基于质点-弹簧系统的短毛实时动态模拟

把质点-弹簧系统应用到基于shell层的短毛绘制方法中,提出了一种新的计算shell层偏移量的方法,以实现毛发动画并真实地模拟了毛发的自然弯曲效果。该方法设计了一种最简单的质点和弹簧的布局方式,即分别在最内和最外shell层的顶点上附着质点并以一根弹簧进行连接,并且只考虑质点-弹簧系统中的位移力。当外力作用于质点时,首先计算出最外shell层的偏移量,然后通过顶点绘制器由里到外分别计算各shell层的偏移量,以新的位置绘制各shell层,从而实现了短毛动画效果。由于利用了GPU的加速功能,达到了实时的要求。

一种基于质点-弹簧系统的植物形变模拟改进算法

在外力作用下植物的形变是自然场景建模中重要的研究内容,逼真地模拟植物形变在植物虚拟仿真过程中具有重要作用。提出一种基于质点-弹簧系统的植物形变模拟的改进算法,实现了小规模植株枝条及叶片的运动模拟。首先进行植株模型的骨骼提取和模型重建,然后基于骨骼节点构造质点-弹簧组,并根据植株的受力情况分析进行植株动态形变的模拟。选取番茄为研究对象,在Unity3D平台上进行了番茄植株形变模拟。该改进算法可以统一处理植株的多种器官结构的受力分析和形变,并且考虑到了植株的碰撞处理,模拟实验的结果证明了该算法的有效性,可以为植物形变模拟的研究提供技术参考。

基于弹簧-质点系统的薄膜结构曲面展开算法

将用三角形描述的空间膜片映射到初始二维膜片上,并使初始二维膜片与被展空间膜片在参数域与空间域具有相同的拓扑结构.描述空间膜片的三角形与描述平面膜片的三角形的边长存在差异,采用单元节点力代替此差异,节点质量由节点周围的膜单元面积确定,得到了描述系统运动的拉格朗日方程.在求解方程时,每个时间段迭代初始速度置为零,计算过程中节点匀速运动,从而有效地避免了振幅过大和发散问题,收敛速度明显加快.平面膜片的局部精度通过弹簧弹性变形系数予以控制,能够满足膜片边界要求.该曲面展开方法具有精度高、计算速度快和易收敛的特点.

简单连接弹簧-质点系统的逆模态问题

设(λ,x)为简单连接弹簧-质点系统的一个特征对。假定在原系统的末端附加质量m和/或刚度为k的弹簧,(μ,y)为修改系统的特征对。考虑由这两组特征对、附加质量m和/或附加弹簧的刚度k构造弹簧-质点系统的3类逆模态问题。本文将问题转化为Jacobi矩阵特征值反问题,给出由(λ,x) ,(μ,y) ,m和/或k构造具有正质量和正刚度的真实物理系统的充分必要条件。如果这些条件得到满足,则可惟一地构造简单连接弹簧-质点系统,并给出了构造真实物理系统的一个算法。

接地弹簧-质点系统的逆特征值问题

考虑接地的简单连接的弹簧—质点系统,设(λ,X)和(μ,Y)为只有部分质量(j个)接地的弹簧—质点系统的2个特征对,考虑由这2个特征对、前j个质量构造接地的弹簧—质点系统的特征值反问题。将问题转化为Ja-cobi矩阵特征值反问题,给出由已知条件构造具有正的质量和正的刚度物理系统的充分必要条件。如果这些条件得到满足,则可惟一地构造接地的弹簧—质点系统。

弹簧——质点系统的频率模态逆问题

本文讨论了由部分模态和相应频率构造一个有给定物理参数的两端固定(或一端固定一端自由)的弹簧——质点串联系统的问题,给出了问题解的存在性、唯一性和解的表达式.

计及弹簧质量的弹簧—质点振动系统固有模态的探讨

计及弹簧质量的弹簧振子的振动是一个较为复杂的问题。以往对其频率的研究较多,而对其固有模态的研究比较少。本文将从系统振动的解即模态表达式进行讨论,得到系统的固有模态是正交的,而且这种正交性从物理角度和数学角度均能得到合理的解释。

实时布料运动仿真技术

针对同时要求布料运动实时性、真实性和稳定性的应用,该文从简化布料运动仿真模型和改进积分方法着手,提供了实时布料运动仿真方法。使用该方法实现的布料仿真系统速度快、稳定性好,且易于实现。

基于隐式积分的树叶形变快速仿真

针对秋天树叶形变过程的仿真问题,在双层质点-弹簧模型的基础上,提出一种半过程半物理的树叶形变快速仿真算法.由于同时调节叶肉和叶脉弹簧系数会使得树叶形变不易控制,因此对叶脉和叶肉分开进行模拟:为叶脉设计一种目标形态,叶脉形变序列的中间形态可以通过对初态和终态的插值得到,叶肉会在叶脉形变引发的弹簧力的牵引下发生相应的形变,质点-弹簧系统会在阻尼的作用下趋于稳定,上述过程是一个不断循环迭代的过程;针对显式积分求解器求解时间过长和不稳定的缺点,采用大时间步长的隐式积分求解器以显著地提高系统的稳定性和求解效率.算法分析和实验结果表明,该算法可以稳定、快速、逼真地模拟秋天树叶老化过程中几何形态的变化过程.

