机理与数据驱动的物理仿真计算范式及引擎架构

物理仿真作为现代工业软件的基石,其计算范式可分为机理驱动、数据驱动及混合驱动等模式。面对多样化物理仿真需求,构建一个既能灵活适应各类物理仿真计算范式,又能实现不同计算范式之间高效耦合的通用引擎架构,已成为软件设计与开发领域亟待解决的关键难题与挑战。针对该问题,提出面向多物理仿真计算范式的FNMS架构Data Field-Node-Module-Scene Graph,其核心在于四层结构的设计:数据域(Data field)、节点(Node)、模块(Module)与场景图(Scene graph)。具体而言,数据域层为仿真过程提供统一的数据管理与访问接口,解决物理仿真计算数据共享的便捷性与高效性;模块层封装各类物理仿真算法,实现算法的模块化与可重用,解决仿真计算、渲染与交互的异步协同问题;节点层通过数据与算法模块的解耦实现算法在不同物理仿真计算范式之间的复用,同时便于实现多物理场耦合过程的交换与共享;而场景图层通过将节点组织成有向无环图,支撑多种物理仿真计算范式的高效耦合计算。通过该四层结构的结合,FNMS架构不仅能提升物理仿真的计算效率与灵活性,更为跨学科、跨领域的物理仿真研究提供了强有力的技术支持。

物理引擎与图形渲染引擎绑定的研究与实现

近年来,物理引擎在计算机仿真模拟和游戏应用等领域扮演着越来越重要的角色。一款专业的图形渲染引擎与物理引擎相融合,能够更好地体现出虚拟现实场景的逼真性。在对国外专业的面向对象图形渲染引擎和牛顿物理引擎的基本内容和设计原理进行研究的基础上,分析了如何有效地将物理引擎与图形渲染引擎相互绑定,并给出了绑定系统的类库结构及实现方法。最后在实现的绑定平台下构建出了两个体现物体物理特性的虚拟场景。

基于Flash物理引擎的虚拟物理实验设计方法

以Flash 2D物理引擎为例,提出将物理引擎用于开发虚拟物理实验的方法,并以大学物理实验中的伽耳顿板实验为研究实例描述APE具体的应用与开发过程.

基于物理引擎的汽车起重机实时仿真

为提高仿真系统的运行效率和扩展性,提出了层次模型的汽车起重机模型组织方法。该模型按整车各部件之间的关系逐层分解,将独立的部件组织成树状结构。对独立模型方案和层次模型方案进行了比较,证明了层次模型可减少运算量,并具有良好的扩展性。分析了物理引擎的理论基础和求解过程,以及三维图形引擎的渲染流程,研究了物理引擎求解结果驱动三维图形实时渲染的实现方法,建立了某型全路面多轴汽车起重机的层次模型。汽车起重机的驾驶和吊装仿真实例结果表明了物理引擎求解的可行性以及层次模型的有效性和扩展性,从而为其他类型汽车起重机模型组织提供了可行的解决方案。

基于物理引擎的汽车碰撞事故仿真系统

道路交通事故发生的时间短暂、原因复杂,使得人们难以掌握交通事故发生过程的破坏形式以及减少事故损失的方法。为了形象地模拟道路交通碰撞事故过程,清晰地展现破坏形式和碰撞能量,基于Quest3D虚拟现实平台,运用PhysX物理高阶引擎技术,针对交通事故中常见的两车碰撞开发了汽车碰撞仿真系统。结果表明,通过碰撞方式控制、相关参数控制、制动控制等多功能仿真控制,实现了白天、晚上、雨天、雪天等全天候下弹塑性三维碰撞模拟;渲染汽车碰撞过程中车身的凹陷、撕裂等破坏效果的同时,实现了实时输出碰撞速度、速度、动能、坐标向量、制动距离、角速度、角动量等定量化数据,为汽车碰撞事故的分析与重现提供了有利的仿真工具。

