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.     

一种基于混合模型的实时虚拟人服装动画方法

实时服装动画生成技术能够为三维虚拟角色实时地生成逼真的服装动态效果,在游戏娱乐、虚拟服装设计展示等领域有着广泛的应用前景.其难点在于如何建立服装动画计算模型,在实时计算的前提下获得最佳的服装动画生成效果.在对服装模型与人体模型在运动过程中发生的位置冲突(collision,也称碰撞)进行分析的基础上,研究并提出了一种基于混合模型的实时虚拟人服装动画计算模型.首先,根据服装动画样本数据中服装与人体发生位置冲突的信息,对服装与人体的运动相关性进行分析;在此基础上,提出并实现一种新的混合策略,将具有较好服装动态模拟效果的动力学计算模型与具有较高计算效率的几何变形方法进行混合,建立支持实时计算且效率可动态控制的服装动画计算模型.实验结果表明,该计算模型能够实时地生成具有较好视觉逼真性的服装动画.     

基于视频反馈和实时仿真的机器人远程控制系统

为了在保证安全和经济的前提下提高机器人远程操作的用户体验,设计并实现了一种基于视频反馈和实时仿真的工业机器人远程控制系统.提出了一套通过常见的游戏手柄对工业机器人进行控制的方法,研制了通过互联网和仿真反馈及视频反馈对工业机器人的动作进行预测和监控的平台.在此基础上根据仿真平台特点,提出了将3D碰撞检测引入系统以提高系统的安全性.最后,实验结果表明了该系统的正确性和有效性.     

仿真系统中的高级实时动画程序设计

本文讨论了在仿真系统中实现实时控制动画的方法     

基于碰撞响应的三维空间多刚体实时运动仿真

该文将计算机科学与理论力学相结合,以刚性球体为例介绍了多刚体物理运动仿真的步骤和方法。首先论述了单个及多个刚体的运动仿真步骤以及应用叠加原理计算合力及合力矩的方法。然后,针对刚体运动中的不同碰撞响应类型：碰撞接触与临时接触,提出分别建立不同的碰撞响应力学模型,前者采用动量及动量矩定理建立响应模型,后者通过分析刚体的受力和运动状态建立相应的动力学模型。最后,详细讨论了刚性球体的碰撞仿真,包括它的碰撞测定、碰撞响应模型的建立及求解等,实现了三维空间中刚性球体实时、精确、快速的运动仿真,为以后多刚体大规模仿真奠定基础。     

基于八叉树的柔性体切割仿真中并行化的碰撞算法EI北大核心CSCD

为了提高柔性体切割仿真中碰撞处理的运行效率,并解决切割影响变形计算稳定性问题,提出基于八叉树的柔性体切割仿真中碰撞算法的并行化实施方法.该方法使用基于链接体素和自适应八叉树网格的柔性体模型,前者用于描述物质的连接性和构造用于碰撞和图形显示的面网格,后者用于变形计算;在粗略碰撞阶段对八叉树网格构造空间Hash表并构造潜在碰撞对;在精细碰撞阶段根据体素中心的距离场值,使用考虑拓扑关系的距离场插值方法检测碰撞并计算入侵深度;柔性体之间的碰撞和自碰撞处理使用独创的多级检测和约简方法在GPU上运行,同时在CPU上使用多线程运行切割工具与柔性体的碰撞处理;切割算法切断被切割工具扫过的链接,重构切口附近的面网格,递归细分并复制被切割工具扫过的八叉树单元,并使用快速行进法更新距离场.仿真实验结果表明,与3个CPU线程的实现相比,文中GPU加速的柔性体碰撞和自碰撞算法可以将处理速度提高76%~215%;而与单个CPU线程的实现相比,3个CPU线程实现的切割工具与柔性体的碰撞算法可以将处理速度提高132%~190%.     

