桥梁结构移动荷载识别的辛精细积分算法

首先利用哈密顿原理,将桥梁结构振动微分方程转化为哈密尔顿正则方程形式,然后将精细积分思想的算法引入到辛算法中,形成辛精细积分算法.在时间微段上,将非齐次项正弦/余弦化,得到了荷载识别的辛精细积分格式.与传统Runge-Kutta方法及荷载识别的精细积分格式相比,仿真算例表明本文算法不仅提高了识别精度,而且在长期定量计算中保持了辛算法的稳定性,计算结果不受积分步长的影响,因此可通过增大积分步长,缩短仿真时间,提高计算效率.     

虚拟试衣系统研究与实现

虚拟衣物仿真为网络购物提供了很大便利。首先通过建立衣物的物理模型,将柔性衣物离散为分布均匀的质点,进而进行动力学受力分析。为获得高效且稳定的算法,采用隐式积分方法对微分方程进行数值求解。碰撞检测问题是布料仿真研究中的重要内容。针对具体碰撞对象设计了高效的碰撞检测方法,采用建立AABB层次包围盒树作为碰撞响应算法。最后进行布料产生碰撞后趋于稳定及滑落的动态仿真演示和穿衣过程仿真演示。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。     

基于弹簧质点模型的三维布料仿真

随着游戏、动画、工业等商业领域的快速发展，较多研究者尝试使用计算机模拟真实世界物体形变，其中布料仿真是物体形变研究中的热点和重点。文章是基于欧拉显式积分和Verlet积分在布料模拟中的研究和实现。文章通过对比两种不同积分算法的研究，表明欧拉显式积分所获取的效果更具有真实性，但会出现超弹性现象，而Verlet积分所获取的效果具有稳定性，但存在失真性。当两种算法在布料模拟中的质点数较多时，文章采用通用图形处理器（General-Purpose computing on Graphics Processing Units,GPGPU）计算来弥补算法的不足。     

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。     

隐式积分方法在服装仿真系统中的应用

一般的服装仿真系统都采用普通积分方法为系统建模。常为保证系统的稳定性又不得不采用较小的采样时间间隔 ,这样使系统在仿真过程中要处理大量的数据。该文向大家介绍一种应用于仿真系统的新的积分方法———隐式积分法 ,它既保证系统稳定性 ,又可以采用较大采样间隔 ,然后通过对布片的受力分析 ,解释该方法的具体应用。     

动态步长FOA的PID参数整定方法研究

为了解决基本果蝇优化算法(FOA)因固定搜索步长而对比例积分微分(PID)参数整定收敛精度不高且搜寻效率低的问题,将Logistic(t)的变换函数lgt(t)引入FOA中。由该变换函数确定自适应步长,提出一种动态步长果蝇优化算法(DSFOA)。DSFOA中果蝇个体搜索步长会随着迭代次数的增加而动态地变化。该算法在迭代前期使用大步长,具有更高的全局搜索效率;在迭代后期使用小步长,具有较强的局部寻优能力。这可以提高收敛精度,实现对全局搜索和局部搜索过程的优化。二阶系统仿真测试结果表明,相比于FOA,DSFOA寻优过程产生的PID参数使系统性能更优,能快速、有效地搜索到PID最优参数且鲁棒性好。该结果验证了DSFOA的有效性与合理性。     

基于隐式积分的树叶形变快速仿真

针对秋天树叶形变过程的仿真问题,在双层质点-弹簧模型的基础上,提出一种半过程半物理的树叶形变快速仿真算法.由于同时调节叶肉和叶脉弹簧系数会使得树叶形变不易控制,因此对叶脉和叶肉分开进行模拟:为叶脉设计一种目标形态,叶脉形变序列的中间形态可以通过对初态和终态的插值得到,叶肉会在叶脉形变引发的弹簧力的牵引下发生相应的形变,质点-弹簧系统会在阻尼的作用下趋于稳定,上述过程是一个不断循环迭代的过程;针对显式积分求解器求解时间过长和不稳定的缺点,采用大时间步长的隐式积分求解器以显著地提高系统的稳定性和求解效率.算法分析和实验结果表明,该算法可以稳定、快速、逼真地模拟秋天树叶老化过程中几何形态的变化过程.     

随机延迟积分微分方程改进分步向后Euler方法的均方指数稳定性

本文研究一类改进分步向后Euler方法求解随机延迟积分微分方程的均方指数稳定性．证明了在约束网格下,该方法依步长h=τ／m保持原系统的均方指数稳定性．数值试验验证了本文理论结果的正确性．     

弹道仿真中的数值计算方法研究

在弹道仿真计算中,为了既达到要求的仿真精度又能满足实时仿真,分析了仿真步长的选择方法,然后在龙格－库塔转阿当姆斯法中引入变步长积分方法,推导了阿当姆斯变步长积分公式,同时对弹道仿真中的间断非线性系统提出条件函数求零的方法来解算弹道。仿真结果表明,方法可以获得较高的仿真精度和较快的运行速度。     

基于局部自适应混合积分的动态布料模拟快速方法

针对布料动态模拟中快速稳定求解的瓶颈问题,提出了一种局部自适应的混合积分方法。在每一时间步长,网格中质点利用自身模拟参数求解一稳定的判断准则,据此自适应判定该质点相连弹簧不同弹性力部分引起的运动方程采用何种数值积分求解,从而有效提高了模拟效率且可以并行计算。另外,针对线性方程组的特点,用快速超松弛迭代法代替传统的共轭梯度法来求解,进一步提高了系统的性能表现。实验表明,该方法具有近似线性的复杂度,便于并行计算,并有良好的稳定视觉效果。     

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.     

