融合物理特性的3D圖形引擎技術(shù)研究.pdf

1、隨著中國數(shù)字娛樂產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，三維游戲引擎系統(tǒng)已開始成為眾多關(guān)注和較快發(fā)展的VR應(yīng)用技術(shù)之一，然而相對于美國、日本等國家而言，我國對三維游戲引擎技術(shù)的研究還比較滯后。目前，游戲引擎系統(tǒng)研發(fā)已被正式納入國家863計劃，而作為其核心的三維圖形引擎技術(shù)正是國內(nèi)外研究的熱點。 隨著研究不斷的深入，基于虛擬現(xiàn)實的三維圖形引擎將開始受到重視。于是，基于物理建模的動畫技術(shù)開始應(yīng)運而生，該技術(shù)將在圖形學(xué)中成為一種具有潛在優(yōu)勢的三維造型和運動模擬技

2、術(shù)。盡管該技術(shù)比傳統(tǒng)動畫技術(shù)的計算復(fù)雜度要高得多，但它能逼真地模擬各種自然的物理現(xiàn)象，這是基于幾何的傳統(tǒng)動畫生成技術(shù)所無法比擬的。因此，適應(yīng)三維圖形引擎性能的大規(guī)模、快速的物理運動仿真計算將受到人們的關(guān)注。圍繞融合物理特性的三維圖形引擎研究這一課題，本文的研究工作如下： （1）提出了基于k-DOPs動態(tài)調(diào)整的多物體碰撞檢測改進算法，實現(xiàn)準確探測物體模型邊緣，快速確定物體模型間的位置和相互作用，有效防止相互穿透。通過實驗表明，該算

3、法具有更高的準確性和較好的實時性。 （2）掌握了理論力學(xué)知識，深入理解了剛體的受力和物理運動規(guī)律，基于動量和動量矩定理建立了剛體碰撞反應(yīng)動力學(xué)模型，最后將理論力學(xué)與計算機科學(xué)相結(jié)合，提出了多剛體物理運動模擬仿真算法。 （3）提出了歐拉積分改進方法和積分控制算法，明顯地減少了計算中的累積誤差，為圖形繪制提供了更加準確的物理數(shù)據(jù)。 （4）通過研究國外主流的3D圖形引擎系統(tǒng)，以及常見的模型文件數(shù)據(jù)格式，設(shè)計了一個靈活的

4、、可插拔組件的引擎結(jié)構(gòu)，它允許應(yīng)用程序開發(fā)者根據(jù)實際情況（應(yīng)用程序的需要、設(shè)備平臺的性能等）加載模塊，大大增加了系統(tǒng)的靈活性和應(yīng)用范圍。開發(fā)實現(xiàn)了融合物理特性的三維圖形引擎系統(tǒng)，它作為一個開發(fā)平臺，上層應(yīng)用程序可以根據(jù)它提供的API來實現(xiàn)各種所需的功能而不需要更改應(yīng)用的任何代碼，使開發(fā)者無需在底層處理上耗費精力和時間。具體實驗測試表明，該系統(tǒng)具有較高的性能和較好的模擬效果。 最后，本文在總結(jié)全文的基礎(chǔ)上，提出了若干有待進一步深入