基于Bullet物理引擎的虚拟泵车驾驶系统的研究与实现

针对大型工程机械车辆驾驶模拟的计算复杂度与时间开销较大的问题,将Bullet物理引擎应用于工程车辆的驾驶模拟是一种简单高效且能兼顾模拟的实时性与真实性的解决方案。以泵车为例,首先根据所使用的物理引擎将给定的泵车模型分解成独立的部件并赋予基本的物理属性,然后在这些独立的部件之间建立对应的力学约束,最终在给定的场景中对泵车的驾驶操作进行实验。试验结果表明,基于Bullet物理引擎的虚拟泵车驾驶系统能高度真实地展现泵车的整个操作驾驶过程。

基于PhysX物理引擎的刚体破碎特效仿真

鉴于刚体破碎特效仿真方法中存在的不足,提出了一种预破碎物理方法进行刚体破碎特效仿真。预先构建破碎模型,将几何模型剖分为若干碎块,物理环境下物理引擎将破碎模型创建为动态刚体。受力后碎块分离出来,以牛顿第二定律为理论基础,碎块进行相应的运动,实现了完整的刚体破碎特效仿真。实验结果表明,该方法既满足了效果的真实感又达到了实时性,仿真结果应用于钻井中地层岩石在钻头作用力下的破碎效果,提取了相应参数,完成了不同参数调控下的破碎效果展示。

物理引擎技术在履带式车辆仿真训练系统中的应用

为了解决现有煤矿机械设备仿真训练系统真实性不高的现状,以及难以使操作者产生沉浸感的问题。以EBH-120型综掘机为例,提出了一种基于物理引擎的履带式车辆运动模拟方法。该方法通过3ds Max建立综掘机与掘进巷道场景等的三维模型,Newton物理引擎进行刚体动力学设计,应用Quest3D虚拟现实软件开发了一套履带式车辆仿真训练系统。使用结果表明:该仿真训练系统能使操作者产生较强的沉浸感,有效改善了以往系统因真实性不足导致的培训效率不高的缺点,在煤矿培训领域有很强的应用前景。

基于物理引擎三维物理仿真实验的实现方法

鉴于传统物理实验教学的许多局限性。该文提出应用物理引擎技术与硬件图形绘制技术相结合的方法来实现三维物理仿真实验的开发新思路。并运用Nvidia新一代物理引擎Physx,结合图形渲染接口DirectX和面向对象界面框架的设计方法,设计了一个基于物理引擎的自由落体虚拟实验。并详细给出了此系统的主要实现函数以及实现方法。仿真实验结果表明,此方法不仅具有可行性和通用性,且大大提高了物理仿真实验的真实性、交互性、有效提升实验教学水平和教学质量。仿真结果以每帧的三维图像显示,可以真实的再现物体自由掉落以及碰撞的全部过程。

基于3D游戏引擎的物理探究学习平台设计

新课程理念倡导在学科教学中,培养学生自主探索,求解问题的能力和科研素质。探究式教学作为一种新的教学方式受到了教育工作者的普遍关注,本文选择物理实验为切入点,提出一个基于Torque游戏引擎和ODE(刚体动力学库)技术的物理实验探究教学平台,帮助学生积极地投入到探究的过程中去,更好地学习科学知识,提高自身能力。

基于Bullet物理引擎的机器人仿真实验平台设计

为适应新时代工业机器人实验教学的蓬勃发展,设计了一种基于Bullet物理引擎的机器人仿真实验平台。该平台使用Bullet作为仿真引擎,具备运动学解算、碰撞检测与轨迹可视化的功能,使用Lua脚本作为主逻辑控制语言,调用仿真引擎功能函数。使用基于数据流的节点图作为主实验交互平台,将计算模块和通信模块封装为功能节点,通过图形连接定义运算逻辑。应用实例表明,该平台功能完善,可扩展性强,兼具脚本语言的灵活性与图形化语言的便捷性,适用于机器人的多种实验场景。

