基于物理的实时人体动画

为了快速而生动地实现人体动画,提出了一种骨架驱动的人体动画的新模型.该模型的结构分线骨骼、三维中间层和控制网格体三层.用截面变形法实现规则三维中间层在线骨骼驱动下的变形;在生物力学的基础上,使用扩展的自由变形技术对不规则三维中间层进行变形.用线性有限元方法,得到了大型稀疏线性方程组,利用预处理共轭梯度法求解了方程组的解,实现了三维中间层对控制网格体的驱动.在控制网格体中嵌入人体皮肤,利用线性插值法,计算得到皮肤变形.实验结果表明,该模型能达得实时性,并能方便地实现肢体的弯曲和扭转.

基于物理及数据驱动的流体动画研究

主要针对近年来流行的基于物理及数据驱动的各种流体动画模拟算法及其应用给出了一个全面的前沿性综述.首先,对传统的基于物理的流体模拟加速方法进行了综述和总结,同时给出了此类方法中各种算法的优劣性分析;其次,对现有的基于数据驱动的多种算法进行了综述和分析.特别地,将现有的数据驱动方法归结为3类,即数据插值法、数据预计算方法和基于深度学习的方法.并且,进一步讨论了基于数据驱动的流体动画模拟算法的几个关键问题以及其研究趋势与方向.

基于物理的可变形体建模综述

介绍了具有代表性的基于物理的建模方法,包括欧拉网格法、质点弹簧系统、有限元法、边界元法、平滑粒子流体动力学、无网格法以及细胞自动机等。讨论了相关连续现象的模拟,如流体、气体、火焰、熔岩流和熔化物等。总结了可变形体模拟的相关应用领域,包括弹塑性材质变形与断裂、布料与薄壳模拟、沙堆与泥浆动画、交互式娱乐等,展望了未来的发展方向。

布料动画中风场的实现

首先介绍了布料动画中建立离散型布料物理模型的原理和方法,然后提出了一种简单的风场物理模型并深入探讨了将其应用于已有离散型布料模型中的方法,最后利用OpenGL三维图形编程接口在Windows平台上实现了整个布料动画的模拟。实验结果表明,文章提出的风场模型能够与普通布料物理模型相配合,并真实地模拟出布料的各种空气动力学效果。

快速真实地生成树的自然摇曳

快速真实地模拟树在风中的摇曳一直是图形学中的一个挑战性问题.已有的方法,或者计算速度太慢,或者所处理的模型局限在几千个面片之内,难以用较强的真实感进行动画模拟.针对复杂树在风中的自然摇曳,该文提出一种新的方法.一方面,它基于统计数据采用高斯分布来近似逼近实际风力,既可以基于物理性态很好地反映风力的影响,又可以方便树的变形计算;另一方面,根据树的层次结构特点,新方法对树的各个部分分别进行独立的变形计算,然后再根据它们的连接关系进行组合,完整地获得树的变形.新方法对于小振幅的非末梢枝条,是利用静力分析来计算它们的变形,而对于振幅大的末梢枝条则采用Newmark逐步积分法求解其振动方程,这样就可以以较少的计算开销获得变形真实感很强的结果.在对树的各种姿态进行成像时,新方法运用了基于硬件的shadowmapping技术和LOD(LevelOfDetails)技术,以快速生成高度真实感的树.实验表明,对于有近4万个控制节点、近90万个拟合外观模型的三角形的柳树模型,新方法可以对其自然摇曳进行每秒0.6帧的高度真实感的模拟.

剪切变稀型SPH非牛顿流体的预测-校正方法

对非牛顿流体的模拟一直是基于物理的流体模拟技术的研究难点.为解决SPH流体模拟中非牛顿流体粒子凝聚成团导致断层现象,提出一种针对剪切变稀型非牛顿流体的预测-校正方法.首先使用Cross模型对流体进行统一建模;然后计算每个流体粒子受到的除了压强力以外的其他力,以此获得中间速度;最后通过求解每个流体粒子的压强系数满足流体的不可压缩性,实现密度校正.为了提高计算速度,该方法使用全局动态时间步长.实验结果表明,文中方法实现了牛顿流体和剪切变稀型非牛顿流体的统一建模,解决了断层问题;相比于无校正方法,其能够在更大的时间步长下稳定运行.

基于物理的流体动画综述

文中针对基于物理的流体动画技术给出了一个全面的前沿性综述.作为模拟真实流体效果的最常见方法,基于物理的流体动画近几年来产生了大量新的研究成果.文中将现有方法分成3类:Lagrange法、Eular法和晶格Boltzman方法,对它们进行对比讨论:介绍了7种不同类型流体现象的模拟技术,并重点评述表面跟踪与表示、流体控制、混合方法、模型降级和GPGPU等研究热点.

面向非牛顿流体仿真的边界处理方法

针对现有的光滑粒子流体动力学(SPH)非牛顿流体仿真方法的边界条件不合理问题,提出一种适用于非牛顿流体仿真的边界处理方法.首先使用Cross模型实现牛顿流体和非牛顿流体的统一建模;然后通过对固体边界粒子进行加权计算,为边界处的流体粒子设定边界力的法向量;最后采用Coulomb摩擦力边界条件对边界处流体粒子的速度进行迭代更新,并将其融合到预测-校正算法框架中.实验结果表明,文中方法能够根据用户的需要调节流固边界处的摩擦系数;与自由滑移边界下的仿真相比,该方法下非牛顿流体黏度随速度的降低而增大,并表现出固体形态的物理特性.