp

Hình 1 : Cộng ảnh alpha channel vào ảnh để tạo mặt nạ


Hình ảnh partcle điện tch âm hoặc dương ban đâều được xây dựng theo cách này,
do đó màu sẵếc và hình dạng của partcle điện tch seễ phụ thuộc vào hai ảnh được
chọn làm ảnh gơếc và alpha channel. Hình ảnh tổng hợp seễ tham gia vào các
chuyển động và biếến đổi của riếng từng partcle, cho ta cảm giác vếề màu sẵếc và độ
trong suôết của điện tch.
2.2.3. Các phương thức của particle system mơ phỏng điện tích
Một partcle system ln có một phương thức để khởi tạo cho từng partcle và
cho cả partcle system. Nhìn chung thì phương thức khởi tạo cho partcle system
mô phỏng điện tch âm hay dương cũng tương tự như bâết cứ một partcle system
nào khác. Nhiệm vụ của nó chỉ là truyếền các thơng sơế câền thiếết cho partcle system
hoạt động. Các tham sôế này phải được tnh toán và lựa chọn để mang lại hiệu quả
mô phỏng tôết nhâết. Các thông sôế truyếền vào cho từng partcle đếều được gán ngâễu
nhiến quanh một giá trị trung bình và khoảng biếến thiến cơế định.

- Phương thức khởi tạo một particle điện tích:
InitialParticle(particle)
{
_position = MeanInitialPosition + varPosition*Random(MinP,MaxP);
_velocity = MeanInitialVelocity + varVelocity*Random(MinV,MaxV);
_size = MeanInitialSize + varSize*Random(MinS,MaxS);
_lifeTime = MeanInitialLifeTime + varTime*Random(MinT,MaxT);
_alpha = MeanInitialAlpha + varAlpha*Random(MinA,MaxA);
}
Trong đó:
MeanInitialPosition: Vị trí khởi tạo
trung bình
MeanInitialVelocity: Vận tơếc khởi tạo
trung bình
MeanInitialSize: Kích thước khởi tạo

trung bình
MeanInitialLifeTime: Thời gian sơếng
khởi tạo trung bình
MeanInitialAlpha: Độ trong sết
khởi tạo của partcle trung bình

varPosition: Khoảng biếến thiến của
vị trí khởi tạo
varVelocity: Khoảng biếến thiến của
vận tơếc khởi tạo
varSize: Khoảng biếến thiến của kích
thước khởi tạo
varTime: Khoảng biếến thiến của
thời gian sôếng khởi tạo
varAlpha: Khoảng biếến thiến của độ
trong suôết khởi tạo


lOMoARcPSD|15547689

Random(): Hàm chọn ngâễu nhiến giá trị trong một khoảng
MinX: Giá trị nhỏ nhâết trong một khoảng
MaxX: Giá trị lớn nhâết trong một khoảng

- Phương thức khởi tạo cho particle system:
InitialParticleSystem()
{
For each particle in fireParticle
InitialParticle(particle) camera =
cameraPosition;

viewport = viewportPosition;
}
Trong phương thức này, ta khởi tạo các tham sôế cho khung nhìn và khởi tạo cho
tập partcle của partcle system. Sơế lượng partcle được khởi tạo seễ quyếết định
mật độ partcle điện tch.
Côết lõi của partcle system là phương thức điếều khiển hoạt động của một partcle.
Trong mô phỏng điện tch, phương thức này seễ quyếết định hình dáng, màu sẵếc và
chuyển động chung của điện tch.
Để mơ phỏng hình dạng của điện tch, véc-tơ vận tôếc của partcle điện tch seễ
được thay đổi hướng liến tục để quyễ đạo partcle điện tch tạo có hình dạng vịng
cung. Do điện tch âm và điện tch dương seễ chuyển động ngược hướng nến bài
báo khơng sử dụng đếến trục Oy.
Phương trình sau cho phép thay đổi hướng vận tôếc cho partcle điện tch ở dạng
đơn giản:
_velocity.x() -= deltaX;
_velocity.z() -= deltaZ;
Sau một khoảng thời gian nhâết định, thành phâền theo trục Ox và Oz seễ bị trừ đi
một lượng deltaX và deltaZ tương ứng. Lượng trừ đi seễ được tnh toán sao cho khi
hếết thời gian sôếng, véc-tơ chiếếu của véc-tơ vận tôếc lến mặt phẳng Oxz seễ cùng
phương khác hướng với hình chiếếu cũng lến mặt Oxz của véc-tơ vận tôếc khởi tạo.
Phương thức cập nhật trạng thái cho partcle là một thủ tục được gọi đi gọi lại
trong sết q trình hoạt động của partcle system. Một khi partcle hếết thời gian