基于浅水方程和物理引擎的大尺度水环境模拟

三维系统的真实感是虚拟地理环境和虚拟现实中的研究热点,水体也是其中的重要部分。水体的实时渲染技术众多,但往往缺乏交互性。针对大尺度水体,采用浅水方程实时计算水体的表面形态;同时引入物理引擎库,实时计算出与水接触的物体的浮力,通过物理引擎的更新和模拟,实现物体的沉浮效果。水体与物体间的交互性则体现在:一方面物体影响了水体表面的水位高程,改变了水体形态;另一方面,水体形态的改变影响物体与水体的接触面,改变了物体所受的浮力。本算法能广泛用于船舶运动模拟等应用中。

游戏音效在物理引擎中的运用

本文主要阐述在游戏的物理引擎中对音效的处理与应用,从动态音源的创建、混合声效的合成、对象材质的影响三个方面具体展开,最后通过对撞击和碰撞中音效的处理实例进一步阐明音效应用的过程。

基于Box2D物理引擎的刚体运动和碰撞模拟

介绍使用Box2D物理引擎在Flash环境中模拟刚体的运动和碰撞。着重讨论了物理世界的设计、刚体属性的赋予并在Flash中举例实现。

计算机游戏中物理引擎群聚效应的设计

通过对群类活动特点的分析,提出了适用于刚性物体的群聚算法,进行了物理引擎中的群类群聚效应的功能设计,并通过参数调节,使算法能适合各类不同特点群体的仿真。

基于Egret引擎P2物理系统技术研究

通常情况下,游戏中的对象会按照物理规律进行移动,能体现重力、反作用力、加速度等物理特性,实现自由落体、抛物线运动、以及物理碰撞现象的模拟,给玩家带来更多"真实"的游戏体验。本文将介绍Egret引擎中物理引擎模块—P2物理引擎,并将P2物理引擎的应用进行举例分析。

物理引擎的研究与开发

随着计算机性能的不断提升,对物理三维图像模拟的精度的需求也随之不断增长。在计算机游戏领域,强大的三维物理引擎开始被广泛的应用。而无论是采用虚拟现实模拟真实世界,还是利用图形引擎开发三维游戏,撇开了物理引擎就会失去场景的真实感或者游戏娱乐的细节拟真度。

PhysX物理引擎在航天员虚拟现实训练系统中的应用

为了在航天员虚拟现实训练系统中仿真太空失重状态下人体及物体运动特性,提出了一种基于PhysX物理引擎的仿真方法,利用PhysX物理引擎结合数据手套和位置跟踪仪等人机交互设备建立了基于碰撞体的可驱动虚拟人模型,并通过PhysX物体引擎实现了太空操作中人体与飞船及被操作物体之间的碰撞检测,完成了手部接触力计算及力反馈设备与PhysX接口。最后,对所建立的模型及方法进行了仿真验证。仿真结果表明,利用所建立的方法可有效仿真人体及物体运动,增强了虚拟现实训练系统的沉浸感和真实感。

基于PhysX物理引擎的布料仿真技术的研究与实现

运用布料仿真技术中的物理方法来实现对布料印制效果的三维展示。首先对布料建立弹簧—质点模型,分析弹簧—质点模型的受力状况,以牛顿第二定律作为理论基础,用PhysX物理引擎中的模拟函数模拟布料的运动,并解决了仿真中与刚体的碰撞问题与布料自身的碰撞问题。最后通过生成多个仿真效果和加入多种交互功能,构建了适用于印花图案设计产品的虚拟展厅。

虚拟现实中的物理引擎ODE与虚拟引擎OSG结合探讨

随着社会的进步和科技的发展,传统技术及其赖以生存的经营方式正渐渐地发生细微的变化,这在混沌学里被视为事情发生质变的一个不可忽视的因素。同样,开源物理引擎(open dynamics engine)与虚拟引擎(openscene graph)在这种变化中积极地上演着自身的角色,并不断拓展自己的"势力范围"。本文分别从两个引擎的角度进行了阐述,并将两者进行了有效地绑定,构建出能体现物理特性的虚拟环境。