基于位置动力学的服装布料模拟研究综述

服装布料模拟是计算机动画的重要组成部分,在服装设计制造方面也具有重大的应用价值。一般来说,基于位置动力学的方法不如基于物理的方法准确,但它们提供了视觉上的合理性,并且具有快速、稳定、可控的特点,非常适合在交互式环境中使用。基于位置动力学的服装布料模拟方法在服装领域变得很流行。采用文献查阅方法对布料网格模型、布料约束条件、布料基于位置动力学的模拟算法和研究现状和重要成果进行概述,综述了基于位置动力学的布料模拟在服装行业的主要应用,总结了基于位置动力学的布料模拟技术的发展趋势和挑战。

柔性材质管线交互式仿真的研究与实现

针对目前交互式引擎中柔性材质管线受到外界约束后横截面变形仿真不足的问题,提出了虚拟环境下柔性材质管线的交互式仿真框架。给出了一种适用于基于位置动力学模拟框架的基于约束的柔性材质管线物性建模方法,弥补了现有柔性管线仿真横截面不发生变形的缺点以及传统有限元方法计算速度慢、边界条件设置复杂的缺点,提高了柔性管线仿真的速度。在仿真引擎的基础上实现了柔性材质管线的交互式仿真系统,并进行了实验验证。结果表明上述系统能够有效模拟柔性管线横截面变形并且实现了交互式实时仿真。

拉伸、碰撞情景下布料撕裂的实时仿真模拟

针对布料撕裂模拟实时性差、需要规定撕裂轨迹的问题,本文提出一种加快并提高布料撕裂真实感模拟的方法.首先,使用基于位置动力学方法建立的布料模型,该模型使用约束方程直接操控布料质点的位置,在时间复杂度相同的情况下,布料撕裂模拟更加自然;其次,引入并优化Half-edge查找算法,抽取融合线与面的结构体,减少资源消耗,加快计算布料撕裂模拟的速度;最后,计算撕裂率,以几何方法预测布料受损部位最可能被撕裂的质点,并减小该质点的抗撕裂值,解决预先规定撕裂轨迹的问题,提升撕裂模拟效果的真实性.实验数据表明,本文方法在拉伸、碰撞过程中能够模拟逼真自然的撕裂效果.

基于复合模型的软组织变形模拟算法

为满足虚拟手术中软组织变形的精确性和实时性要求,提出一种基于复合模型的软组织变形模拟算法。该复合变形模型包括复合网格的建立,复合网格中粗糙体网格应用有限元模型,精细表面网格应用基于位置动力学模型,通过变形计算流程实现变形模拟。复合模型与传统的有限元模型和基于位置的动力学模型相比,变形的精确性和实时性取得了更好的平衡。通过变形实例,表明复合模型对于实例模型也具有很好的展示效果。

基于广义胡克定律的弹性绳索拉伸研究

随着计算机性能不断提升,虚拟现实技术不断发展,工程开发中对于虚拟模具的要求不断提高,高效利用计算机性能达到视觉上的物理真实感已经成为衡量虚拟现实技术的关键指标。基于弹性力学本构方程,运用物理学中广义胡克定律,引入双曲线颈缩模型,改进计算机图形学中基于位置的动力学模拟的软体绳索,综合考虑功耗和性能之间的平衡,研究软体类弹性绳索在拉伸时的多种形变情况,建立起泊松比和极限收缩半径可调的弹性绳索动态拉伸数学模型,在Unity平台进行动画效果仿真。实现了三类情况下视觉上可信的仿真,包括弹性绳索在弹性限度内,不同泊松比时,符合纵横物理变化规律的拉伸动画效果;弹性绳索超过弹性限度时,在缺陷处出现颈缩现象的拉伸动画效果;以及弹性绳索超过伸长极限时,发生断裂的拉伸动画效果。最终成功将其应用到实际的虚拟现实工程中,模拟了安全培训中施工工人佩戴安全绳发生意外坠落的虚拟现实场景,取得了较好的真实体验效果。

基于物理模型的海浪真实感模拟研究

为了提升航海模拟器视景系统的真实感,提出一种基于物理模型的流体粒子的旋涡限制力模型。采用基于位置的动力学框架构建流体粒子系统模型,通过涡度约束函数产生旋涡限制力,利用旋涡限制力实时更新流体粒子旋向加速度,进而更新流体粒子速度场。结果表明添加旋涡限制力的流体粒子模型可有效地模拟出复杂海面上海浪的翻卷与破碎,所求得速度场的粒子系统可一定程度上真实地模拟海浪表面,能有效地提高航海模拟器视景系统的真实感。

船舶系泊操纵仿真训练系统中缆绳可视化研究

针对在船舶系泊操纵训练系统的开发过程中,模拟柔性缆绳时存在的效率不高、逼真程度差等问题,提出了采用基于位置动力学(PBD)的方法来描述缆绳的运动情况.在PBD方法的距离约束和弯曲约束的基础上,提出使用长距离附着约束和引脚约束两种约束条件用于模拟缆绳的弯曲、拉伸等效果,改进了PBD方法中对缆绳的可视化模拟效果.长距离附着约束方法可以防止缆绳粒子的过度拉伸.引脚约束方法将两个粒子合并为一个粒子进行计算,以实现缆绳与琵琶头连接的模拟效果.采用考虑摩擦和黏性的连续碰撞检测约束方法,实现了缆绳与操纵仿真训练系统中其他物体的碰撞检测以及缆绳自身的碰撞检测.通过与牛顿法计算效率对比,改进的PBD方法效率更快,精度更高.