基于优化的大步长准静态线缆模拟

由于惯性和时间积分策略的原因,基于求解运动方程的动态线缆模拟往往需要较长时间进入稳定状态,因而它不适合于有着快速收敛要求的交互式虚拟装配等应用.针对此问题,提出了一个稳定快速的优化策略对线缆进行形变模拟,并着重研究了大步长、准静态模拟过程中的接触处理这一关键问题,以积极集法实现了大步长下的接触响应模拟.为提高接触响应的稳定性并避免可能的粘连问题,利用梯度信息进行接触预测,同时借助局部各向异性LM(Levenberg-Marquardt)信赖域法有效地避免抖动.在各种具有代表性的实验中,采用文中方法能在较少的迭代次数内收敛到稳定状态,收敛速度比动态模拟速度提高约一个数量级.

虚拟环境下运动线缆碰撞检测算法研究与实现

在运动线缆模拟中,碰撞检测及响应处理非常复杂,使得仿真的实时性和真实感难以满足要求。首先建立线缆的质点-弹簧-阻尼模型,然后提出分层精确碰撞检测算法来实现线缆与环境对象的碰撞和线缆自身不同部位的碰撞。第一层利用包围球层次结构快速剔除不会发生碰撞的虚拟对象,并大致确定需要进一步检测的范围;第二层采用精确碰撞检测算法检测线缆与环境对象以及线缆自身不同部位的碰撞。对于线缆自碰撞的精确检测,提出了一种基于轴线段最短距离的检测方法,从而无需直接检测基本几何单元的碰撞,进一步提高了效率。根据线缆的物理特性,进行了碰撞响应处理。在Visual C++与OpenGL平台上对所提算法进行了验证,结果表明,该算法具有较好的实时性与精确性,基本满足运动线缆模拟的需求。