虚拟环境中基于多体动力学的实时仿真

该文通过分析主流虚拟现实开发工具的特点和不足,提出在虚拟现实开发过程中运用多体动力学的理论和方法,使得虚拟环境中的对象行为更加符合真实世界,并介绍了使用虚拟现实开发工具worldlbolKit结合多体动力学仿真开发引擎Vortex在此领域做出的有益尝试。同时,该文对Vortex采用的仿真机制和算法进行了充分的分析和挖掘,并详细介绍了在开发过程中的一些理解和体会,以期能对我国从事虚拟现实技术开发和应用的工作者提供一些有用的思路。     

基于MATLAB实时视窗目标的实时仿真系统设计

在控制系统的设计开发中,传统的开发过程已不能满足市场对产品的快速性和多样性要求,该文提供了一种实现控制系统快速原型开发和实时仿真的新方法。其基本思路是将实时仿真的方法应用于控制系统的开发过程,使控制系统设计、实现、测试和生产准备过程同时进行,以实现产品的快速原型开发。该文中详细介绍了基于MATLAB实时视窗目标的实时仿真系统的构建,并且进一步深入分析了该系统的体系结构和实时机制,最终结合实例给出了相应的实时仿真的开发流程和控制方式。     

服装动态效果的仿真技术

真实性和实时性一直是服装动态效果仿真所追求的目标.为了对服装的动态效果进行真实的仿真,就必须对织物的所有主要参数进行精确的模拟,如弹力和粘力.实时服装动画的一个难点就是对服装褶皱的模拟,以及相应的碰撞检测问题.对服装动态效果仿真技术的现状进行了介绍,并对未来的发展提出了一些看法.     

低空突防视景系统的三维建模与实时仿真

首先介绍了低空突防视景仿真系统的功能和组成,然后基于标准数字地图,对地形地貌场景进行了三维建模,同时利用碰撞检测技术进行地形匹配和威胁判断,为飞机进行实时定位.最后在PC图形工作站上实现了满足实时性要求的低空突防视景仿真系统.     

三维服装仿真中的"服装-人体"快速冲突检测及响应算法

维胆装仿真可以为三维人体动画生成逼真的服装动态效果，但其中的冲突检测与仿真计算的时间复杂度太高，其实用性一直受到很大限制．提出了一种快速的“服装-人体”冲突检测友响应算法，在人体运动状态下，快速检测服装与人体之间的位置冲突，其时间复杂度仅为O（n）（n为服装模型上的顶点数目）．在此基础上，提出一种合理有效的冲突响应机制，并实现快速稳定的三维服装仿真，取得了真实的仿真结果．     

基于细分曲面的三维服装柔性实体模拟

提出一种基于细分曲面的三维服装柔性实体模拟算法,该算法将整个模拟过程分为两个阶段：首先利用四点细分曲面造型方法生成三维服装刚性曲面,然后在刚性曲面基础上通过引入织物的物理模型来模拟三维服装柔性曲面,通过物理和几何模拟方法有机结合,算法有效解决了复杂衣片间的缝合问题,较大地提高了模拟的计算效率,同时,也提出了一种基于细分曲面层次数据结构的碰撞检测算法,有效提高了模拟速度,提出的算法已全部在所开发的三维虚拟服装试衣系统中得以实现,实验结果表明：该算法具有模拟效率高、交互性强和易于计算机实现等优点。     

服装参数化设计中的碰撞检测技术研究

服装参数化设计中的碰撞检测属于静态碰撞检测,具有精确性和实时性的要求,服装约束系统的有效性也需要维护。将服装参数化模型分为4个层次,针对各个层次提出不同的碰撞检测要求。碰撞检测对约束求解产生影响,通过改变约束求解顺序或改变约束链,达到对约束系统有效性的维护。分片构建具有统一拓扑结构的服装初始网格曲面,利用分片细分技术构造服装显示网格曲面,通过对显示曲面的碰撞检测来提高碰撞检测精度,相应地依赖于显示曲面的服装款式切割线,也需要映射到服装初始网格曲面上。服装曲面细分碰撞对速度产生影响,利用分片分区技术并综合多种方法提高碰撞检测速度。对服装曲面的自碰撞检测和具有约束的碰撞精确反应,也给出了多种解决方法。实例表明,本文的算法是健壮和有效的,并在开发的服装3维设计系统中得到应用。     