lOMoARcPSD|15547689

sơếng, nó được khởi tạo lại để trở thành một partcle mới, duy trì sự liến tục của
dịng điện tch.

- Phương thức cập nhật trạng thái cho particle cụ thể như sau:

Update()
{
foreach particle in fireParticle
_position += _velocity* deltaTime;
_size *= sizeChangeRate;
_alpha *= alphaChangeRate;
_velocity.x() -= deltaX;
_velocity.z() -= deltaZ; _lifeTime -=
deltaTime;
if(_lifeTime <= 0)
InitialParticle(particle)
}
Trong đó:
sizeChangeRate: Hàm chọn ngâễu nhiến giá trị trong một khoảng
alphaChangeRate: Giá trị nhỏ nhâết trong một khoảng

2.3. Áp dụng particle system vào thử nghiệm mơ phỏng cho thí
nghiệm “Dịng điện trong chất điện phân”
2.3.1. Kịch bản mơ phỏng
Kịch bản thí nghiệm mơ phỏng “Dịng điện trong chất điện phân” trong chương
trình sách giáo khoa Vật lí lớp 11 như sau:
Lâếy một bình đựng dung dịch NaCl và cẵếm vào đó hai điện cực dâễn điện để cho
dòng điện chạy qua châết điện phân như hình 2. Nơếi hai điện cực với một ngền
điện (ví dụ pin hoặc ẵếc quy) qua một miliampe kếế. Điện cực nôếi với cực dương
của nguôền điện gọi là anot, điện cực kia gọi là catot, một khóa K để đóng, mở
mạch điện sau đó quan sát hiện tượng xảy ra khi đóng, mở khóa K.


lOMoARcPSD|15547689


Hình 2: Sơ đồ thí nghiệm về dịng điện trong chất điện phân (Sách giáo khoa Vật lí
11)
Kếết quả thí nghiệm:
Khi khóa K mở, miliampe kếế chỉ sơế 0, khơng có dịng điện trong mạch.
Khi khóa K đóng, miliampe kếế chỉ một giá trị nhâết định, dòng đi ện đã
xuâết hiện trong mạch và đó chính là Dịng điện trong chất điện phân.
2.3.2. Lợi ích của việc dùng mơ phỏng cho thí nghiệm trên
Nếếu khơng áp dụng mơ phỏng bẵềng máy tnh thì khi th ực hiện thí
nghiệm vếề dịng điện trong châết điện phân ở sách giáo khoa Vật lí 11 giáo viến seễ
phải chuẩn bị râết nhiếều các thiếết bị cơềng kếềnh mới có thể tếến hành th ực hi ện thí
nghiệm cho học sinh quan sát. Đặc biệt, trong thí nghi ệm trến có s ử d ụng t ới
ngền điện nến trong q trình tếến hành thí nghiệm có thể x ảy ra nguy hi ểm đôếi
với các em học sinh.
Khi ứng dụng mô phỏng để giảng dạy, giáo viến không ch ỉ giúp cho
học sinh nẵếm chẵếc kiếến thức mà còn giúp cho học sinh hiểu biếết c ả con đ ường đã
dâễn đếến kiếến thức. Phương pháp này có tnh trực quan cao, tạo h ứng thú cho h ọc
sinh, giúp học sinh dếễ hình dung và nẵếm bẵết nhanh h ơn các vâến đếề mà lý thuyếết
đưa ra.
Thơng qua thí nghiệm mơ phỏng, giáo viến có th ể rèn luyện cho h ọc
sinh các thao tác tư duy: cách quan sát, khả nẵng mô t ả và diếễn đ ạt t ư duy, t ạo
điếều kiện cho các em hình thành nẵng lực phân tch, so sánh, tổng h ợp, khái quát
hóa và trừu tượng hóa.
Với thí nghiệm địi hỏi nhiếều thiếết bị, mâễu vật đẵết tếền và nh ững hóa
châết độc hại thì việc mơ phỏng thí nghiệm là một sự lựa chọn tơết.
2.3.3. Chương trình mơ phỏng


