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随着社会的不断进步,以及计算机技术的蓬勃发展,计算机虚拟生物应运而生,且已成为目前计算机技术研究中的一项尤为重要的课题。为了使虚拟生物模型具有较高的真实度,并保证虚拟生物的运动符合其在自然界中的物理规律,本文在为虚拟生物建模时,参考其在自然环境中的基本属性,如长度、弹性、转动惯矩等,采用运动力学方法使其自动产生运动效果,这样虚拟环境中运动物体的真实度能够得到有效地加强。 本文以虚拟鱼为例,对其进行运动建模并实现其简单动作的动画。基于刚体骨骼驱动的模型能够展示生物体的躯干肢体的运动形态,而柔性物体变形的模型却能够较好的展示出其形变。对此,本文提出了一种基于刚体骨骼的运动学模型与柔性物体变形模型中的离散建模相结合的运动学方法来构建虚拟鱼模型。根据鱼的一般形态结构和一般运动行为方式,确定虚拟鱼的刚体骨骼结构模型;考虑到鱼体表面可变形的特点,运用“质点—弹簧—阻尼”系统来构建虚拟鱼的基于柔性物体形变的运动模型。 通过对鱼类进行生物力学分析,得出虚拟鱼的运动方程是一组耦合的二阶常微分方程。据此,本文给出一种既简单又可靠的半隐式仿真算法来确保虚拟鱼的动态行为符合客观规律。将鱼类的身体/尾鳍推进模式与中央鳍对鳍模式进行对比分析,选择更加符合我们研究的尾鳍推进模式来对尾鳍运动学参数与受力情况进行分析,构建出尾鳍运动的推力方程,实现虚拟鱼的运动控制,给出虚拟鱼的基本动作算法,进而运用面向对象的碰撞检测方法实现虚拟鱼的碰撞检测。 最后,本文采用多边形建模的方法来对虚拟鱼进行几何建模,结合使用3DMAX与OpenGL实现虚拟鱼的几何模型与运动模型的相互融合,最终使虚拟鱼的简单动作的动画得以实现。