基于物理的實時彈塑體形變模擬研究與實現(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算機圖形學(xué)中比較熱門的一個研究領(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的運動過程及逼真的形變。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時性,本文采用傳統(tǒng)的質(zhì)點彈簧模型建模方式,在運動微分方程上使用顯示歐拉方程。其計算簡單等特點很好的滿足其實時計算的要求,為了解決顯示歐拉法不穩(wěn)定的缺陷以及質(zhì)點彈簧模型所擁有的模擬物體沒有整體運動的遺憾,本文采用了基于剛度外核形狀匹配的算法對歐拉法計算出來的位置修正,既避免了系統(tǒng)

3、的不穩(wěn)定又使得彈塑體在模擬時擁有類似剛體的整體運動。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。同時對基于質(zhì)點彈簧剛度外核形狀匹配算法的結(jié)果與性能進行了分析及驗證,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,很好解決了彈塑體模擬的實時性問題。
　　 (2)提出一種基于表面網(wǎng)格