基于改进质点-弹簧模型的图像变形仿真方法

为了满足仿真系统中对仿真的实时性和视觉效果上的真实性要求,提出了一种改进的质点-弹簧模型,采用传统的质点-弹簧模型与虚拟弹簧共同表征图像的表面,利用Verlet数值积分更新图像变形期间的质点位置,使用双线性插值技术实时绘制出动态变形的效果.在OpenGL环境下对改进的3D质点一弹簧模型进行了仿真实验,实验结果表明所提模型能逼真地模拟出图像变形的效果.     

一种用于力觉再现的柔性体变形仿真弹簧-质点模型

提出一种新型的在虚拟现实中可实现的弹簧-质点力/变形模型.它按质点连接顺序划分层次,以受力网格为第1层,构建类似同心环状的弹簧-质点系统.施力刚体以点接触的方式与柔性体进行力交互作用.运用虚功原理,结合施力刚体与受力柔性体组成的系统中虚拟力和质点位移的关系,区别于以往对局部变形的研究,对柔性体进行全局变形分析.柔性体变形是整个柔性体表面质点在力平衡条件下位移变化累加的结果.利用DELTA 手控器对柔性体的接触变形以及实时虚拟力反馈进行仿真,实验表明所提出的方法适用于柔性体的力反馈计算,满足精细作业对虚拟现实系统的要求.     

基于弹簧质点模型的织物变形仿真技术

讨论了一种基于弹簧质点模型的织物变形仿真技术，并提出了一种变形约束技术．在建立弹簧质点模型的基础上，通过受力分析得到织物变形的动力学方程，采用Runge-Kutta算法结合变形约束求解其方程，实现了织物变形仿真．用很少的运算时间取得了满意的仿真结果，证明了本弹簧质点模型的实时性．     

基于弹簧模型的柔性机械手动力学建模及仿真

针对目前柔性机械手动力学建模方法计算复杂和精度难以控制的问题,提出一种新的基于弹簧和刚体的单杆柔性机械手模型的动力学建模方法.该方法通过简化杆件,将杆件分解为若干由弹簧连接的刚体,引入弹簧的弹性势能代替杆件实际变形产生的弹性势能,代入拉格朗日方程建立柔性机械手动力学模型.基于该动力学模型完成机械手末端运动轨迹及机械手运动角度、角速度的计算机仿真,并将仿真结果与应用二阶假定模态法建立的机械手动力学模型得到的结果比较,验证了新模型的可行性.     

航海模拟器中基于物理方法实现旗子的动态仿真

为提高模拟器中旗子仿真视景的真实性,基于物理方法,考虑风向、船速和航向等因素对旗子的影响,编写C++程序实现旗子的动态模拟.根据简化的弹簧-质点模型,实时分析每个质点的受力,运用显示欧拉法计算质点的三维空间位置,使用OpenGL纹理映射技术实现旗子在不同风级下的飘扬效果.     

地下支护新型管幕结构横向刚度的等效方法与实例验证

地下支护新型管幕结构具有异型断面和复杂界面相互作用的特点,使得大型地下施工开挖数值模拟的开展较为困难.本文建立了地下支护新型管幕结构的数值计算模型,基于面积和刚度等效原理,将新型管幕结构管内和管间两部分简化为两种弹性材料,通过理论计算与数值模拟相结合的方法分别确定了两种材料的弹性模量.结合实际工况,根据上述横向刚度等效方法对沈阳某地铁车站采用新型管幕结合PBA工法施工工况进行数值建模,分析了土体和结构的力学响应规律.采用弹簧模拟管幕结构和土体相互作用,探究了原模型和其简化模型的结构受力和整体变形规律.研究结果表明:简化模型能够反映原模型中管间连接薄弱的特点,两种模型的受力分布和横纵向变形较为吻合且误差较小;同时两种模型弹簧变形所对应的土体压缩量占结构变形的比例相近,二者的偏差率在1.55%以内.研究结果可为新型管幕支护的大型开挖数值模拟分析提供依据.     

虚拟吊装训练系统中柔性吊索建模方法研究

在虚拟吊装训练系统中,为了进行柔性吊索的动态实时模拟,提出了一种基于改进弹簧-质点模型的虚拟吊索建模方法。通过定义非线性弹簧,增强了吊索运动过程中的物理真实性。利用物理跟几何相互融合的方式进行建模,并采用将发生碰撞的吊索质点退回到上一时刻位置的方式,来进行虚拟吊索的快速碰撞处理。利用此方法对虚拟吊装系统中的柔性吊索进行建模仿真,不仅能够满足柔性吊索物理与几何的真实性,还能够达到吊装系统的实时性要求。     

基于弹簧-质点模型的动态织物仿真技术

针对织物物理建模的计算效率和稳定性问题,提出基于约束的织物弹簧一质点模型。以简单几何实体球和圆柱为例,说明处理织物可变形体与环境对象碰撞的总体策略,结合实体碰撞对物理模拟流程进行总结性描述。同时,本文还提出了与已有建模方法进行了改进,即该模型并不包含对内力和质点速度项的显式计算,从而大大减少了计算量,在保证系统稳定性的前提下,较好的提高了计算效率。     

固定-固定型弹簧质点系统的能量约束问题

基于子系统物理参数和系统惯性能量约束讨论了固定-固定型无阻尼弹簧质点系统的构造问题,通过求解一类广义逆特征问题获得了弹簧刚度和质点质量的计算表达式,并给出了算例.     

