| 【中文题名】 | 基于物理属性和计算机图形学的形变、断裂虚拟感仿真 |
| 【英文题名】 | Based Physics and Computer Graphics Simulation of Deformation and Fracture |
| 【学科专业】 | 计算数学 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2007-3-13 |
| 【中关键词】 | 物理模型,碰撞检测,有限元方法,形变,断裂, |
| 【英关键词】 | physical model,collision detection,finite element method,deformation,fracture, |
| 【分类导航】 | 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 |
| 【论文摘要】 |
基于物理属性的虚拟感仿真是计算机图形学近几年来的一个热点问题。它能为使用者提供更好的仿真体验,乃至驱动仿真环境的情节发展。一方面它广泛地应用于高质量影视制作和游戏制作中,另一方面为了摆脱离线动画的千篇一律,让整个仿真体验得到提高,在仿真交互环境中它也成为一项重要的技术。然而由于物理属性自身的复杂性,数值计算的复杂性,使得完全符合物理规律的虚拟感仿真又是不可能的,所以利用计算机图形学知识结合部分基于物理属性的方程,成为构造视觉真实感的主要方法。本文主要工作就是试图在物理属性模拟真实感和计算效率间寻找一个较好的平衡点,从而建立三维物体的物理真实感仿真系统。
本文的研究工作主要是:实时碰撞检测、简化刚体动力学和线弹性形变、断裂有限元解算三个模块。实时碰撞检测模块是后续模块必不可少的前期准备,它决定了后续方程的边界或者初始条件。简化刚体动力学模块主要通过把物体接触过程简化成固定的几种限制方程来提高计算效率。线弹性形变、断裂有限元解算模块利用了现有工程计算常用的有限元计算方法,结合计算机图形学中对三维网格的细分分裂方法完成物理真实感的仿真。本文为今后的物理虚拟真实感仿真工作做出了有益的尝试。 |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
4-5 |
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Abstract |
5-9 |
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第1章 绪论 |
9-12 |
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1.1 引言 |
9 |
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1.2 论文研究背景 |
9-11 |
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1.2.1 虚拟现实技术 |
9-10 |
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1.2.2 研究现状 |
10-11 |
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1.3 本文的研究内容和意义 |
11 |
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1.4 本章小结 |
11-12 |
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第2章 基于OBB的碰撞处理 |
12-17 |
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2.1 引言 |
12 |
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2.2 OBB相关知识 |
12-14 |
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2.2.1 OBB定义 |
12-13 |
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2.2.2 OBB的创建 |
13 |
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2.2.3 OBB/OBB相交测试 |
13-14 |
|
2.2.4 创建OBBTree |
14 |
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2.3 OBB树的优化与性能对比 |
14-15 |
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2.4 本章小结 |
15-17 |
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第3章 简化的刚体动力学模型 |
17-22 |
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3.1 引言 |
17 |
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3.2 刚体的动力学属性 |
17-18 |
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3.2.1 速度的描述 |
17-18 |
|
3.2.2 运动方程 |
18 |
|
3.3 速度约束方程 |
18-21 |
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3.3.1 球头关节约束 |
19 |
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3.3.2 铰链约束 |
19-20 |
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3.3.3 活塞滑动约束 |
20-21 |
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3.4 本章小结 |
21-22 |
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第4章 基于线弹性力学的形变、断裂模型 |
22-39 |
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4.1 引言 |
22 |
|
4.2 线弹性力学知识 |
22-27 |
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4.2.1 物体构形(Configuration) |
22-23 |
|
4.2.2 应力应变理论 |
23 |
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4.2.3 格林应变 |
23-25 |
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4.2.4 微分形式的平衡方程 |
25-26 |
|
4.2.5 积分形式的运动方程—虚功方程 |
26-27 |
|
4.3 本构理论 |
27-28 |
|
4.3.1 引言 |
27 |
|
4.3.2 本构关系的基本原理 |
27-28 |
|
4.3.3 弹性介质的本构关系 |
28 |
|
4.4 物体的形变求解 |
28-33 |
|
4.4.1 线弹性力学问题的基本方程 |
28-30 |
|
4.4.2 有限单元法求解方程 |
30-33 |
|
4.5 物体的断裂求解 |
33-38 |
|
4.5.1 断裂模型 |
33-36 |
|
4.5.2 基于四面体分裂的断裂仿真 |
36-38 |
|
4.6 本章小结 |
38-39 |
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第5章 仿真系统的实现 |
39-47 |
|
5.1 引言 |
39 |
|
5.2 计算图形学基本知识 |
39-42 |
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5.2.1 图形绘制管线 |
39-41 |
|
5.2.2 基本变换 |
41-42 |
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5.3 系统仿真的实现 |
42-46 |
|
5.3.1 程序算法模块结构 |
42-44 |
|
5.3.2 系统运行实例 |
44-46 |
|
5.4 本章小结 |
46-47 |
|
结论 |
47-48 |
|
参考文献 |
48-52 |
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附录 |
52-58 |
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攻读学位期间发表的学术论文 |
58-59 |
|
致谢 |
59 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.366348 |
