基于改进弹簧质点模型的织物模拟算法

提出了一种基于改进弹簧质点模型的织物模拟算法。该算法首先引进刚性杆代替结构弹簧,对弹簧质点模型进行了改进。其次基于改进的弹簧质点模型,实现织物模型的建立。将织物看成是由分布均匀的质点组成,通过对模型中的质点进行受力分析,建立织物的力学方程。最后运用显式欧拉方程法对模型质点的空间位移进行数值求解,并在求解过程中运用动态约束算法改善超弹性问题。实验结果表明,提出的方法在确保织物模拟稳定和效率高的基础上,实现了对织物的高效模拟。     

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。     

基于虚拟环境中织物碰撞检测仿真研究

研究织物碰撞检测真实性问题.碰撞检测应体现织物碰撞真实性.织物仿真方法普遍存在实时性不高、真实感不强等问题.针对传统的质点-弹簧模型容易产生超弹性现象,特别是在织物动感仿真中,为了实现真实性和快速性,提出了一种改进型的建模方法.先采用质点弹簧的方法对织物进行建模.首先对织物采用质点弹簧建模,然后采用混合层次包围盒的碰撞检测算法进行碰撞检测,对检测到得碰撞加以响应,用改进算法建模简单,充分利用包围球计算简单和紧密性好的优点来构建物体的混合层次包围盒结构.仿真结果表明,算法是有效可行的,提高了实时性和鲁棒性,性能优于传统碰撞检测算法,并实现了较强的真实感.     

基于质点约束算法的窗帘动态模拟

针对传统质点位置修正方法在处理超弹性现象时的布料抖动问题,提出一种基于质点—弹簧模型的质点约束方法。在每次迭代中只对拉伸最长的弹簧进行位置修正,其余过度拉伸的弹簧只作质点速度调整。算法以窗帘动态模拟为例,快速逼真地模拟了窗帘在外力作用下的飘动效果。实验结果表明,该方法能够抑制超弹性现象的发生,并能有效地避免布料不切实际的抖动,具有较强的稳定性。     

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.     

织物动感模拟的研究与实现

织物的动感模拟是虚拟现实、计算机动画以及3D游戏等领域中的一个热点问题。为了实现织物动感模拟的实时性和真实感,选用质点-弹簧模型进行物理建模。然而,质点-弹簧模型在应用中存在过度拉伸的问题,针对这个现象进行了处理,提出采用平滑过度的方法来解决此类问题。同时,提出了一种风力模拟算法,简化了运算,增强了织物在风中运动的显示效果。实验证明,这些方法使织物动感模拟达到了较强的实时性和真实感。     

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.     

基于改进质点弹簧模型下的布料实时仿真

布料模拟一直是计算机动画的研究热点.且对于虚拟现实技术有着重要意义.在以往的研究中,人们提出了许多模拟织物运动的方法,方法的一个主要缺点是复杂度高、计算效率低,无法满足交互设计和实时动画的要求.在经典质点掸簧模型的表示基础上结合Choi的布料模型,通过简化弹簧弯曲抗力的计算方法,合并了弹簧的结构力和剪切力,从而达到了简化了布料物理模型的目的,提高了模拟的速度.实验证明,采用经改进的质点弹簧模型可以得到实时稳定的布料仿真效果.     

虚拟肩关节镜手术中软组织形变的模拟

为实现虚拟肩关节镜手术中软组织的形变模拟,提出一种改进的质点-弹簧模型.通过自适应采样及K阶最邻近节点快速查询算法,建立表面质点密度高而中心质点密度低的拓扑结构模型,在传统质点-弹簧形变模型的基础上,增加防止弹簧翻转的复原力,采用计算统一设备构架实现图形处理器的加速.模拟结果表明,该模型能够实现较真实的形变模拟.     