基于服装款式平面图的三维款式效果显示研究

本文介绍了由服装的款式平面图研究三维款式效果显示的途径,提出了一种非传统的实现三维着装效果显示的方法,即在款式平面图的基础上,结合标准人台的三维数据点,增加适当的服装空隙量来获取款式三维造型点并构造服装曲面,为服装的款式设计提供更直观的帮助。     

采用交互式缝合设置的三维服装模拟技术

目前, 国内外对于三维服装试衣技术的研究已逐渐深入, 但对于其中的关键步骤——服装衣片缝合信息的设置, 却少有成果. 服装的三维效果是通过缝合位于人体前后的二维衣片产生的, 精确及便捷的缝合设置是实现良好模拟效果的重要步骤之一. 在研究现有的三维虚拟试衣技术的基础上, 提出了缝合信息设定的方法流程, 并实现了交互式缝合设置过程. 在导入二维CAD衣片文件后, 经过交互式设置设定各衣片间的对应缝合边, 并以文件形式保存相关信息, 在试衣阶段通过导入该信息在对应衣片网格顶点间施加缝合力. 经实验, 通过该方法     

OpenCL加速的基于虚拟节点法的柔性体实时切割仿真

为了提高柔性体变形仿真运行速度并且解决切割对变形计算稳定性的负面影响,提出了能与GPU加速的变形算法协同运作的基于虚拟节点法的柔性体实时切割仿真方法.柔性体模型由真实四面体网格嵌入虚拟四面体网格中构成,前者用于碰撞处理和图形渲染,而后者则用于变形计算.切割算法首先分裂真实四面体网格;然后复制包含超过一块真实四面体连通碎片的虚拟四面体,每个复制品包含一块真实四面体碎片;再根据真实四面体之间的连接关系更新虚拟四面体之间的连接关系;最后更新真实四面体网格与虚拟四面体网格之间的镶嵌关系.为了确保仿真系统不被限制在NVIDIA公司的GPU上,GPU加速使用OpenCL实现.仿真测试结果表明,该方法可以在任意多次切割情况下保持变形计算稳定不发散,并且在NVIDIA公司和AMD公司的GPU上都可以正确运行.     

基于物理仿真的布料动画研究综述

随着计算机图形技术的发展,布料动画成为3D游戏和动画电影相关领域研究者共同关心和研究的课题,并呈现蓬勃发展的趋势.布料动画的主要目标是表现布料丰富的运动细节,获得细腻、逼真的动画效果,可广泛应用于游戏、动画和虚拟现实等众多领域.论述了国内外基于物理仿真的布料动画建模的研究现状,总结了基于物理仿真的布料动画基本理论和方法.通过对近年来该领域相关文献的分析和归纳,发现其中存在的优缺点和相互间的联系,力图为3D游戏和动画中布料动画仿真技术的研究提供系统的思路.     

三维虚拟服装缝合技术研究

讨论三维计算机辅助服装设计系统中二维衣片转换为三维服装的有关技术问题。针对实现三维场景中服装的缝制及再现服装穿着的真实效果进行了深入研究。对于二维服装衣片的离散问题，提出基于正则栅格法思想的四边域网格剖分算法，界定了对位缝合和褶皱缝合的新概念，通过相应的边界调整方案解决了复杂服装的缝制问题；在缝合模拟过程中，分析衣片缝合前后缝合力的作用，并给出不同阶段的约束处理方法；最后针对服装同人模之间的碰撞，提出一个基于层次剖分法、融合包围盒检测技术特点有碰撞检测加速算法。这些技术均在三维虚拟服装缝制模拟系统中得以验证。     

基于WebGL的3D动画实时播放系统

由于受到网络带宽及三维动画数据量过大等因素的影响,三维动画如果要在网络上一次性传输往往需要花费比较长的时间.这不仅影响了动画播放的实时性,同时,传输过程中数据的不完整也会造成动画播放不流畅.通过对基于WebGL的三维动画实时播放关键技术的研究,提出模型文件预加载、文件压缩传输等方法,在有限带宽的条件下将三维动画内容实时传输到用户端,利用WebGL技术实现三维模型的创建和渲染,并在此基础上实现三维动画实时播放,使用户能够直接通过浏览器进行观看,或参与到场景交互中.