lOMoARcPSD|15547689

Do dung mơi khơng tham gia vào q trình hình thành dịng điện nến để đơn giản

hơn cho việc mơ phỏng thí nghiệm trến, tác giả dùng ion dương và ion âm để mô
tả dung dịch châết điện phân.
Điện tch là một đơếi tượng khơng định hình, tức là nó chưa được định nghĩa một
cách rõ ràng và phương pháp partcle là phù hợp để mô phỏng cho những đôếi
tượng đó.
Tính châết của điện tch râết phức tạp và chỉ được thể hiện khi chúng ở trong một
môi trường đặc biệt nào đó. Tuy nhiến, trong chương trình mơ phỏng đi ện tch,
mà cụ thể là mô phỏng sự chuyển động của các ion dương và âm trong thí nghiệm
Dịng điện trong chất điện phân, bài báo chỉ quan tâm đếến một sôế mặt thể hiện
của các ion khi chúng chuyển động, đó là chuyển động tịnh tếến theo phương
vng góc với các điện cực và hướng vếề phía các điện cực trái dâếu.
Vếề nguyến tẵếc, mô phỏng seễ bao gơềm hai cơng việc sau:
- Xây dựng mơ hình mơ phỏng;
- Điều khiển mơ hình bằng ngơn ngữ lập trình.
Để xây dựng hệ thơếng mơ phỏng thử nghiệm dịng điện trong chất điện phân, tác
giả dùng VRML (Virtual Reality Modeling Language) là ngơn ngữ mơ hình th ực tại
ảo để xây dựng mơ hình thí nghiệm, sau đó viếết chương trình Virtual C++ sử dụng
bộ mã ngền mở Open ScenceGraph để hiển thị và điếều khiển mơ hình 3D. Cụ
thể, mơ hình có một sơế chức nẵng chính: dùng nút trái chuột để điếều khiển đóng
và ngẵết ngền điện, nút phải chuột để xoay và dừng xoay mơ hình, cho phép
chúng ta quan sát sự chuyển động của các ion từ các góc nhìn khác nhau, phím
cách dùng để trở vếề trạng thái quan sát thẳng góc với mơ hình. Các bước thực
hiện như sau:
Bước 1: Tạo một partcle ion dương, một partcle ion âm.
Bước 2: Khởi tạo giá trị ban đâều cho các partcle đó, bao gơềm:
- Số lượng ion
- Vị trí ban đầu
- Hướng chuyển động - Tốc độ ban đầu.
Bước 3: Mô phỏng sự chuyển động của các partcle khi có dịng điện chạy qua
bình điện phân.



lOMoARcPSD|15547689

2.4. Kết quả và đánh giá
2.4.1. Kết quả sau khi mơ phỏng
Trong thí nghiệm cụ thể, tác giả khởi tạo sôế lượng ion môễi loại là 100. Sôế lượng và
tôếc độ của các ion có thể thay đổi theo ý muôến của người sử dụng sau môễi lâền thử
nghiệm. Chương trình dùng nút trái chuột để điếều khiển đóng và ngẵết nguôền điện,
nút phải chuột để xoay và dừng xoay mơ hình, cho phép chúng ta quan sát s ự
chuyển động của các ion từ các phía, phím cách dùng để trở vếề trạng thái quan sát
thẳng góc với mơ hình.

