一种用于软组织变形仿真的动态质点弹簧模型

针对可以用面模型近似表示的软组织,提出一种简单可靠的软组织变形仿真的质点弹簧建模方法。虚拟体弹簧动态地产生一种约束力表现软体的体特征,准静态方法求解模型使仿真效果更好;用修改的蝶形细分方法把比较粗糙的表面网格模型先细分成若干细节层次,仿真时依质点所受力的大小动态细分,以提高模型仿真的精确度。实验表明:所提出的方法确实增强了软组织变形仿真的体积感;局部动态细分模型与粗网格模型的计算量相差甚少,但其计算精度却提高多倍。

耦合无网格迦辽金与质点弹簧实现软组织形变仿真

软组织形变仿真是虚拟手术系统的关键技术.针对目前软组织形变仿真方法存在的问题,基于黏弹性力学模型提出了无网格伽辽金(EFG)与质点弹簧(MS)耦合的软组织形变仿真方法.在手术区域即大变形和拓扑改变区域采用EFG,其他区域采用MS方法,2个区域之间建立过渡单元;在过渡单元内建立过渡节点,根据过渡节点必须满足位移和力平衡条件来实现2个区域的无缝耦合.对人体肝脏的形变仿真实验结果表明,该方法是有效的.

质点弹簧模型在牙龈软组织形变仿真上的改进与应用

牙龈软组织的形变仿真和建模是虚拟牙齿矫正系统的重要部分.针对外力过大时传统质点弹簧模型引起的牙龈脱落牙齿的"超弹性"问题,在传统"面模型"的基础上,通过对比形变效果和形变速度来设置形变弹簧最优阈值.当形变弹簧缩短或伸长超过阈值时,将弹簧长度恢复为原始长度以作为下一次单步形变的初始长度,从而使面模型具有一种"体"的特征.在形变结束后采用"光滑度之和"来度量牙龈表面的光滑度,该方法从数值上对光滑度进行合理定义.在VTK环境下实现改进模型及相关模型,在真实扫描的牙颌三维模型数据上进行牙龈软组织形变仿真对比实验.结果表明,改进模型形变速度提高28%以上且光滑度之和明显降低,说明改进模型在保证较快形变速度的前提下较好地解决了超弹性问题.

基于简化的质点弹簧模型的布料模拟

首先运用质点弹簧系统建立布料的面模型,针对布料模拟中经典的质点弹簧模型效率不高的问题,提出了简化的质点弹簧模型,通过减少弹簧的数量来简化模型提高效率;为提高数值求解的计算效率,用显式欧拉法对模型进行数值求解;针对模拟过程中存在过度拉伸的问题,通过构造约束变形进行了合理解决,选用层次包围盒法对布料进行碰撞检测;最后在确保模拟的稳定性的基础上,高效、逼真的模拟出了布料。

基于质点弹簧模型的无线传感器网络非测距定位算法

在无线传感器网络定位中,非测距定位因功耗低、成本低而备受关注,但其较低的定位精度限制了其应用范围。提出了一种精度较高的基于质点弹簧模型的非测距定位算法L-MSM(Localization based on Mass Spring Model)。该算法首先使用复杂度低、通信开销小的质心算法进行粗定位,然后利用改进的质点弹簧模型进行优化,使质心算法定位后成簇聚集的节点分散开来并趋近实际位置,从而实现精确定位。仿真结果表明,在通信半径较小时,L-MSM算法的定位精度相对于质心算法有显著的提高。

简化质点弹簧模型在牙龈变形仿真中的应用

在分析常用建模方法的基础上，采用简化质点弹簧系统的物理建模技术，研究了简化质点弹簧系统的动力学方程及方程组的求解、根据STL文件牙齿模型的特点给出了简化质点弹簧系统的数据结构，并通过渗透深度来控制计算量和准确度．实验表明，该变形模型能实时计算描述动态变形过程。

质点弹簧水面与Metaball结合的雨场景渲染算法

为解决雨场景细节展现不真实和不完善问题,提出一种Metaball技术与质点弹簧水面结合的算法模拟雨滴撞击水面的效果。首先,以粒子系统结合基于图像的绘制方法建立雨滴模型,以质点弹簧建立任意形状的水面模型;其次,采用质点弹簧水面结合Metaball技术模拟雨滴撞击水面起泡的过程;再次,采用粒子系统和逐渐淡化融合的方法表现了水花的产生和消失;最后,使用Cg语言实现了水面和泡泡的反射和折射效果,完成场景渲染。实验结果表明,所提出的方法能够快速且比较真实表现雨滴撞击水面的效果。

