非均质及样例材料的形变体仿真算法
发布时间：2021-07-22 05:27
形变体仿真是基于物理的仿真方法中非常重要的分支,在虚拟现实、影视动画、游戏等相关产业应用广泛。现有的形变体仿真领域在材料的选择、形变效果、数值求解方法以及效率等各方面已经取得一定的研究成果。本文主要从形变体材料选择方面考虑模拟更复杂的非均质材料、基于样例的材料;从数值模拟方法方面利用物质点法和有限元法;扩展了物质点法的模拟范围,加快了利用有限元法模拟具有不同拓扑结构的样例材料的仿真效率。在基于物理的仿真领域,近几年流行的物质点法已经成为一种越来越重要的仿真方法,但物质点法对于模拟形变体尤其是自然界普遍存在的非均质材料还存在一些不足。当模拟非均质材料时,同一网格内部包含多种材料的粒子,由于背景网格与粒子之间的插值只考虑粒子的几何位置而不包含物质属性信息,导致不同属性的粒子在网格内部表现为“平均化”的运动趋势。为了弥补这一不足,本文提出了一种模拟非均质弹性材料的仿真方法。在预处理过程中将仿真物体离散表示成粒子,针对不同属性粒子的分布,建立物质边界并确定边界粒子,仿真过程中动态更新边界粒子的位置;并提出引入粒子影响域,区分网格内部具有不同属性的粒子,增加网格内部计算自由度;根据物质边界粒子的...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
仿真在影视领域的应用
制作的效果以及后期制作的周期都有着重要的意义。a) 《冰雪奇缘》雪的模拟[1]b) 《疯狂动物城》毛发模拟[2]图 1-1 仿真在影视领域的应用Fig. 1-1 The simulation applications in movies维游戏。时间效率是阻碍基于物理的仿真方法在游戏领域应用的最物理真实的形变体仿真必然带来时间成本的开销。目前在游戏领域的应用最广的还是质点弹簧系统以及基于位置的动力学等能够达到实时法，虽然没有完全达到物理真实的效果，但从一定程度上展现形变体相信随着硬件技术的更新换代以及仿真技术的提高，更真实的模拟手的应用会越来越广泛。如图 1-2 所示为仿真方法在两款游戏产品中的
第 1 章 绪 论(3) 虚拟医学工程等领域。随着力触觉反馈设备的应用以及虚拟仿真平台的，物理仿真方法在虚拟医学、虚拟制造、虚拟驾驶等行业应用越来越广泛对虚拟仿真技术的需求，促进了越来越多的研究人员对仿真方法的改进和的扩展，其中虚拟外科手术是基于物理的模拟技术在医学领域的重要应用含流体的仿真也包含模拟肝脏、肌肉、纤维等非均质、各向异性材料的仿域是近几年仿真领域面向应用的研究热点之一。借助虚拟外科手术系统以配等工程仿真系统，相关技术人员可以在虚拟设备和环境中学习如何进行操应对突发状况的能力，具有非常重要的实用价值。如图 1-3 所示，展示腿部后血液流动模型以及血液从管道里流出的仿真实验。
【参考文献】：
期刊论文
[1]数字几何处理中Laplace-Beltrami算子的离散化理论与应用研究综述[J]. 范典,刘永进,贺英. 计算机辅助设计与图形学学报. 2015(04)
[2]3D打印中的几何计算研究进展[J]. 刘利刚,徐文鹏,王伟明,杨周旺,刘秀平. 计算机学报. 2015(06)
[3]Three-Dimensional Multi-mesh Material Point Method for Solving Collision Problems[J]. PAN Xiao-Fei~1 XU Ai-Guo~(1,+) ZHANG Guang-Cai~1 ZHANG Ping~1 ZHU Jian-Shi~1 MA Shang~2 ZHANG Xiong~21 Laboratory of Computational Physics,Institute of Applied Physics and Computational Mathematics,P.O.Box 8009-26,Beijing 100088,China2 School of Aerospace,Tsinghua University,Beijing 100084,China. Communications in Theoretical Physics. 2008(05)
本文编号：3296531
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：118 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
仿真在影视领域的应用
制作的效果以及后期制作的周期都有着重要的意义。a) 《冰雪奇缘》雪的模拟[1]b) 《疯狂动物城》毛发模拟[2]图 1-1 仿真在影视领域的应用Fig. 1-1 The simulation applications in movies维游戏。时间效率是阻碍基于物理的仿真方法在游戏领域应用的最物理真实的形变体仿真必然带来时间成本的开销。目前在游戏领域的应用最广的还是质点弹簧系统以及基于位置的动力学等能够达到实时法，虽然没有完全达到物理真实的效果，但从一定程度上展现形变体相信随着硬件技术的更新换代以及仿真技术的提高，更真实的模拟手的应用会越来越广泛。如图 1-2 所示为仿真方法在两款游戏产品中的
第 1 章 绪 论(3) 虚拟医学工程等领域。随着力触觉反馈设备的应用以及虚拟仿真平台的，物理仿真方法在虚拟医学、虚拟制造、虚拟驾驶等行业应用越来越广泛对虚拟仿真技术的需求，促进了越来越多的研究人员对仿真方法的改进和的扩展，其中虚拟外科手术是基于物理的模拟技术在医学领域的重要应用含流体的仿真也包含模拟肝脏、肌肉、纤维等非均质、各向异性材料的仿域是近几年仿真领域面向应用的研究热点之一。借助虚拟外科手术系统以配等工程仿真系统，相关技术人员可以在虚拟设备和环境中学习如何进行操应对突发状况的能力，具有非常重要的实用价值。如图 1-3 所示，展示腿部后血液流动模型以及血液从管道里流出的仿真实验。
【参考文献】：
期刊论文
[1]数字几何处理中Laplace-Beltrami算子的离散化理论与应用研究综述[J]. 范典,刘永进,贺英. 计算机辅助设计与图形学学报. 2015(04)
[2]3D打印中的几何计算研究进展[J]. 刘利刚,徐文鹏,王伟明,杨周旺,刘秀平. 计算机学报. 2015(06)
[3]Three-Dimensional Multi-mesh Material Point Method for Solving Collision Problems[J]. PAN Xiao-Fei~1 XU Ai-Guo~(1,+) ZHANG Guang-Cai~1 ZHANG Ping~1 ZHU Jian-Shi~1 MA Shang~2 ZHANG Xiong~21 Laboratory of Computational Physics,Institute of Applied Physics and Computational Mathematics,P.O.Box 8009-26,Beijing 100088,China2 School of Aerospace,Tsinghua University,Beijing 100084,China. Communications in Theoretical Physics. 2008(05)
本文编号：3296531
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