纺织面料的质点-弹簧三维模型研究

在建立质点-弹簧模型的基础上,借助于Visual C 与OpenGL开发工具,通过受力分析得到织物变形的动力学方程,实现了织物变形仿真.     

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．     

基于简化的质点-弹簧模型织物变形仿真研究

研究织物变形特定性优化问题,针对织物形状动态改变提出了一种基于物理模型方法仿真织物变形,对织物采用质点-弹簧模型进行建模,解决织物变形在实际中的真实特用性,对质点-弹簧模型作了简化,即在模型中减少一部分剪切弹簧.在求解模型中,采用简单的显式欧拉积分法来求解织物的变形方程.同时对织物与环境之间进行了碰撞检测与处理.仿真结果表明,设计的模型稳定性和实时性好,为实际实现提供了参考.     

基于压力模型的柔性物体仿真

现有的方法都不能很好地模拟具有内在体积的柔性物体。针对这种现状,将虚拟气体添加到改进的质点弹簧模型之上。通过内部的气体压力约束及改进的质点弹簧模型的约束实现了对这种柔性物体的模拟。实验表明,该方法真实地模拟了有内在体积的柔性物体,并且具有较强的实时性。     

应用可变形模型进行曲线曲面光顺

根据物理模型的造型技术可以从另一个角度研究曲线曲面的光顺问题.基于能量的可变形曲线曲面可用于光顺一批有误差的散乱数据点.该方法不必要求数据点有序的条件，通过在数据点与曲线和曲面之间连接假想弹簧，可以克服“光顺”和“插值”的矛盾，得到所需形状.文章采用三次B样条几何表达形式，建立了光顺模型，分析了光顺机理，并给出了一个算法和几个应用实例.     

基于质点-弹簧模型的布料仿真研究

运动微分方程的数值求解,是实现基于物理模型的织物仿真的技术关键.全面介绍了质点-弹簧模型的织物变形仿真技术,精确构建了织物的力学模型,并对几种不同的显性数值积分方法进行了详细比较,尤其是用RK-4方法对微分方程求解大大提高了解的稳定性.在此基础上,针对质点-弹簧模型在应用中存在过度拉伸的问题,指出了传统方法处理这个问题的缺陷,构造约束变形,合理解决了"超弹性"问题.此织物变形仿真技术已经应用于实际的织物动画仿真软件中,实践证明其仿真技术具有实用性和先进性.     

基于质点-弹簧模型的冰雹打击树叶的模拟方法

为了实现有别于布料破碎模拟的冰雹打击树叶过程的模拟,研究并提出了一种应 用物理学原理的树叶和冰雹相互作用的真实感动态仿真技术,为后续进一步研究叶脉对叶片受 力的影响提供了基础。树叶的破碎是源于冰雹受到地面重力的吸引,在下落时与树叶进行能量 的传递,二者之间的交互作用可以利用一种高效的技术很好地模拟。该技术被专门设计用来模 拟弹力较小的物体,例如树叶的撕裂。当冰雹与树叶进行交互时,由冰雹速度带来的作用力转 换为树叶上的横向和纵向的弹簧力从而导致树叶破碎。实验结果表明,该技术能够高效、真实 地仿真冰雹撞击树叶后的作用效果,并且在一定程度上还原冰雹自然灾害的情况。     

基于弹簧-质点模型曲面展开的改进算法

为了提高现有弹簧-质点模型曲面展开算法的速度和稳定性,提出了自适应时间步长方法.通过计算模型中各质点的惩罚力,实现了三角片翻转区域的整体调整;同时结合了考虑初速度和忽略初速度2种方法的优点;最后对一些参数的计算方法做了改进.实验结果表明,该算法能够有效地消除初始展开及优化过程中出现的翻转三角片,提高了复杂曲面的展开质量.     

基于改进的弹簧-质点模型的三维服装模拟

针对三维服装造型与效果仿真中存在的模型复杂、模拟效率低、忽略服装的结构特征等问题,提出了改进的弹簧-质点模型.利用该模型统一建立了2D→3D映射和服装真实感模拟方程,给出方程中质点所受内力和外力的组成与表达式以及动态系统的推导和求解过程,并且描述了模拟的具体实现算法.改进的弹簧-质点模型克服了原有模型对服装织物的材料性能表达单一的缺点,考虑了拉伸、剪切、弯曲等力学性能以及省/褶等结构因素对服装外观的影响,实现了较复杂的服装外型.通过从效率与效果两个方面与其他模拟系统进行比较,发现该技术的模拟效率较高而且模拟结果较为真实.该模拟技术已经在服装企业推广应用,用户反映良好.     

新型三角形弹簧质点模型及弹簧参数确定

针对任意单元形状和材料参数,通过引入附加节点和附加弹簧建立了一种三角形弹簧质点模型.首先给出弹簧刚度参数及附加节点坐标的解析公式,以实现有限元模型和弹簧质点模型三角形单元刚度矩阵的精确相等;然后考虑弹簧质点模型中可能出现的负刚度弹簧,进一步完善了弹簧质点模型形变计算方法.基于平面柔性体的数值模拟结果表明,文中提出的弹簧质点模型和形变计算方法精度好、效率高,且更具通用性.     