质点弹簧系统稳定性的量化分析

近年来发展起来的互补群群际能量壁垒准则 (CCEBC) ,是普适于非自治非线性运动系统稳定性分析的量化方法 ,已经在国内外电力系统的工程中得到了广泛应用 .本文应用CCEBC对质点弹簧系统在大扰动下动态行为的稳定性进行了定性和定量分析 ,给出在不同的扰动清除时间下的轨迹稳定裕度和参数的稳定极限 ,分析了系统失稳模式随参数 (例如扰动清除时间 )而变的机理 .研究结果证明CCEBC稳定性量化理论不但适用于电力系统 ,也适用于任何多刚体运动系统 .

民族特需品数字化展示中的水面模拟方法——基于质点弹簧模型

提出了一种基于质点弹簧模型的快速可交互的实时水面模拟方法。使用虚拟弹簧按照四边形连接规则将组成水面几何结构的点连接起来;为模拟质点间相对运动引起的阻力,引入内摩擦系数和速度衰减系数,水面的受力运动模型中质点的运动规律遵循质点弹簧运动规律;水面渲染时,借助Cg着色语言实现水面的反射和折射;通过简化物理碰撞规则,实现了对雨滴与水面交互的加速处理。实验表明,交互时帧率达到60fps,且真实感强,可以明显提高民族特需品的数字化展示效果。

一种基于质点弹簧模型的牙龈软组织形变仿真算法

在虚拟手术系统中,软组织形变仿真的好坏会直接影响其仿真的真实感。本文以口腔手术涉及的牙龈软组织为对象,应用质点弹簧模型建立其物理模型,提出一种适用于虚拟手术中牙龈形变仿真的中点平均算法。融合了中点法和平均法的优点,采用中点法对速度进行迭代求解,采用平均法对位移进行求解,能够有效减小误差及受步长的影响。通过与多种欧拉算法对比,进一步验证了中点平均算法求解精度更高、受步长的影响更小的优点。

基于双弯曲质点弹簧系统的Waterbomb铺嵌快速模拟

通过对Waterbomb铺嵌模型的结构分析,提出双弯曲质点弹簧系统并对其进行模拟。根据与棱相邻的三角形面片是否对称,将Waterbomb铺嵌模型的非边界棱(边)归为两类,建立两类弯曲弹簧,设置不同的弯曲弹性系数,该质点弹簧系统被称为双弯曲质点弹簧系统。然后运用隐式欧拉法和块坐标下降法求解最小化问题,得到下一时刻物体运动变形的速度和位置,实现对Waterbomb铺嵌模型快速、稳定和准确的模拟。实验证明,在误差允许范围内,该算法速度快于牛顿法。相比单弯曲(基本)系统,双弯曲质点弹簧系统提升了模拟稳定性、真实性,并减小了误差。

基于改进质点弹簧模型下的布料实时仿真

布料模拟一直是计算机动画的研究热点,且对于虚拟现实技术有着重要意义。在以往的研究中,人们提出了许多模拟织物运动的方法,方法的一个主要缺点是复杂度高、计算效率低,无法满足交互设计和实时动画的要求。在经典质点弹簧模型的表示基础上结合Choi的布料模型,通过简化弹簧弯曲抗力的计算方法,合并了弹簧的结构力和剪切力,从而达到了简化了布料物理模型的目的,提高了模拟的速度。实验证明,采用经改进的质点弹簧模型可以得到实时稳定的布料仿真效果。

唇裂畸形计算机质点弹簧模型建立的研究

目的:探讨利用螺旋CT建立唇裂畸形计算机仿真模型的方法,建立一适用于唇裂手术模拟及术后面型预测的唇裂畸形计算机仿真模型。方法:利用薄层螺旋CT获取原始数据,利用面向对象的开源软件环境VTK(Visualization Toolkit)技术建立可视化模型,利用Visual C++编写质点弹簧模型程序并使之与VTK显示结合。结果:用质点弹簧模型及VTK技术成功建立出一个具有软组织生物力学特性的唇裂畸形模型,并且较大程度简化了运算过程,提高运算速度。结论:该模型有较好的力学和几何相似性,为唇裂手术模拟提供了一个研究平台。

基于边折叠和质点弹簧模型的网格简化优化算法

通过边折叠实现网格曲面简化,提出了保持曲面特征的边折叠基本规则,引入边折叠顺序控制因子λ,给出了折叠点坐标获取方法,简化过程中网格边长度趋于均匀.在曲面简化基础上,利用质点弹簧模型优化网格形状.将网格顶点邻域参数化到二维域上,在质点弹簧模型中引入约束弹簧,约束调整网格顶点,并逆映射到三维原始曲面上,局部优化网格顶点的相邻网格;调整曲面上所有网格顶点,在全局上优化网格形状.在曲面简化优化过程中,建立原始模型曲面和简化优化后曲面之间的双向映射关系;曲面的网格顶点始终在原始模型表面上滑动,并以双向Hausdorff距离衡量、控制曲面间的形状误差.应用实例表明:文中算法稳定、高效,适合于任意复杂的二维流形网格.

