布料撕裂及与流体碰撞检测算法的研究与改进

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计算机图形学中,布料与流体的交互应用十分广泛,在影视娱乐、医疗仿真等领域都有涉及。布料与流体的运动过程在物理上具有不同的特征,发生碰撞时,它们之间的相互作用更是增加了彼此运动的复杂性,其中比较常见的问题包括流体穿透布料、布料自身的穿透和碰撞时布料的撕裂现象。在一些应用程序中,布料与流体的碰撞检测不仅强调准确性,更要求达到实时。所以要满足上述需求,就必须对传统的碰撞检测方法进行修改或提高计算效率。
  首先,结合质点弹簧模型与基于位置的动力学方法对布料进行建模,取消质点之间弹簧的内力作用,引入拉伸约束和弯曲约束对质点进行控制,对发生碰撞的质点的位置和速度进行修正。通过降低仿真精度优化verlet积分,以模拟出更快速的布料流体碰撞现象。
  其次,通过膨胀式连续碰撞检测方法检测布料与流体之间的碰撞,使用改进的基于惩罚的接触力处理碰撞响应,增加交互因子记录布料与流体的首次接触时间。并采用在时间片内扩张的k-DOPs层次包围体对布料自碰撞进行检测,引入约束处理自碰撞响应。
  然后,增加布料撕裂效果,对基础撕裂方法进行优化,为布料质点设置撕裂阈值,预测质点的撕裂轨迹,并通过撕裂阈值计算得到撕裂阻尼,用于消除撕裂过程中的布料抖动现象。布料与流体发生碰撞后,布料质点与流体粒子产生的作用力会进行叠加,系统会根据约束动力学和碰撞力的数值计算,对布料质点和流体粒子的位置和速度进行更新,实现布料与流体的运动过程模拟。
  最后,在硬件系统为Intel i7-4790的CPU和显卡为NVIDIA GeForce GTX750Ti上进行仿真实验,使用Unity物理引擎并结合c#语言,开发完成了布料撕裂及与流体的碰撞检测实验。
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