基于模态分析法的变形动画技术

运动物体碰撞变形动画在电脑动画领域中有着重要作用。模拟物体的碰撞变形方法主要有基于几何模型法和基于物理模型法。随着多媒体和电脑动画技术的发展,对于物体变形动画模拟的真实性要求越来越高,采用物理模型法能得到更加逼真的模拟效果。针对运动物体的碰撞变形动画,采用模态分析法将复杂的非线性系统转换为能单独求解的线型方程组,从而提高了变形动画模拟的求解速度。结果表明,所述方法能获得变形动画模拟的实时性和视觉效果的逼真性。     

多精度混合弹性变形及其交互模拟

固体的弹性变形模拟作为计算机物理动画领域的重要内容,如何在保证模拟真实感的同时尽可能地提高计算效率以满足交互应用,一直是其研究难点.为此,提出一种多精度混合弹性变形模型来高效地模拟固体的弹性变形及其交互.该模型通过对物体计算空间进行物理和几何区域的用户自定义比例划分,并混合处理交界面处计算结点,实现2种变形区域的稳定耦合;利用虚拟顶点算法对物理变形区域进行稳定和光滑的虚拟切割模拟;提出自适应边界粒子采样的固流耦合算法模拟固流交互.实验结果表明,文中模型通过调整2种区域计算结点的比例,控制和调整弹性变形模拟的效率和精度,可以满足虚实交互和固流交互模拟中稳定和高效的性能需求.     

物体变形的广义形态变换方法

将广义形态变换理论用于非刚体运动的描述和内插，通过对非刚体的凸剖分把非刚体的运动分解为非刚体的变形与子凸集的旋转，提出物体近似骨架的概念；通过近似骨架实现子凸集匹配，实现了任意非同拓扑结构(包括有孔及凹多面体)物体的变形．广义形态变换具有基于体元的变形方法和基于边界形状的变形方法的优点，同时克服了它们的缺点．实验表明，该方法变形物体边界光滑、定位精度高、计算速度快，可应用于CAD、虚拟现实和生物医学工程。     

喷雾的模拟

本文讨论了一种用粒子系统模拟喷雾效果的方法．该方法应用于实际电脑动画广告中，制作了喷撒农药的片段．喷雾体是一个粒子系统，每个粒子是一个具有较高透明度的正方形微片．喷雾体随喷口在空间运动．微片的大小、透明度和运动学参数的规定决定了喷雾体的形状和视觉效果．喷雾体所占有的象素的值是和该象素上的视线相交的所有微片的亮度决定的．本文提出的模拟模糊物体的方法，可推广到对其他模糊物体，如烟、水、云等的模拟．     

柔性物体动态变形的实时仿真

在计算机动画和虚拟现实技术中,基于物理的建模方法是高真实感地模拟物体受力变形和运动的有效途径,用简化的质点-弹簧模型具有物理真实感地动态的模拟柔软物体变形过程.质点的运动满足拉格朗日运动方程,采用了微分方程组来表示质点的运动规律,同时还将一个简单的柔软物体碰撞处理方法应用在质点-弹簧模型中,实验结果表明该方法是简单有效的.     

三维服装物理-几何实时混合模拟

为了获得服装模拟的实时性和真实感效果,提出一种融合几何变形方法和物理变形方法的服装模拟混合计算模型.通过分析服装-人体动态间隙量和服装局部细节复杂度,构造服装区域划分因子;根据区域划分因子将三维服装模型划分为紧身层、浮贴层和宽松层,其中紧身层和浮贴层的变形计算分别采用蒙皮模型和近刚性模型来保证服装模拟的实时计算效率,宽松层采用具备较好服装动态模拟效果的物理模型;最后对不同的计算模型分别实施相应的碰撞处理方法.实验结果表明,文中方法能够获得较为真实高效的三维服装实时模拟结果.     

基于物理模型的烟雾模拟

在分析研究流体物理特性算法基础上,提出一种新的烟雾模拟实现方法。该方法基于物理模型的求解简化方程模拟烟雾的动态变化过程。模型中采用了非粘性欧拉方程,通常它比其他用粘性Navier-Stoke方程建模的更适合用来对气体进行建模并且减少计算量。实验验证该模型还可以正确处理烟雾与移动的物体之间的相互作用。     

一种面片约束的变形技术

如何方便地设计和编辑修改实体或曲面模型，一直是CAGD和CG中的一个重要问题．提出一种基于面片(patches)约束的变形技术．用一个参考面片定义要变形的物体的某些局部特征，另一个面片用来定义参考面片将会变形到的位置．通过对变形物体上的各点分别进行比例、旋转和平移操作，得到变形结果．扩展因子的应用可增强变形的可控性。     

基于四面体坐标系的三维变形方法及应用

为了直观、精确地控制模型的形变,提出一种基于自定义四面体坐标系的三维变形计算方法.首先从几何上给出四面体坐标系的定义,阐述并证明了其关于几何变换的一些性质,使得拓扑变形易于实现,并可应用在三维变形技术中;然后描述了基于四面体坐标系的2种三维变形算法:嵌入式变形与基于特征的精确变形算法.通过多个变形实例结果证明,该方法能够有效地实现物体的变形以及物体间的渐变.     