Hình 3: Chuyển động tự do của các ion
(Quá trình thực hiện mơ phỏng thí nghiệm trên máy tính)
Hình 3 cho thâếy khi chưa có điện trường (dịng điện chạy qua) các ion âm và ion
dương chuyển động hôễn loạn trong dung dịch châết điện phân.

Hình 4: Các ion đang chuyển động về phía điện cực trái dấu
(Q trình thực hiện mơ phỏng thí nghiệm trên máy tính)


lOMoARcPSD|15547689

Hình 4 cho thâếy khi có điện trường các ion âm chuyển động vếề cực dương và các
ion dương chuyển động vếề phía cực âm. Các ion âm và ion dương chuyển động
theo 2 hướng ngược nhau tạo nến dòng điện (dùng nút trái chuột để đóng ho ặc
ngẵết dịng điện).

Hình 5: Hình ảnh các ion bám vào các điện cực trái dấu

(Q trình thực hiện mơ phỏng thí nghiệm trên máy tính)
Hình 5 cho thâếy các ion âm và ion dương bám hếết vào các điện cực trái dâếu sau
một thời gian chuyển động khi có dịng điện chạy qua, kếết thúc một phiến làm
việc. Để sang một phiến làm việc mới, ta có thể khởi tạo lại các thông sôế ban đâều
khác.
2.4.2. Đánh giá ứng dụng mang lại Về khoa học:
Đưa ra cách tếếp cận mới cho việc đổi mới phương pháp giảng dạy trong trường
phổ thông, đặc biệt là hơễ trợ cho hoạt động thí nghiệm thơng qua mơ ph ỏng, khẵếc
phục các khó khẵn thực tếế gặp phải trong lĩnh vực này.

- Về ứng dụng:
Xây mô hình 3D mơ phỏng dịng điện trong châết điện phân.
Thiếết kếế và xây dựng thử nghiệm hệ thôếng ứng d ụng th ực t ại ảo đ ể
hôễ trợ đổi mới phương pháp giảng dạy trong trường ph ổ thông ph ục v ụ cho vi ệc
giảng dạy, hoạt động thí nghiệm thơng qua mơ phỏng.

- Ưu điểm nổi bật của ứng dụng:
Mơ phỏng thực tại ảo vếề dịng điện trong châết điện phân cung câếp
cho giáo viến và học sinh các thí nghiệm mơ phỏng vếề đơếi tượng học tập theo kiểu
trải nghiệm gián tếếp. Với khả nẵng điếều khiển đôềng thời tâết cả các thành phâền


lOMoARcPSD|15547689

như hình ảnh, âm thanh, video theo nẵng lực và sở thích của cá nhân, học sinh có
thể tự trải nghiệm vếề đơếi tượng. Điếều này khơng thể có được nếếu như chúng ta áp
dụng phương pháp giảng dạy thông thường tức là giáo viến seễ h ướng dâễn cho tâết
cả lớp theo cùng một trật tự cũng như cùng một tôếc độ nến chưa chẵếc đã phù
hợp với tâết cả các đơếi tượng vì sự tếếp thu bài của các đôếi tượng người học là khác
nhau. Trong các bài giảng, có sự kếết hợp của mơ phỏng 3 chiếều, của âm thanh n ổi,