基于质点弹簧模型的织物形象化仿真技术与展望

基于质点弹簧模型的织物变形仿真技术是当前织物仿真模拟的研究热点,为此,简要综述了织物变形仿真技术的几种典型模型,着重阐述了由Provot提出的基于质点弹簧模型的织物变形仿真方法。其次,从优化模型参数、提高模拟系统的稳定性以及减缓超弹性现象3个方面介绍了基于质点弹簧模型的优化手段,并分析比较各优化模型的优缺点,提出计算机视觉技术与算法应同织物的物理模型相结合的仿真思路。最后,对质点弹簧模型的未来研究方向进行展望,认为质点-弹簧模型应在建立仿真效果评价,提高模型整体性能与应用领域等方面深入研究,从而更加有效地帮助生产者或设计者合理地选择和使用织物。

基于质点弹簧模型的牙齿移动仿真

目的:研究口腔数字化正畸矫治中的牙齿虚拟移动仿真技术,为制作透明隐形矫治器过程中一系列母模的数字化建模设计作准备。方法:首先,利用三维非接触测量设备采集全口牙石膏模型1∶1的三维点云数据,并构建数字化全口牙数字模型;然后采用质点弹簧模型模拟牙齿的虚拟移动;最后采用VC++6.0和Hoops图形库开发虚拟仿真程序软件。结果:牙齿移动、旋转的仿真方法基本可以满足数字化正畸牙齿虚拟移动的要求。结论:使用光学测量设备采集标准牙模石膏数据并重构出模型曲面,采用质点弹簧模型对牙齿移动进行仿真的方法是可行的、有效的,为研发国产正畸透明隐形矫治器的制作积累了经验。

基于质点弹簧模型的三维纸张翻页效果仿真改进方法

纸张翻页是读者看书时经常发生的动作。尽管计算机仿真界已经研究该动作的仿真多年,也提出了很多相关的方法。但是这些方法大多数集中在移动用户端的二维纸张翻页效果仿真。另一方面,现有的软体动力学的仿真方法很难制作出既符合物理规律又快速的仿真效果。本文对传统的质点弹簧模型的仿真框架提出了同步、插值、关键帧三项改进。改进后仿真方法,可以自然的表现出的仿真效果,即符合纸张物理特性,又符合人对纸张翻页的观察经验,还能够满足快速仿真的要求。

虚拟手术中质点弹簧模型研究

虚拟手术系统是虚拟现实技术和现代医学结合的产物,通过建立集触觉、听觉、嗅觉和视觉等多感知的虚拟手术环境,目前虚拟手术系统研究中存在仿真精度的问题,为了使虚拟手术仿真更逼真,对系统中形变模型的研究与改进成为技术的关键。文章选取之前发表过的论文进行综合分析,对比了虚拟医疗领域中各个学者对质点弹簧的研究成果,质点弹簧模型的进一步改进,对虚拟手术系统的仿真精度起到重要的作用。

基于质点弹簧的布料仿真平台

随着Internet的快速发展,3D布料仿真与显示技术在互联网上的应用取得了巨大的进步。根据3D布料的特点,构建质点弹簧模型,建立数值方程,设计和实现一个布料模拟实验可视化平台。在这个平台上,用户可以使用平台搭建好的布料模拟算法进行各种形态下的布料仿真;实验结果显示该平台是一个简单易用、功能强大的布料模拟算法的开发、实验平台。

基于质点弹簧模型的实时布料模拟

随着计算机图形学和图形学硬件技术的发展,虚拟仿真中的布料模拟逐渐成为研究热点。随着虚拟仿真技术在电子游戏中的应用逐渐增多,用户对虚拟现实中布料模拟技术的要求也逐渐增加,在追求布料真实感的同时还强调实时性。在对布料进行模拟时,首先根据布料的物理特性构建弹簧质点模型,然后使用时间积分对模型质点弹簧进行计算。为了提高求解效率,采用预计算处理数据,求解隐式积分对模型进行求解,以模拟出布料真实感且达到实时效果。