简化质点弹簧模型在牙龈变形仿真中的应用

在分析常用建模方法的基础上,采用简化质点弹簧系统的物理建模技术,研究了简化质点弹簧系统的动力学方程及方程组的求解.根据STL文件牙齿模型的特点给出了简化质点弹簧系统的数据结构,并通过渗透深度来控制计算量和准确度.实验表明,该变形模型能实时计算描述动态变形过程,达到了较好的仿真显示效果.     

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．     

索杆铰接式伸展臂柔性索变形仿真

对索杆铰接式伸展臂中的柔性索部件进行仿真模拟,采用传统弹簧质点模型方法建立绳索模型,将此三维网格模型作为标量场,通过改变三角网格所对应的梯度场和散度,并利用泊松方程在Eigen以及OpenGL的支持下实现柔性索的模拟变形。针对弹簧质点模型受到弹簧长度制约而导致的绳索不连续情况进行优化提高仿真效果,具备实时的仿真交互能力。实验结果表明,柔性索的模拟变形仿真具有较好的细节效果,能够更加平滑的模拟柔性索,并且在数值计算上更加精确。     

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.     

服装虚拟仿真系统研究

通过分析服装虚拟仿真的基本步骤,给出了改进的质点-弹簧模型和服装真实感模拟方程,并对动态系统进行了求解.重点针对服装仿真中存在的碰撞检测效率低和统一分辨率不能满足真实感仿真这两个关键问题,对原有算法从多方面提出了改进.用改进后的算法实现的服装虚拟仿真系统效果逼真,生成画面的真实感比较满意.     

按压胆囊的微创手术操作仿真

针对使用机器人进行腹腔微创胆囊手术仿真时胆囊的变形问题,研究了按压胆囊时胆囊的变形过程.建立了胆囊及其附属管路的几何模型,针对该几何模型建立了基于弹簧-质点模型的力学模型.提出了使用手术器械按压胆囊时的手术仿真算法,对该仿真算法进行了验证.图形反馈表明该算法可以实现胆囊及其附属管路的按压操作仿真,其图形反馈较为真实,实时性也较好.仿真结果表明:该算法可用于医学仿真,可实际应用于胆囊及其附属管路的操作仿真.     

真实感人体头部建模方法研究

在虚拟环境中，对人体头部变形曲面提取特征并参数化，建立基于弹簧质点系统的标准几何模型；借助重叠图像拼接技术形成纹理图像；根据纹理图像调整几何模型特征参数，配准图形和图像形成特定的变形几何模型，再把拼接图像纹理映射到变形几何模型上，得到一种真实感人体头部模型。     

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.     

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.     

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.