布料动画中风场的实现

首先介绍了布料动画中建立离散型布料物理模型的原理和方法,然后提出了一种简单的风场物理模型并深入探讨了将其应用于已有离散型布料模型中的方法,最后利用OpenGL三维图形编程接口在Windows平台上实现了整个布料动画的模拟。实验结果表明,文章提出的风场模型能够与普通布料物理模型相配合,并真实地模拟出布料的各种空气动力学效果。     

基于物理及数据驱动的流体动画研究

主要针对近年来流行的基于物理及数据驱动的各种流体动画模拟算法及其应用给出了一个全面的前沿性综述.首先,对传统的基于物理的流体模拟加速方法进行了综述和总结,同时给出了此类方法中各种算法的优劣性分析;其次,对现有的基于数据驱动的多种算法进行了综述和分析.特别地,将现有的数据驱动方法归结为3类,即数据插值法、数据预计算方法和基于深度学习的方法.并且,进一步讨论了基于数据驱动的流体动画模拟算法的几个关键问题以及其研究趋势与方向.     

风场作用下的动态森林场景的实时仿真

为真实地模拟树在风中摇曳的动态效果,将风场视为一个随机过程(场),利用谱分析的方法生成给定条件下的风速矢量场;进而采用简化的动力学方程,实时计算风力作用下树的位移和形变.采用一种混合式几何和图像的表示方法对树木进行参数化建模,并在模型中内建多个细节层次,以便加速场景视点相关的绘制.综合以上算法的交互式漫游系统能实时地模拟包含数千棵树的森林场景在风场作用下的动态效果,初步满足了虚拟现实、战场仿真与数字娱乐等应用的要求.     

快速真实地生成树的自然摇曳

快速真实地模拟树在风中的摇曳一直是图形学中的一个挑战性问题．已有的方法,或者计算速度太慢,或者所处理的模型局限在几千个面片之内,难以用较强的真实感进行动画模拟．针对复杂树在风中的自然摇曳,该文提出一种新的方法．一方面,它基于统计数据采用高斯分布来近似逼近实际风力,既可以基于物理性态很好地反映风力的影响,又可以方便树的变形计算;另一方面,根据树的层次结构特点,新方法对树的各个部分分别进行独立的变形计算,然后再根据它们的连接关系进行组合,完整地获得树的变形．新方法对于小振幅的非末梢枝条,是利用静力分析来计算它们的变形,而对于振幅大的末梢枝条则采用Newmark逐步积分法求解其振动方程,这样就可以以较少的计算开销获得变形真实感很强的结果．在对树的各种姿态进行成像时,新方法运用了基于硬件的shadow mapping技术和LOD(Level-Of-Details)技术,以快速生成高度真实感的树．实验表明,对于有近4万个控制节点、近90万个拟合外观模型的三角形的柳树模型,新方法可以对其自然摇曳进行每秒0．6帧的高度真实感的模拟．     

基于物理模型的窗帘运动实时动画

提出了一个基于物理的窗帘实时动画模型.该模型不仅大大地减少了绘制的时间,而且保证了画面的视觉效果.通过把描述非刚体运动的半刚性杆相互连接来得到窗帘的模型.在该模型中,首先在经线和纬线的方向上分别进行处理,然后再把它们组合起来,从而得到窗帘的模型.     

层次结构树木物理运动的实时仿真

提出一种在GPU上实现基于力学运动原理的层次结构树木运动的并行仿真技术。该技术通过分析物理运动原理与多层次的矩阵结构(HMSM)算法的并行性,来达到将树木动画在图形硬件CUDA平台上进行加速的目的。首先介绍层次结构树木在外力诸如风力等作用下的物理运动原理;然后,针对树木的物理运动以及层次结构叠加算法详细地进行并行性分析;之后着重阐述CUDA框架下树木运动的并行结构设计过程与并行算法的详细设计方法;最后在GPU上执行树木物理运动仿真。实验结果表明,该技术不但能够生成真实感较强的树木动画序列,还能够实时模拟基于物理的树木运动。同时,该技术给计算机动画的加速算法提供了很好的思想。     

风场作用下大规模草地场景动态模拟*

草体作为自然场景的一种重要元素,其数量众多、覆盖范围广,很难实现实时动态模拟。针对已有方法存在的问题,提出了一种风场作用下大规模草地场景动态模拟方法,首先利用混合式表达方法构建出大规模静态草地场景,通过二维向量建立风场模型,采用混合动力学方程以及移动布告板上端顶点的方法,分别模拟出离视点不同距离的草体在风场作用下的形变。实验结果表明,该方法不仅能绘制出风场中草体随风摆动的逼真效果,同时对可变风场有很好的支持。     

用面向对象的L系统模拟树的生长

在游戏和动画的开发应用中,运用L系统生成不同的树的动画时,应用程序员往往要重写代码.提出了一个适合模拟各种树的生长过程的L系统模型,用面向对象的方法来描述和实现.同时为达到实时渲染的要求,在对树的生物学特性简化的基础上,对树与环境中光照、空间的信息交换以及动画控制等方面提出了简洁高效的算法.基于这个面向对象的L系统模型,可以通过不同的产生规则和环境信息模拟显示不同的树的生长过程,从而达到代码的复用,缩短开发时间.     

