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基于OSG的实时布料仿真

作　者: 武继银
导　师: 潘荣江
学　校: 山东大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 实时布料仿真 质点-弹簧模型 碰撞检测与响应 层次四叉树 OSG
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 217次
引　用: 4次
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内容摘要


过去几十年里,计算机动画一直是人们研究的热点,实时仿真运动的布料是计算机动画的重要组成部分,吸引了越来越多的研究。虽然布料仿真非常重要,并且已经有了大量的研究,但快速、理想的布料仿真直到现在仍然是一个挑战。论文介绍了基于物理模型的实时布料仿真技术,包括建模、运动控制、碰撞检测与碰撞响应,提出了基于层次四叉树的碰撞检测方法,提高检测效率。论文的主要研究内容及贡献包括以下几个方面:首先,介绍了布料的质点-弹簧模型和其它建模方法,分析了各种建模方法的优缺点,在此基础上改进了经典的矩形质点-弹簧模型,利用经典的牛顿力学模型和运动学定律分析该模型的受力情况,引入了扰动力增加模型的柔性,建立布料的运动学仿真方程,给出了模型中质点所受内力、外力的表达式和求解方法。然后,分析了实时布料仿真中的碰撞检测与响应技术,讨论了技术难点,在详细分析了矩形布料的特点后,提出了基于层次四叉树的碰撞检测算法。实时布料仿真技术的碰撞检测包括布料与场景内物体的碰撞检测和布料自身的碰撞检测,在布料与场景内物体的碰撞检测中,我们为布料块的包围球建立了一棵层次四叉树,基于层次四叉树测试布料是否与场景内物体发生碰撞,在布料自身的碰撞检测中,我们又利用布料的三角形表面曲率创建布料表面法向量的包围圆锥,并把包围圆锥的信息附加到层次四叉树的节点中,简化布料自身的求交计算,进一步提高了布料自身碰撞检测的效率。最后,简要介绍了跨平台开源图形开发软件包OSG(OpenSceneGraph)的特点,分析了实时布料仿真的特点,给出了算法的工作流程,在OSG环境支持下实现了该算法,给出了系统的运行若干实例。实验证明,本文给出的实时布料仿真技术可以仿真的布料实时运动效果,减少刚性太强等失真现象,提高了碰撞检测的计算效率,在绘制速度和真实感方面都取得了较好的效果。

全文目录


摘要  8-10
ABSTRACT  10-12
第一章 绪论  12-16
  1.1 研究背景  12-13
  1.2 研究现状  13-14
  1.3 论文的主要工作  14
  1.4 论文的组织结构  14-16
第二章 质点-弹簧模型  16-22
  2.1 布料的物理特性  16-17
  2.2 布料的建模方法  17-18
    2.2.1 基于几何的建模方法  17
    2.2.2 基于物理的建模方法  17-18
    2.2.3 混合的建模方法  18
  2.3 质点-弹簧模型  18-22
    2.3.1 质点-弹簧模型简介  19
    2.3.2 质点-弹簧模型  19-22
第三章 布料的实时仿真  22-32
  3.1 力学模型  22-27
    3.1.1 内力  22-24
    3.1.2 外力  24-25
    3.1.3 扰动力  25-27
  3.2 模型求解  27-32
    3.2.1 显式欧拉法  29-30
    3.2.2 中点法  30
    3.2.3 Runge-Kutta方法  30-32
第四章 基于四叉树的碰撞检测  32-48
  4.1 碰撞检测方法概述  32-34
  4.2 基于四叉树的碰撞检测  34-41
    4.2.1 四叉树的创建  34-38
    4.2.2 布料与场景内物体的碰撞检测  38
    4.2.3 布料自身的碰撞检测  38-41
  4.3 基本几何元素的碰撞检测  41-44
    4.3.1 三角面片求交测试  41-42
    4.3.2 求交点  42-43
    4.3.3 判断交点是否在三角形内  43-44
  4.4 碰撞响应  44-48
    4.4.1 布料与场景内物体的碰撞响应  45-47
    4.4.2 布料自身的碰撞响应  47-48
第五章 基于OSG的实时布料仿真实现  48-55
  5.1 OSG简介  48-49
  5.2 实时布料仿真实现  49-50
  5.3 实时布料仿真实例  50-55
    5.3.1 风中的窗帘  51
    5.3.2 桌布  51-54
    5.3.3 布料的自身碰撞  54-55
第六章 总结与展望  55-57
  6.1 总结  55-56
  6.2 展望  56-57
参考文献  57-62
致谢  62-63
硕士期间发表论文与参与项目  63-64
学位论文评阅及答辩情况表  64

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 计算机仿真
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