基于广义元球的一般约束变形

在计算机动画和形状设计中，变形是一个非常重要的工具.基于广义元球所具有的特殊势函数分布，提出了一个新的包含点、线、面和体约束的一般变形模型.用户定义一系列约束、每个约束的影响半径和偏移量，变形模型根据每个约束和其影响半径产生该约束的广义元球.广义元球确定了一个以约束点集为中心的势函数，该势函数在约束点集处为1，在影响半径处渐变为0.模型直接对整个空间进行变形，而与物体的表示无关，并且变形可由偏移量和广义元球的参数来细微调整.实验表明，该一般约束变形模型不仅有效，而且使传统方法难以做到的线、面、体约束变形成     

基于边界面法的完整实体应力分析理论与应用

提出基于边界面法（Boundary Face Method,BFM）的完整实体应力分析方法.在该分析中,避免对结构作几何上的简化,结构的所有局部细节都按实际形状尺寸作为三维实体处理.以边界积分方程为理论基础的BFM是完整实体应力分析的自然选择.在该方法中,边界积分和场变量插值都在实体边界曲面的参数空间里实现.高斯积分点的几何数据,如坐标、雅可比和外法向量都直接由曲面算得,而不是通过单元插值近似获得,从而避免几何误差.该方法的实现直接基于边界表征的CAD模型,可做到与CAD软件的无缝连接.线弹性问题的应用实例表明,该方法可以简单有效地模拟具有细小特征的复杂结构,并且计算结果的应力精度比边界元法（Boundary Element Method,BEM）和有限元法（Finite Element Method,FEM）高.     

Soft Object Modelling with Generalised ChainMail — Extending the Boundaries of Web-based Graphics

Soft object modelling is crucial in providing realistic simulation of many surgical procedures. High accuracy is achievable using the Finite Element Method (FEM), but significant computational power is required. We are interested in providing Web‐based surgical training simulation where such computational power is not available, but in return lower accuracy is often sufficient. A useful alternative to FEM is the 3D ChainMail algorithm that models elements linked in a regular, rectangular mesh, mimicking the behaviour of chainmail armour. An important aspect is the ability to make topology changes for example by cutting — an aspect that FEM finds difficult. Our contribution is to extend the 3D ChainMail technique to arbitrary grids in 2D and 3D. This extends the range of applications that can be addressed by the ChainMail approach, to include surfaces and volumes defined on triangular and tetrahedral meshes. We have successfully deployed the algorithm in a Web‐based environment, using VRML and Java linked through the External Authoring Interface. ACM CSS: I.3.5 Computer graphics: Computional Geometry and Object Modelling, I.3.2 Computer Graphics: Graphics Systems, J.3 Life and Medical Sciences     

虚拟现实在计算机图形学课程中的实验探索

虚拟现实技术与计算机图形学相辅相成,为使计算机图形学的实验开设更具实际应用意义,该文提出基于VRML、基于三维建模技术和基于Web3D技术的三种VR实现方法,并通过实例分析了该三种方法的应用特点。     

Volume Rendering on Non-regular Grids

In this article we present the principle methods for volumerendering of non-regular grids as used in the Finite Element Method or the Method of Control Volumes. Besides linear element types, the methods discussed here also cover the handling of commonly used non-linear element types but little considered in the Computer Graphics community. The very basic operation in the whole rendering process, namely the interpolation of the geometry and function values is fully based on the element type specific shape functions, ensuring a consistent mathematical treatment of the object in the sense of the underlying numerical simulation. We discuss the implications of this approach and propose optimizations justified by general assumptions on the qualify of the simulation model.     

A boundary element formulation for the substation grounding design

A Boundary Element approach for the numerical computation of substation grounding systems is presented. In this general formulation, several widespread intuitive methods (such as Average Potential Method (APM)) can be identified as the result of specific choices for the test and trial functions and suitable assumptions introduced in the Boundary Element Method (BEM) formulation to reduce computational cost. While linear and parabolic leakage current elements allow to increase accuracy, computing time is drastically reduced by means of new completely analytical integration techniques and semi-iterative methods for solving linear equations systems. This BEM formulation has been implemented in a specific Computer Aided Design system for grounding analysis developed in the last years. The feasibility of this new approach is demonstrated with its application to a real problem.     

边界面法数值结果的云图表征

边界面法继承了传统边界元法的优点,并将几何实体的边界曲面离散为参数空间里的曲面单元,在处理一些特殊问题如移动边界、高梯度、大变形等方面显示出特殊的优越性。但是也使得计算结果的后处理遇到困难。提出了一种基于黎曼度量推进波前法生成三角背景网格的实用边界面法计算结果后处理方法。该法对求解域剖分成三角背景网格然后将计算结果映射到网格节点上,通过区域填充获得计算结果的云图。温度场的数值算例表明该方法可靠实用。     

基于物理的图形建模研究

逼真性是虚拟现实的重要特性,也是虚拟现实研究的难点。基于物理的图形建模是实观虚拟环境中物体逼真运动的基本方法,它构建动画角色的动力学模型并通过仿真计算它们的运动。该方法在视频制作、虚拟仿真、虚拟漫游等领域中具有重要的应用价值。与其它运动表示方法相比,可以实现虚拟环境中多种更为逼真的物体运动效果。该文分别以不变形物体（刚体）和变性物体（柔体）为例,介绍了虚拟现实系统中实现逼真物体运动的基于物理的建模思想,分析了它们的特点以及各自存在的问题和局限性。最后指出了要想理想解决物体建模问题所必须进一步研究和突破的若干技术。