bẵềng diếễn biếến tùy thuộc vào kyễ nẵng điếều khiển của học sinh. Điếều quan tr ọng
hơn, đó là từ những trải nghiệm này, học sinh hiểu được vếề các hi ện t ượng đi ện
và tnh châết điện muôn màu muôn vẻ của thếế giới t ự nhiến nh ư mây, m ưa, sâếm,
chớp...
Sức mạnh sư phạm của mơ phỏng thể hiện ở chơễ nó huy động tâết c ả
khả nẵng xử lí thơng tn của học sinh. Tâết cả các cơ quan cảm giác c ủa con ng ười
(tai, mẵết, tay...) cùng với bộ não hợp thành một hệ thơếng có kh ả nẵng vô cùng to
lớn để biếến những dữ liệu vô nghĩa thành thông tn. “Trẵm nghe không bẵềng m ột
thâếy ”, nhưng nếếu cái thâếy là thực thể vận động thì ý nghĩa cịn l ớn h ơn râết nhiếều.
Do đó, mơ phỏng có khả nẵng cung câếp một kiếến thức tổng h ợp và sâu sẵếc hơn so
với chỉ dùng các giáo trình in kèm theo những hình ảnh chụp thông th ường.
Mô phỏng 3D cho phép học sinh làm việc theo nhịp độ riếng và tự
điếều khiển cách học của bản thân, kích thích sự say mế học tập của học sinh.
Giáo viến cũng có thể tm thâếy ở mô phỏng những khả nẵng độc đáo
cho việc tổ chức giảng dạy, làm cho hoạt động học trở nến tch cực hơn.
Mô phỏng giúp giáo viến làm việc một cách sáng tạo, tm đ ược gi ải
pháp thay thếế những hoạt động học thiếếu hiệu quả.
Mô phỏng giúp giáo viến tếết kiệm thời gian so với thí nghi ệm th ực
tếế, nhờ đó có thể khám phá nhiếều chủ đếề, tẵng cường thời gian giao tếếp, th ảo
luận với học sinh nhiếều hơn.

3. Kết luận
Trong bài báo này, tác giả đã tập trung nghiến cứu kyễ thuật mô phỏng bẵềng
phương pháp partcle và ứng dụng vào bài tốn mơ phỏng: “Dòng điện trong chất
điện phân”. Các kếết quả mới chỉ xây dựng chương trình thử nghiệm mơ phỏng sự
chuyển động của các ion ở mức độ đơn giản, đó là sự chuyển động tự do của các
ion âm và ion dương trong châết điện phân ở điếều kiện bình thường (chưa có dịng
điện chạy qua) và chuyển động tịnh tếến theo đường thẳng của các ion vếề phía các
điện cực trái dâếu khi cho dòng điện chạy qua. Bài báo chưa xét đếến những yếếu tôế
va chạm hay kếết hợp của các ion, cũng như chưa xét đếến quá trình trao đổi điện



lOMoARcPSD|15547689

tch giữa ion và điện cực, kéo theo những phản ứng hóa học phụ như những gì
được mơ tả trong thí nghiệm. Yếếu tơế cường độ dịng điện cùng các yếếu tôế khác seễ
được đưa thếm vào để đạt được những kếết quả mơ phỏng tơết hơn, đúng với
những gì được diếễn ra trong các thí nghiệm thực tếế.
Lời cảm ơn: Nghiến cứu này được tài trợ từ nguôền kinh phí Khoa học cơng nghệ
của Trường ĐHSP Hà Nội 2 cho đếề tài mã sôế C.2019.10.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Đôễ Nẵng Tồn, Phạm Viếết Bình, Xử lý ảnh, NXB Đại học Thái Nguyến, 2007.
[2] Quang Huy, Tín Dũng, Đồ họa máy tính 3DS Max 6 vẽ phối cảnh 3 chiều, NXB
Thôếng kế, tr. 37-96, 2004.
[3] Nguyếễn Huy Sơn, “Virtual Reality Technologie - Công nghệ thực tại ảo”, 2006.
[4] Kanzaki Nguyen, “Tổng quan vếề mô
phỏng và thực tại ảo”, 2015. />[5] Võ Vẵn Hồng, Mơ phỏng trong Vật lí, TP. HCM: NXB Đại học Quôếc gia, 2016.
[6] Bộ Giáo dục và Đào tạo, Vật lí 11, NXB Giáo dục Việt Nam, 2010.
[7] Nguyếễn Vẵn Hn, Phạm Việt Bình, Đơễ Thị Bẵếc, Ngô Thị Lan Phương, Ph ạm Bá
Mâếy, “Kyễ thuật mô phỏng nước partcle-based và ứng dụng trong th ực tại ảo”,
Tạp chí Khoa học và Cơng nghệ, Sơế 1(45), Tập 2, 2008.
[8] William T. Reeves., “Partcle Systems - A Technique for Modeling a Class of
Fuzzy Objects”, Computer Graphics, 1983.
[9] Simon Claves, Philippe Beaudoin and Pierre Poulin, Particle-based
Viscoelastic Fluid Simulation, Eurographics/ACM SIGGRAPH Symposium on
Computer Animaton, 2005.
[10]Alpha
Channel
Tutorial:

