织物形变和自碰撞物理仿真方法的研究与实现

admin · 发表于 2022-9-29 13:24:57

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近十几年来，柔性织物仿真逐渐成为计算机图形学领域的研究热点。虽然该领域已经有了大量的研究，但是快速逼真的织物模拟依旧是一项具有挑战性的工作，具有重要的理论研究价值和实际应用背景。本文深入研究了织物物理仿真中的织物形变和自碰撞处理的方法，主要的研究内容和取得成果如下：本文对织物形变仿真的力学模型，尤其对织物形变产生的弹性力的计算方法作了深入的研究，通过实验分析验证了两种基于有限元模型的织物弹性力计算方法，包括直接累加法和整体刚度矩阵法，实验结果表明，整体刚度矩阵法的仿真效果更接近于真实效果。本文对织物仿真的常用数值积分方法，包括显式欧拉法和隐式方法进行了实验对比分析，并在综合考虑算法效率、稳定性和收敛速度等因素的基础上，给出了一种适合本文力学模型特点的显隐式结合的混合积分方法。针对织物仿真的“超弹性”现象，本文给出了一种适用于线性有限元模型的织物形变约束方法，该方法根据有限单元的应变大小，分段地调整单元弹性模量，模拟织物形变的非线性性质。实验结果表明，该方法有效地约束了织物的过度形变。最后，针对织物动态仿真中的织物自碰撞、织物与环境物体它碰撞的处理题目，本文给出了一套优化策略。在粗略检测阶段，本文给出了一种适用于四叉包围盒树的连续法向量锥法，该方法将两两子树间的法向量锥信息用于四叉包围盒树的剪枝，能够过滤掉更多的不可能相交的区域，从而提高算法效率。在精确检测阶段，本文给出了一套合理的步长内基元检测策略，在有效地保证碰撞检测结果的正确性前提下，提高了算法的效率。在碰撞响应阶段，本文结合冲量补偿模型和接触面受力模型计算碰撞响应，能够模拟非弹性碰撞和库伦摩擦的效果。

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