基于物理的烟雾动画

基于物理的烟雾模拟中,需要求解Navier-Stokes偏微分方程组．通过量纲分析,简化了该方程．在求解对流项时采用半拉格朗日方法,为弥补该方法带来的数值耗散,引入了高阶精度紧致格式,在较粗的网格上亦可得到较高精度的导数值．实验结果表明：该算法效果比较真实,速度较快．     

一种考虑随机风场作用的布料动画研究

为了创建布料在风中的动画,提出了一种考虑随机风场作用下的布料动画模型,通过引入柏林噪声来构造风场的随机分布,讨论了布料随风飘动中的布料间碰撞检测简化方法。采用OpenGL实现了床单的布料动画演示,仿真结果表明,虚拟床单的运动和生活中拍摄的实际照片相符合。     

树在风中的摇曳--基于动力学的计算机动画

树木森林在自然场景的构成中占有很重要的地位，尤其是树在风中的摇曳更是组成了一个幕幕动人的景象。但是由于树结构的高度复杂性，给这一问题的研究工作带来了极大的困难。     

基于物理的流体运动模拟方法研究

提出了一种基于物理的流体运动模拟方法,同传统的模拟技术相比,基于物理的模拟更能表现真实感运动。选用的物理模型是完整的Navier-Stokes方程组,针对完整的Navier-Stokes方程组,利用破开算子法将模型分解成外力、对流、扩散和投影项分别进行计算。因为每一步都稳定,所以整个求解过程也稳定。因此可以用大时间步长来模拟流体运动。Navier-Stokes方程组保证了真实感,而此求解方法保证了效率。     

Physical simulation of land vehicles with obstacle avoidance and various terrain interactions

Programming the motions of an autonomous planetary robot moving in an hostile and hazardous environment is a complex task which requires both the construction of nominal motion plans and the anticipation as far as possible of the effects of the interactions existing between the vehicle and the terrain. In this paper we show how physical models and dynamic simulation tools can be used for amending and completing a nominal motion plan provided by a classical geometrical path planner. The purpose of our physical modeller-simulator is to anticipate the dynamic behaviour of the vehicle while executing the nominal motion plan. Then the obtained simulation results can be used to assess and optimize the nominal motion plan. In the first part, we outline the physical models that have been used for modelling the different types of vehicle, of terrain and of vehicle-surface interactions. Then we formulate the motion planning problem through the definition of two basic abstract constructions derived from physical model: the concept of generalized obstacle and the concept of physical target. We show with various examples how it is possible, when using this method, to solve the locomotion problem and the obstacle avoidance problem simultaneously and, furthermore, to provide the human operator with a true force feedback gestural control over the simulated robot.     

Fast and Scalable CPU/GPU Collision Detection for Rigid and Deformable Surfaces

We present a new hybrid CPU/GPU collision detection technique for rigid and deformable objects based on spatial subdivision. Our approach efficiently exploits the massive computational capabilities of modern CPUs and GPUs commonly found in off‐the‐shelf computer systems. The algorithm is specifically tailored to be highly scalable on both the CPU and the GPU sides. We can compute discrete and continuous external and self‐collisions of non‐penetrating rigid and deformable objects consisting of many tens of thousands of triangles in a few milliseconds on a modern PC. Our approach is orders of magnitude faster than earlier CPU‐based approaches and up to twice as fast as the most recent GPU‐based techniques.     

无动力滑翔弹在风干扰下的控制与仿真研究

风场是无动力滑翔弹飞行过程中的一项重要干扰因素。针对滑翔导弹的气动力模型和其在不同飞行时段的运动特点,建立了航弹的姿态控制模型和制导律模型。并在一定的初始投抛条件下,利用C＋＋与Matlab飞行仿真软件混合仿真,对航弹的飞行参数进行了大量的计算和相应的6-D飞行轨迹仿真。提出了无动力飞行器的姿态控制方法和计算机软件实现仿真的技术途径。仿真结果表明风干扰是影响无动力滑翔弹控制系统稳定性和精度的重要因素。对于具有滑翔段的飞行器在实际设计中很有参考价值和工程实用价值。     

机器蛇三维运动仿真的研究与实现

该文将机器蛇的蠕动、游动等运动方式简化为正弦曲线,采用单侧对分法的迭代方法,将关节的长度和正弦曲线的数据进行拟合,得到在不同时刻下每一关节在统一坐标系内的具体位置和方向参数.利用关节坐标架的方法,将坐标系附着在关节坐标点上,建立一系列具有可继承性的关节链结构,调节不同时间的曲线变换规律,实现机器蛇的运动姿态的调整,进而在屏幕上实现三维的可视运动.针对OpenGL系统的开发特点,对机器蛇建模过程中的注意问题、关节动画中的坐标架复合变换等关键问题,进行了具体的分析提出了有效的解决方案.