基于IMEX的织物动态仿真的近似解法

织物在空间运动的刚性特征始终是困扰织物动态仿真的难题．显式方法简单灵活,易于实现,但受稳定因素影响,无法实现具有刚性特征的织物动态模拟;隐式方法稳定性好,却忽略了非线性因素,而且计算复杂,直接影响到仿真的最终结果和实际效率．针对这一问题,提出了基于隐式一显式的近似解法,该方案从系统受力形变的非线性特征出发,将质点受力分为线性和非线性两部分,线性部分采用隐式解法,非线性部分利用显式解法,线性方程组的求解则运用近似解法．实验结果表明,该方法兼具两种方法的优点,既保留了隐式方法的稳定性,又充分利用了显式方法的简易性处理非线性特征,从而从真正意义上解决织物仿真中的刚性问题．     

基于图形硬件的显式织物模拟

凡是需要真实场景和人物动画的图形应用场合,织物模拟都是必不可少的环节之一,其模拟速度和效果往往决定应用整体的效率和真实感.以实时织物模拟为目标,利用GPU(Graphics Processing Unit)并行编程语言CUDA,设计了一种基于弹簧-质点模型的显式织物模拟并行算法.该算法将模拟过程分为计算阶段和渲染阶段.在计算阶段,通过将质点与CUDA的线程一一对应,并行更新质点的速度和位置.算法利用线性存储器纹理解决了越界问题,并通过使用CUDA的共享内存减少对全局内存的访问.为了使各线程负载均衡地填充共享内存,提出nPass方法.在渲染阶段,算法利用CUDA与OpenGL的交互性,直接在GPU上渲染,避免了将数据回传到主存的额外开销.实验结果表明,与CPU算法和传统的GPU算法相比,该算法的模拟速度分别加快了30倍和5倍.     

基于粒子系统的织物仿真模拟

以粒子系统为建模基础，根据织物悬垂变形的基本特征，通过构造弯曲、剪切等内在影响因素和重力等外部约束条件，并结合经典力学的刚休碰撞理论，计算织物模型与其它物体间的碰撞与接触，从而生成动态量垂仿真图形。     

基于LabWindows/CVI的计算机图形动态模拟技术

计算机图形动态模拟是动态测试CAT系统的重要组成部分，本文提出了利用Labwindows/CVI实现动态模拟的基本原理与方法，并给出了拖拉机动态测试系统中仿真控制的实例，动态模拟功能设计成为相对独立的模块，有利于实现测试系统的自动化监控和操纵。     

一种快速的基于物理模型的织物模拟

提出了一种基于物理模型的实时动态模拟织物的方法。模拟织物的运动一直都是虚拟仿真的重要课题,在电影、游戏和虚拟现实中大量用到,但是逼真的模拟往往需要高昂的计算代价。文章通过对织物物理和几何属性分析。构造出一个带约束的物理模型。使用一种自适应的迭代法,最大限度地利用了局部时间和空间上的模拟参数,大大提高了计算的效率。并根据织物的物理特性,优化共轭梯度法,综合各种算法的优点,不断优化算法。可以实时地并且精确地模拟织物的运动。     

织物模拟中的自适应网格剖分研究

本文提出一种在织物模拟中的动态网格剖分方法,针对传统模拟算法中因网格剖分固定和曲面整体网格均匀剖分造成模拟误差与计算耗费,分别从织物物理和几何角度出发,提出在动态模拟过程中的自适应的网格剖分方法。利用模拟过程中曲面片局部形变信息,对网格进行动态剖分与合并,有效提高了模拟效率。经实际应用表明：该算法具有模拟效率高、易于计算机实现等优点,特别在对非均匀形变物体模拟中,该算法从模拟效率和精度均得到满意结果。     

基于OpenGL的烟花动态模拟

本文通过分析烟花燃放过程的特点，建立了用粒子系统模拟烟花的模型，提出了几种烟花的实时模拟生成算法，并在微机上用OpenGL语言实现。实验结果表明，该方法满足实时性和逼真性的要求。     

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。     

织物仿真中的冲突检测和处理

冲突检测以及冲突处理一直是织物仿真的“瓶颈”问题。该文论述了对柔性物体如织物与刚体的冲突检测问题。通过正冲突物体表面周围建立一个很狭小的相当于防护屏的力场来避开冲突。将这个力场分割成一些连续不重迭的完全围绕着表面的小单元，一旦某个点要进入某个单元，就产生一个排斥力，这个力的大小和方向由速度、法向、点与表面的距离决定。     

多媒体技术在体视动态模拟中的应用

在总结多媒体应用软件开发过程的基础上,结合发动机装配过程动态仿真系统,探讨了体视动态仿真中编辑与合成的相关技术,并利用这些技术完成了发动机体视动态模拟系统,这对多媒体应用软件的开发有一定的借鉴作用。     

基于规则网格的层次化布料动态模拟方法

在布料动态模拟仿真过程中,收敛速度和模拟效率是两个核心指标,可以很好的反应布料在动态过程中的模拟效果。针对布料动态模拟中的收敛速度慢、模拟效率低的问题,提出了一种基于规则网格的层次化模拟方法,实现了基于位置的层次化动态模拟。在该方法中,利用层次化思想在原始网格的基础上构建层次化约束网格,在这个过程中,可以采用不同的决策函数对网格进行精简,构造出更加满足目标要求的约束网格,在构造完成后利用提出的权值关联模型对各层次进行再矫正。在模拟过程中,原始网格利用层次化约束网格从最粗层到最精细层进行收敛矫正,有效避免了传统为提高收敛速度而单一的增加约束矫正迭代次数的问题。为了检验模拟性能,布料在周期钟摆风场下进行了实验。实验表明,在基于规则网格的层次化方法模拟下,能很好的解决传统模拟的约束震荡问题,并且效率高,稳定性好。     