可展开薄膜结构折叠方式和展开过程研究

薄膜材料广泛运用于太空可展开航天器,薄膜的折叠和展开分析是其中的关键技术。从树叶的仿生学出发,提出薄膜结构的几种折叠方式。建立弹簧-质点系统描述薄膜材料,模拟薄膜结构的展开过程。薄膜展开过程中薄膜不可避免地发生自身的接触碰撞,提出了自接触对的判别准则,采用罚函数法有效地解决薄膜自接触问题。分析了三种折叠方式的薄膜的展开过程,并进行比较,叶外折叠方式和Miura折叠法比较适合平面薄膜的折叠。

布料仿真技术在游戏中的设计和实现

近几年来,布料仿真技术广泛应用于游戏开发中,针对游戏在实时性和交互性方面的特殊需求,结合“网络游戏公共技术平台关键技术研究”项目,对布料的物理模型、模型求解以及碰撞检测和处理等方面进行了分析和设计,并在此基础上实现了几种布料动画的模拟。

充气薄膜结构的SMS展开分析方法

为有效分析充气薄膜结构的展开,提出基于能量原理分析充气薄膜结构展开的SMS方法,即弹簧-质点系统方法.对卷曲折叠充气直管采用SMS方法进行数值模拟,并与实验结果进行对比分析,发现其结果吻合良好,验证了这种方法的正确性.运用SMS方法分析不同充气速率对卷曲折叠充气管展开过程的影响以及充气圆环管和充气膜面的展开过程及动力性能.与传统的有限元方法比较,SMS方法建模简单,思路清晰,数值稳定性好.

基于三维人体扫描模型的衬衣版型生成方法

针对衬衣定制自动生成版型与体型匹配误差不可控问题,提出一种基于三维人体扫描模型的衬衣版型生成方法。首先,扫描目标人体获得个性化的三维人体模型,通过对模型截面曲线的几何特征分析,在三维人体模型上提取个性化体型特征点;使用服装制版标准人台,构建一个衬衣的标准三维基础模型;然后,使用保刚性变形算法,以个性化体型特征点为约束,实现该衬衣标准三维基础模型的变形;最后,使用基于质点-弹簧系统的三维模型展平算法,根据变形后的衬衣三维模型各个版片生成对应的二维版片,添加经实验验证的版片边缘线缩放量,生成适应目标体型的个性化衬衣版型。实验结果表明,该方法能够生成合体的衬衣版型,基于数字化模型和自动化处理算法,实现衬衣版型的自动化生成,保证个性化制版的精度,并提高制版效率,为服装智能生产制造提供技术解决方案。

一种新型布料仿真算法的研究

随着计算机技术的发展,布料仿真技术在许多领域中得到了广泛的运用,然而由于仿真过程中大量的数值计算导致其算法效率的低下。针对该问题,文中提出一种基于质点-弹簧系统的简化布料仿真模型与简化隐式积分方法对布料进行仿真。该模型与积分方法简化了计算的受力方向,并利用质点上一个时间步长的状态估算当前状态,简化了隐式积分方法。该模型与方法能够有效降低布料仿真算法的复杂度,减少计算量。实验结果表明,提出的简化模型与数值积分方法能够有效进行布料的仿真,提高布料仿真的效率,且能够满足实时性的要求。

张力膜结构裁剪设计方法

讨论了膜结构裁剪分析中的关键技术,包括裁剪线的生成和裁剪膜片的展开.从测地线的性质出发,提出了一种新的裁剪线生成算法.基于弹簧-质点系统,在系统中考虑了膜材材料特性因素,弹簧弹性系数随展开状态变化,不但可以模拟薄膜的刚体位移和转动,而且包括了展开过程中薄膜的弹性变形.模拟方法避免了大型矩阵的运算,降低了计算成本.算例结果表明,本文提出的裁剪方法是可行的,且具有很高的展开精度.

带阴影布料的实时模拟

介绍了如何使用弹簧-质点系统对布料进行模拟,虽然该方法速度较快,但是会出现数值计算不稳定的现象。该文提出了隐欧拉方法,结合shadow volume算法,解决了柔软物体的实时阴影生成问题。该方法运行速度较快,生成的阴影边缘齐整,视觉效果较好。