冷弯薄壁型钢组合墙体简化计算模型研究

组合墙体作为冷弯薄壁型钢结构体系的主要承重和抗侧力构件，其受力性能对房屋整体结构抗震性能的影响应重点关注. 基于此，建立冷弯薄壁型钢组合墙体简化计算模型，采用非线性对角弹簧模拟分析组合墙体的剪切变形，设置梁式杆件模拟分析组合墙体的弯曲变形，且墙体门窗洞口的影响也可在模型中体现. 借鉴日本规范建议的墙体等代拉条法，推导出简化计算模型中对角弹簧轴向刚度的计算方法. 结合组合墙体拟静力加载试验，验证了组合墙体简化计算模型的正确性，该模型满足基于弹性的设计要求，不适用于结构的弹塑性分析. 最后，基于组合墙体的简化计算模型，参照振动台试验试件建立了3层冷弯薄壁型钢结构房屋的有限元模型，通过弹性动力时程分析验证了组合墙体简化计算模型的正确性，可为轻钢结构的抗震设计提供参考.     

基于时间序列的虚拟接触力的建模方法研究

为了同时提高力觉再现系统中力觉模型的实时性和精度,提出了一种基于时间序列的虚拟力预测算法用于改进弹簧质点接触力/变形模型.该模型不仅研究力与变形的关系,而且还考虑力的历史变化.对不同的接触对象,测量接触力随时间的变化,根据实际测量数据,建立AR模型,在物理模型计算的时间间隔内用AR模型预测虚拟力.实验结果表明, 和以往仅考虑力与变形关系的力/变形物理模型相比,加入时间序列预测的模型,能提高力觉再现的刷新频率,同时保证较高的精度.     

一类柔软物体悬垂的实时模拟技术

使用质点-弹簧(MS)模型来表示一类柔软物体(如织物)可能是一种最简单和直观的建模方案．显式尤拉方法是使用MS模型来产生动态效果的最简单方法，但该方法的严重缺陷在于算法本身的不稳定性．隐式积分方法是一种可行的算法，但关键要寻找一种有效的方法求解引入的大型线性系统．本文提出了一种基于雅可比迭代法的隐式数值积分算法，通过理论证明和分析，该算法稳定地更新n个质点的状态所需时间复杂度为O(n)，较已有的隐式积分算法有了很大的改进．     

Dynamical simulation of cornea deformation in laser surgery

A dynamical simulation method is presented to model the cornea deformation in surgery of laser thermokeratoplasty. The virtual cornea is constructed as a mass-spring system. The corneal surface tension is simulated by damping spring stretch between mass points on the cornea model. The aqueous humor in the eyeball is modeled as ideal gas, and the intraocular pressure is simulated by gas pressure. The coagulation force is exerted on each photocoagulation spot to demonstrate its collapse caused by the condensation of corneal soft tissue irradiated by laser. An extra viscous drag force is added to each mass point to weaken the mass point oscillation. The use of the effective time-corrected Verlet integral method brings about flowing and stable dynamic simulation procedures. The simulation results show that, comparing to the undeformed model, the curvature of the region between the optical center and photocoagulation spot increases obviously. Moreover, the shape of the deformed virtual cornea is much similar to that of the real cornea after surgery.     

Virtual Garment Sewing

Introduction3D garment CAD tools are increasingly required byclothing industries to assist the cloth design andmanufacturing process for quick response when faced withrapidly changing in style and fabrics with variable materialproperties. In the context of virtual prototyping, modelingand simulation of garment fitting to mannequin areattracting more and more people from both research andindustrial communities.Different approaches and techniques can be used…     

软组织形变算法仿真改进研究

 针对以表面网格表示的软组织形变过程中受力点最近邻质点求取算法存在的不足,提出了基于随机点搜索平面最近邻质点的改进算法.该算法将以往穷举集合的方式改为随机点树形搜索方式,使得算法减少了受力点与各个质点之间的距离大小的比较次数,在模拟平面组织形变时具有较好的实时性.实验表明,面积匹配算法结合质点弹簧算法能很好地模拟软组织形变的过程,达到良好的实时与准确性.     

Real—time Animation Technique for a Kind of Non—rigid Objects

A real-time animation technique for a kind of non-rigid objects,flexible and thin objects,is proposed,which can update with statility the state of n mass points of the mass-spring(MS) model with time complexity of O(n).The new implicit numerical integration technique of the authors,which is based on a simple approximation of the linear system,has great advantages over the existing implicit integration methods.Moreover,experiment shows that the new thechnique is highly efficient in animating a kind of non-rigid objects,and suitable for the draping module of the 3D garment CAD system.     

An Efficient Way of Fabric Simulation

A particle system model is presented for the simulation of fabric draping. The interaction of each particle is based on a refined mass-spring structure. Regarded the fabric material as an orthotropic continuum, the refinement of our model is focused on the construction of mechanical responses of bending and shearing springs by means of a piecewise polynomial approximation of KES-F testing data. In this way, the draping figure of a silk fabric, a wool fabric and a polyester fabric are simulated. The static final shape and animation of simulation proves that our model has developed an efficient technique on real fabric-drape modeling, and the little computation time of the simulation execution on a PC with Celeron 450 CPU may meet the requirement of real-time simulation.     

一种改进的质点-弹簧织物建模与仿真

分析了织物的拉伸性质、剪切性质及弯曲性质等物理特性,根据织物拉伸形变过程中受力与形变程度关系的非线性特征,提出了改进的质点-弹簧织物模型,使弹性系数分段线性化,有效解决织物仿真中超弹性的问题,提高了织物仿真的真实感.     

Rendering Grass Blowing in the Wind with Global Illumination

We have simulated a time varying wind field using the lattice Boltzmann model, and its effect on blades of grass with a simple mass-spring model. We present a global illumination model for multiple scattering of incident sun and sky illumination within the field of grass. We model the grass as a continuous distribution of infinitesimal colored scattering flakes and solve a system of differential equations for the radiance transport. We repeat this for a collection of grass bending directions and amounts, an...