基于实例数据分析的多精度网格布料动画

在布料动画领域,细节变形褶皱的快速逼真模拟是一个具有挑战性的问题.多精度网格布料动画技术,在不同变形区域采用不同密度的网格,由此保证布料运动的丰富细节和更高的动画合成效率.已有的研究工作,主要针对多精度网格布料动画的可计算问题,即在动画过程中动态获取顶点或面片曲率,依据手工设定的阈值进行动态迭代精化,而对于有效性问题,即如何预测布料运动趋势并据此合理修改网格精度,未深入研究.针对该问题,在对布料运动过程中弯曲变形特征进行分析的基础上,提出一种基于实例数据分析的多精度网格布料动画方法.首先,选取一段持续的高精度布料动画作为实例数据,分析并提取弯曲变形模式;其次,以弯曲变形模式作为启发信息,结合有效的精化策略以及精化原则,对相应低精度布料模型进行逐层精化,从而构建多精度网格布料几何模型;最后,建立多精度网格各层质点的受力关系,并通过增加边界约束和质量约束,构建可适用于多精度网格的布料动画模型.实验结果显示,文中预构建的多精度网格模型可用于同类相似运动驱动下的布料动画计算,能够在保持较多细节变形的前提下,有效提高计算效率.     

一种有效的隐式约束动力学布料动画方法

布料动画中,通常采用施加约束的方式限制布料的过度拉伸.已有的研究工作没有充分考虑拉伸约束与弯曲形变之间的关系,构造的动画模型并不完善,无法模拟布料无拉伸而多褶皱的“刚柔”相混的复杂变形效果.针对此问题,提出一种基于隐式约束力的布料动画方法.首先,建立有效的布料弯曲受力模型,并提出一种动态适应性约束方法,能够同时处理布料运动过程中结构和剪切2种不同类型的拉伸,避免单一结构拉伸约束导致的“过剪切”变形或者过约束导致的“刚性”失真效果;建立碰撞约束,避免局部调整穿透质点引起的过度拉伸问题.其次,将各种约束以隐式约束力的形式增加到动力学系统中,采用约束型迭代精化的方法进行求解.实验结果表明,该方法稳定有效,能够在保持布料弯曲形变的前提下,将拉伸控制在合理范围内,真实地刻画布料“易弯抗拉”的变形特征,实现逼真的布料变形动画模拟.     

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.     

基于速度约束算法的动态布料模拟

针对三维布料动态模拟中质点-弹簧模型易发生超弹性现象的问题,基于速度过滤的思想,提出了质点速度约束方法。该方法建立了一个速度约束不等式,作为超弹性现象是否发生的判断依据;并对不满足约束条件的质点速度进行约束调整,进而避免了超弹性现象的发生。此外,对质点-弹簧模型的内力和外力进行了分析,并对外力中的风力模型进行改进,优化了计算流程,提高了计算速度。实验证明该方法易于实现,稳定性强,并产生了较好的视觉效果。     

Physically‐based forehead animation including wrinkles

Physically‐based animation techniques enable more realistic and accurate animation to be created. We present a fully physically‐based approach for efficiently producing realistic‐looking animations of facial movement, including animation of expressive wrinkles. This involves simulation of detailed voxel‐based models using a graphics processing unit‐based total Lagrangian explicit dynamic finite element solver with an anatomical muscle contraction model, and advanced boundary conditions that can model the sliding of soft tissue over the skull. The flexibility of our approach enables detailed animations of gross and fine‐scale soft‐tissue movement to be easily produced with different muscle structures and material parameters, for example, to animate different aged skins. Although we focus on the forehead, our approach can be used to animate any multi‐layered soft body. © 2014 The Authors. Computer Animation and Virtual Worlds published by John Wiley & Sons, Ltd.     

基于机器学习合成高分辨率布料褶皱

为了精化布料网格得到逼真的布料模拟效果,提出了一种基于机器学习的方法合成高分辨率布料褶皱.首先模拟真实的布料运动,获取布料运动的帧数据信息,将布料运动的帧数据信息转换为图像信息的形式进行存储.然后将图像信息作为输入,输入到卷积神经网络(CNN)中进行训练,通过将卷积神经网络与缩小网络相结合,最终得到高分辨率布料图像.最...     

结合动力学模拟的手绘服装动画生成

手绘服装动画是艺术化绘制风格与服装运动规律的结合体,将手绘风格与服装运动模拟相融合,提出一种高效生成具有手绘效果的服装动画方法.通过手绘图来指定服装动画的艺术效果,并基于逆向动力学原理,采用非线性优化方法从用户输入的手绘图中恢复出服装运动的动力学参数;在此基础上,设计实现了基于广义的中间帧插值方法和结合显式动作数据的外推方法,自动生成用户所期望的、与手绘图风格一致的服装动画序列.实验结果表明,该方法可有效地生成融合服装物理运动属性并保留动画师手绘风格的服装动画,显著提高了手绘服装动画的制作效率.     

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.