/>[11]VRML Lecture, The Computer Science and Engineering Department,
University of Mauritus.


lOMoARcPSD|15547689

Câu 3: Anh/chị hãy xây dựng đêầ xuâất nghiên cứu vêầ 1 vâấn đêầ
nghiên cứu trong chuyên ngành học của anh/chị mà anh/chị
quan tâm (theo mâỗu).
Trả lời:

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN
THƠNG

CỘNG HỒ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT
NAM

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BCVT

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
Hà nội, ngày 02 tháng 06 năm 2021

ĐỀ CƯƠNG KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
1. Tên đề tài:
- Ứng dụng công nghệ thực tế ảo và mơ phỏng 3D vào xây dựng các cơng trình
kiến trúc cầu đường tại các khu vực có địa hình hiểm trở.
2. Mục tiêu nghiên cứu:
- Ứng dụng công nghệ thực tế ảo và mơ phịng 3D để tính tốn các số liệu, rủi
ro và lợi ích của các cơng trình kiến trúc như cầu, đường, nhà cửa,… tại các khu
vực hiểm trở và khó khăn trong việc đo đạc, dự trù kinh tế và sức người.


3. Đối tượng nghiên cứu
- Công nghệ thực tế ảo và mô phỏng 3D.
4. Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu nằm trong phạm vi xây dựng và phát triển đô thị.
5. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài


lOMoARcPSD|15547689

- Ứng dụng công nghệ thực tế ảo và mô phỏng 3D sẽ giúp hồn thành nhanh
việc tính tốn về diện tích cần xây dựng, các rủi ro khi xây dựng cơng trình ở
khu vực đồi núi cao, hiểm trở.
- Giảm thiểu chi phí trong giai đoạn khảo sát, đo đạc địa hình.
6. Tổng hợp các cơng trình nghiên cứu liên quan
- Industrial applications of virtual reality in architecture and construction
- Jennifer Whyte, Research Fellow,
Innovation Studies Centre, Business School, Imperial College London,
South Kensington Campus,
- />- />
7. Câu hỏi nghiên cứu
- Làm cách nào để mơ phỏng được địa hình được chọn một cách chính xác
nhất?
- Làm sao để trung hịa hai công nghệ thực tại ảo và mô phỏng 3D?

8. Giả thuyết nghiên cứu
- Việc kết hợp hai yếu tố thực tế ảo và mô phỏng 3D trong xât dựng kiến trúc là
có thể thực hiện được.

9. Dự kiến phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp nghiên cứu dự kiến là sử dụng VRML (Virtual Reality Modeling
Language)
10.Kế hoạch thực hiện đề tài


lOMoARcPSD|15547689

- Nghiên cứu cách sử dụng VRML.
- Nghiên cứu cách tạo ra mô phỏng 3D.
- Kết hợp giữa VRML và mô phỏng 3D.
- Ứng dụng vào thực tế và ghi chép lại các thông số.