基于物理的實(shí)時(shí)彈塑體形變模擬研究與實(shí)現(xiàn).pdf

1、近幾年來,彈塑體形變模擬被大量應(yīng)用于電影特效、游戲的變形場(chǎng)景、醫(yī)學(xué)培訓(xùn)系統(tǒng),仿生物學(xué)的研究及一些三維環(huán)境的展示等方面。彈塑體形變模擬目前已成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中比較熱門的一個(gè)研究領(lǐng)域。而當(dāng)前現(xiàn)有的彈塑體形變模擬主要分為基于物理的和非物理的模擬兩種方式?；谖锢淼膹椝荏w形變模擬采用真實(shí)世界中的物理學(xué)定理可以完美重現(xiàn)虛擬物體在虛擬的空間中真實(shí)的運(yùn)動(dòng)過程及逼真的形變。這在游戲和醫(yī)學(xué)培訓(xùn)中給人帶來很震撼的逼真感,因此大大推動(dòng)了彈塑體形變模擬的應(yīng)用。

2、雖然其擁有廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域和發(fā)展空間,但是目前基于物理的彈塑體形變模擬依然存在諸多的問題需要解決。
　　 在基于物理模擬的基礎(chǔ)上,為了解決彈塑體形變模擬的實(shí)時(shí)性,本文采用傳統(tǒng)的質(zhì)點(diǎn)彈簧模型建模方式,在運(yùn)動(dòng)微分方程上使用顯示歐拉方程。其計(jì)算簡(jiǎn)單等特點(diǎn)很好的滿足其實(shí)時(shí)計(jì)算的要求,為了解決顯示歐拉法不穩(wěn)定的缺陷以及質(zhì)點(diǎn)彈簧模型所擁有的模擬物體沒有整體運(yùn)動(dòng)的遺憾,本文采用了基于剛度外核形狀匹配的算法對(duì)歐拉法計(jì)算出來的位置修正,既避免了系統(tǒng)

3、的不穩(wěn)定又使得彈塑體在模擬時(shí)擁有類似剛體的整體運(yùn)動(dòng)。由于引入剛度外核的形狀匹配思想,使得彈塑體形變模擬變得快速且穩(wěn)定。同時(shí)對(duì)基于質(zhì)點(diǎn)彈簧剛度外核形狀匹配算法的結(jié)果與性能進(jìn)行了分析及驗(yàn)證,該算法取得讓人比較滿意的模擬結(jié)果。
　　 本文的創(chuàng)新如下:
　　 (1)提出了一種質(zhì)點(diǎn)彈簧模型與剛度外核相結(jié)合的建模方式。結(jié)合顯示歐拉法和剛度外核匹配算法的優(yōu)點(diǎn),很好解決了彈塑體模擬的實(shí)時(shí)性問題。
　　 (2)提出一種基于表面網(wǎng)格