基于弹簧质点模型的布料仿真及碰撞处理方法

该文对布料仿真方法进行了研究。首先运用弹簧——质点系统建立布料的面模型，将柔性布料离散为分布均匀的质点，进而对整个系统进行了动力学分析。为获得高效的算法，采用了显式欧拉方法对微分方程进行数值积分。碰撞问题是布料仿真研究中的重要内容，该文针对具体碰撞对象设计了高效的碰撞检测方法，采用二分法作为碰撞响应算法，最后进行了布料产生碰撞后趋于稳定及滑落的动态仿真演示。该方法在达到较高计算效率的基础上，确保了仿真系统的稳定性。     

一种基于骨架的可变形物体建模方法

提出了一种新的基于骨架的混合型的软组织建模方法，用于虚拟手术仿真及手术训练。介绍了通过自动的方法抽取物体的骨架，建立物体的表面物理模型、体物理模型以及对应的计算模型。还介绍了利用骨架进行碰撞检测及外力计算的方法并介绍了实验的软件结构及实验结果。     

体积保持的多分辨率多边形网格的光顺造型

给出了一个高效的多边形网格的多分辨率光顺造型算法。该算法首先通过引入体积保持约束,快速地实现稠密多边形网格的多分辨率表示,然后结合一个有效的无收缩光顺算法,对网格执行高效的多分辨率光顺编辑,与传统编辑方法不同,该方法利用体积保持约束及优化技术,来自动恢复编辑区域中相应的细节,而无需引入非常损耗资源的局部标架。实验结果表明,该算法计算稳定、高效,能产生复杂的模型。     

三维头发的建模方法研究

在现代的一些虚拟现实系统中,如模拟人体模型、游戏以及电影特技中需要对头发的真实感进行建模。虚拟现实的关键技术之一是对显示对象进行建模。因此,为解决由于头发数量庞大和其纤细的特性而使得头发图像生成过程缓慢复杂的问题,研究其相关技术具有重要价值。头发模拟的方法主要有：直接模拟、体积纹理模型、聚簇发束模型和宽松连接的粒子系统模型等。该文在现有的头发模拟方法分析的基础上,提出了一种基于粒子系统的头发模拟设计方法,从而在时间和计算开销上解决已有方法的不足。     

The Optimisation of the Mesh in First-Order Systems Least-Squares Methods

We describe an algorithm for optimising the mesh in the least-squares finite element discretisation of first-order systems of partial differential equations. The key feature of the method is that the optimisation process is based entirely on the solution of local PDE problems. We apply the algorithm to the Stokes equations for the flow of a viscous incompressible fluid, and to a convection diffusion equation where convection dominates.     

表面网格控制的快速毛发建模

针对现有角色毛发建模复杂耗时的问题,提出一种基于多边形表面网格的快速毛发建模方法.首先构建粗糙的表面网格来大致表示毛发的整体形态,随后计算控制毛发走向的参数,并基于此自动生成形状网格对应的空间毛发轨迹线来修正毛发走向,使结果在拟合用户指定的毛发形态的同时兼容现有的风格化方法.实验结果表明,该方法使用类似表面网格建模的方法即可完成高质量毛发的建模,在得到较好结果的同时大大降低了建模的难度与工作量,并增强对结果的可控性.另外,文中方法也可方便地与基于物理的运动模拟方法结合生成毛发动画.     

Modeling Spatial Motion of 3D Deformable Multibody Systems with Nonlinearities

A computational strategy for modeling spatial motion of systems of flexible spatial bodies is presented. A new integral formulation of constraints is used in the context of the floating frame of reference approach. We discuss techniques to linearize the equations of motion both with respect to the kinematical coupling between the deformation and rigid body degrees of freedom and with respect to the geometrical nonlinearities (inclusion of stiffening terms). The plastic behavior of bodies is treated by means of plastic multipliers found as the result of fixed-point type iterations within a time step. The time integration is based on implicit Runge Kutta schemes with arbitrary order and of the RadauIIA type. The numerical results show efficiency of the developed techniques.     

The Modeling of Diffuse Boundaries in the 2-D Digital Waveguide Mesh

The digital waveguide mesh can be used to simulate the propagation of sound waves in an acoustic system. The accurate simulation of the acoustic characteristics of boundaries within such a system is an important part of the model. One significant property of an acoustic boundary is its diffusivity. Previous approaches to simulating diffuse boundaries in a digital waveguide mesh are effective but exhibit limitations and have not been analyzed in detail. An improved technique is presented here that simulates diffusion at boundaries and offers a high degree of control and consistency. This technique works by rotating wavefronts as they pass through a special diffusing layer adjacent to the boundary. The waves are rotated randomly according to a chosen probability function and the model is lossless. This diffusion model is analyzed in detail, and its diffusivity is quantified in the form of frequency dependent diffusion coefficients. The approach used to measuring boundary diffusion is described here in detail for the 2-D digital waveguide mesh and can readily be extended for the 3-D case.     

面向角色的信息系统建模方法研究

信息系统开发人员在开发系统之前都要进行数据的建模,介绍了主流的信息系统建模方法,比较得出ORM（Object—Role Modeling）建模方法优于其它建模方法之处,研究了ORM运用对象角色建模的原理和特点,并结合HRM系统中的一个案例详细说明了0RM建模的步骤和具体的应用过程。