基于改进弹簧-质点模型的柔性绳索仿真

针对虚拟吊装训练系统中柔性绳索模拟仿真时存在的实时性、逼真程度较差等问题,基于物理建模提出了一种蜂窝状弹簧-质点模型应用于绳索形变仿真.该模型依据绳索细长、柔韧等特点,将传统正方形弹簧质点网格改进为蜂窝状弹簧-质点模型,其由多簇六边形立柱状弹簧-质点包围而成,绳索各部分质量均匀分布,质点间设置4种弹簧模拟绳索内部弯曲、扭转、拉伸等形变特性;为加快求解速度同时保证精度要求,使用改进的Verlet-梯形预测-校正法对数值计算进行求解.仿真结果表明,文中模型是可行的;数值计算结果表明,Verlet-梯形预测-校正法在效率、精度方面均优于其他数值计算方法.     

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.     

基于质点-弹簧模型碰撞检测算法的改进

碰撞检测技术在织物的模拟等方面中有着广泛的应用.在采用质点-弹簧模型对柔性表面进行建模,对网格曲面进行三角划分后,为环境中的物体建立各自的方向包围盒(OBB).用改进的碰撞检测和自碰撞检测算法对柔性织物及其所处三维空间中的物体进行处理,提高了柔性织物动态仿真的速度.     

Mass-Spring Simulation using Adaptive Non-Active Points

This paper introduces an adaptive component to a mass-spring system as used in the modelling of cloth for computer animation. The new method introduces non-active points to the model which can adapt the shape of the cloth at inaccuracies. This improves on conventional uniform mass-spring systems by producing more visually pleasing results when simulating the drape of cloth over irregular objects. The computational cost of simulation is decreased by reducing the complexity of collision handling and enabling the use of coarser mass-spring networks.     

织物动态仿真中改进的粒子模型

针对三维织物动态仿真中存在的超弹性现象,考虑到织物的高度非线性材料性能,提出了一种改进的粒子模型。该模型内力表达式中不仅考虑了材料线性刚度的作用,而且增加了非线性项作用,使所建立的模型更加符合织物的物理特性。在外力计算方面,考虑了实际风力作用下粒子间存在的遮挡情况,并给出了相应的风力计算算法。仿真研究表明,该改进模型能较好地反映织物的力学性能,所获得模拟结果也更加真实。     

一种基于物理模型的布料湿润效果真实感模拟方法

通过分析布料和流体之间的相互作用与关系,本文提出了一种新的基于多孔粒子模型的布料湿润效果真实感模拟方法。该模型可以看作是一种改进的弹簧质点模型,借鉴粒子模型的一些基本概念,模型中采用了多孔粒子这一结构。该结构中的孔隙可以作为流体在布料中的存储空间,由于相邻多孔粒子中流体存储量不同,形成的毛细压强差推动流体在所有粒子中流动。同时,该模型按照达西渗流原理控制整个流体湿润布料的过程,并且根据相关粒子饱和度的不同选择不同的纹理,用映射不同纹理的方式表现湿润过程中布料材质的改变。该模型计算效率高,且具有很强的可扩展性。     

快速的布料碰撞检测和有效的接触摩擦算法

为了快速处理布料的碰撞检测并获得真实的接触摩擦仿真效果,提出一种基于罚函数的碰撞/接触解决方案.首先,采用质点-弹簧模型进行布料的仿真模拟,在弹簧形变方向添加改进的阻尼力,以减少粒子之间的振荡来保证系统稳定性;其次,采用代数非穿透滤波器对连续碰撞检测算法进行简化求解,快速判断是否存在方程根,提高布料每帧运行的仿真效率;最后,采用库仑约束和接触约束对每个碰撞/接触对进行约束,并结合改进的罚函数法有效地响应所有的碰撞/接触对.实验结果表明,该算法在CPU仿真环境下能快速有效地处理布料的碰撞和接触摩擦,模拟出布料复杂的物理行为,适用于实时的交互应用.     

基于可变积分步长的布料仿真

在布料仿真中,积分步长的大小直接影响仿真的效率和稳定性,因此采用较为常用的弹簧—质点系统建模,利用中点积分方法模拟布料的动态过程。在发生碰撞时,采用可变积分步长的方法提高系统的稳定性。实验表明,该方法在不影响仿真效率的情况下,提高了仿真的稳定性。     

基于自适应龙格-库塔方法的柔性织物仿真

采用经典的弹簧-质点模型,分析织物的运动微分方程,并采用自适应的龙格-库塔方法求解,实现了对织物实时的动态仿真,并给出了试验得到的结果。