Realistic and stable animation of cloth

Researchers have proposed various techniques for cloth simulation in the last decades. The crucial problem in interactive animation for cloth is how to speed up simulation with a stable system. In this paper, we describe a realistic and stable scheme for cloth simulation based on mass‐spring system. This scheme modifies semi‐implicit integration used in cloth simulation system with an efficient damping method. Semi‐implicit integration methods have been widely used in dynamic simulation because of acceptable speed and stability. However, internal damping forces are generated with respect to rotational rigid motions, which are only depending on relative velocities. Undesirable change in global movement of dynamic cloth could result in damping artifact. We replace the internal damping forces with an optimal damping method which is based on iterative spring damping but the limit can be computed directly. The method provides simple damping parameter estimation and guarantees conservation of global movement. As a result, complex clothes can be realistically and stably simulated in real time. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

数值积分法在织物仿真中的应用

讨论了当前织物仿真中常用的一些积分方法。通过实验，从精度、数值稳定性以及计算时间等方面对这些方法的效率进行了定量的比较。     

利用弹簧质点模型和隐式方法的布料模拟研究

首先运用弹簧-质点模型建立布料的面模型,然后对质点进行力的分解以及受力分析并优化。提出逼近的隐式数值积分方法模拟质点的运动轨迹,这解决了显式数值积分方法的不稳定性和小时间间隔的缺点和其他隐式方法计算量大的缺点,这也是实现基于物理模型的布料仿真的关键技术。针对具体碰撞对象采用简单的包围盒方法进行碰撞检测,和利用二分法进行碰撞的处理,大大增加了碰撞处理的逼真效果。实验证明其模拟方法具有稳定性和实用性。     

Low damped cloth simulation

This paper proposes a new implicit integration technique that reproduces a stable cloth without introducing excessive damping forces. Semi-implicit integration methods have been widely used in cloth simulations because of their high stability and speed. Artificial internal damping forces are generated during the linearization process of the semi-implicit integration. The simulations become extremely stable due to the artificial forces; however, the forces significantly degrade the realism of cloth simulations, since they are generated with respect to rotational rigid motions, as well as internal deformations. Hence, we propose a new method to decrease the damping artifacts. The artificial internal damping forces are computed solely for pure internal deformations, and are stably incorporated into the dynamical system. Experiments show that our simulator can reproduce various cloth materials without excessive damping artifacts even in real-time.     

布料仿真建模研究进展

布料仿真一直是计算机动画中的研究热点与难点,对提高计算机动画质量以及用户体验具有重要意义,布料是一种非常经典的柔性材料物体,遍布于人们的日常生活中。虚拟世界中虚拟角色强烈的视觉真实感主要来源于逼真的虚拟人物的服装动画,这在很大程度上可以增强用户的体验感,在游戏娱乐、电影电视和动画制作等领域有着十分广泛的应用前景。布料仿真的质量与速度直接决定了计算机动画的整体水平,而布料的模拟水平则起着至关重要的作用。随着计算机软硬件的不断发展和计算机动画市场需求的提高,对布料仿真建模方法的研究受到越来越多的关注,布料仿真建模方法也因此有了较大发展。本文通过回顾布料仿真建模方法的相关工作,对国内外方法的研究进展进行综述,从布料仿真中数值积分方法的改进、多分辨率网格的改进和机器学习方法的使用等方面对布料仿真方法的发展进行简要阐述,并根据不同方法在布料模拟应用上的特性,对几大类改进方法进行了相应的总结与展望。同时选取几种算法进行对比,并给出建议。     

基于简化的质点弹簧模型的布料模拟

首先运用质点弹簧系统建立布料的面模型,针对布料模拟中经典的质点弹簧模型效率不高的问题,提出了简化的质点弹簧模型,通过减少弹簧的数量来简化模型提高效率;为提高数值求解的计算效率,用显式欧拉法对模型进行数值求解;针对模拟过程中存在过度拉伸的问题,通过构造约束变形进行了合理解决,选用层次包围盒法对布料进行碰撞检测;最后在确保模拟的稳定性的基础上,高效.逼真的模拟出了布料.     

基于自适应Runge-Kutta法的织物动态模拟

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。针对具有高精度要求的织物动态仿真，提出利用显式Runge-Kutta高阶方法解决仿真过程中运动微分方程的求解问题，并采用内嵌的Cash-Karp计算格式，从自动调整步长和控制精度两方面优化算法。实验证明，基于内嵌的Runge-Kutta自适应法精度高，易实现，具备良好的稳定性，并可直接获取误差，自动调整步长确保精度，使系统的求解效率得以进一步提高。