基于双弯曲质点弹簧系统的Waterbomb铺嵌快速模拟
发布时间：2022-01-06 08:10
通过对Waterbomb铺嵌模型的结构分析,提出双弯曲质点弹簧系统并对其进行模拟。根据与棱相邻的三角形面片是否对称,将Waterbomb铺嵌模型的非边界棱（边）归为两类,建立两类弯曲弹簧,设置不同的弯曲弹性系数,该质点弹簧系统被称为双弯曲质点弹簧系统。然后运用隐式欧拉法和块坐标下降法求解最小化问题,得到下一时刻物体运动变形的速度和位置,实现对Waterbomb铺嵌模型快速、稳定和准确的模拟。实验证明,在误差允许范围内,该算法速度快于牛顿法。相比单弯曲（基本）系统,双弯曲质点弹簧系统提升了模拟稳定性、真实性,并减小了误差。
【文章来源】：软件导刊. 2019,18(01)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
waterbomb折纸铺嵌2.2双弯曲质点弹簧系统
第1期图9单弯曲和双弯曲质点弹簧系统相对误差比较×10-4图10单弯曲和双弯曲质点弹簧系统绝对误差比较5.2.3参数确定首先，在单弯曲质点弹簧模型上，对模拟Waterbomb铺嵌模型的参数进行初步确定；然后，根据Waterbomb铺嵌模型结构特征，建立双弯曲质点弹簧系统。实验结果证明，相对于单弯曲质点弹簧系统，双弯曲质点弹簧系统的稳定性更好、误差进一步降低；最终选择模拟参数为：相同弯曲弹性系数等于5、不同弯曲弹性系数等于10、迭代次数等于15。此时，算法模拟速度快于牛顿法。6结语本文根据基本质点弹簧模型确定参数范围，为Waterbomb铺嵌的每条边均建立结构弹簧，并以每条非边界边为基础建立弯曲弹簧。采用隐式欧拉法和块坐标下降法（或交替优化法）求解方程，得到物体运动变形的下一位置坐标。通过对实验效果的误差及稳定性分析发现，当迭代次数为15、弯曲弹性系数小于等于10时，模拟效果稳定、误差在允许范围内且效果真实。然后，根据与棱相邻的三角形面片是否对称，将非边界棱归为两大类，并设定不同的弯曲弹性系数，建立双弯曲质点弹簧系统。实验结果表明，相对于单弯曲质点弹簧系统，双弯曲质点弹簧系统进一步提升了稳定性、减小了误差、提高了模拟真实性。本文实现了对Waterbomb铺嵌模型的稳定模拟，在误差允许范围内，模拟速度比牛顿法更快。双弯曲质点弹簧系统进一步提高了模拟稳定性、降低了模拟误差。本文没有建立对角相望弹簧。在Waterbomb样模中，如图4中的E点和F点之间会发生弯曲，但是在本文算法中并没有建立该弯曲弹簧。因为该弯曲弹簧是基于点的，而本文弯曲弹簧是基于棱建立的。因此，在以后的研究中，可尝试基于点建立质点弹簧系统。另?
第1期图9单弯曲和双弯曲质点弹簧系统相对误差比较×10-4图10单弯曲和双弯曲质点弹簧系统绝对误差比较5.2.3参数确定首先，在单弯曲质点弹簧模型上，对模拟Waterbomb铺嵌模型的参数进行初步确定；然后，根据Waterbomb铺嵌模型结构特征，建立双弯曲质点弹簧系统。实验结果证明，相对于单弯曲质点弹簧系统，双弯曲质点弹簧系统的稳定性更好、误差进一步降低；最终选择模拟参数为：相同弯曲弹性系数等于5、不同弯曲弹性系数等于10、迭代次数等于15。此时，算法模拟速度快于牛顿法。6结语本文根据基本质点弹簧模型确定参数范围，为Waterbomb铺嵌的每条边均建立结构弹簧，并以每条非边界边为基础建立弯曲弹簧。采用隐式欧拉法和块坐标下降法（或交替优化法）求解方程，得到物体运动变形的下一位置坐标。通过对实验效果的误差及稳定性分析发现，当迭代次数为15、弯曲弹性系数小于等于10时，模拟效果稳定、误差在允许范围内且效果真实。然后，根据与棱相邻的三角形面片是否对称，将非边界棱归为两大类，并设定不同的弯曲弹性系数，建立双弯曲质点弹簧系统。实验结果表明，相对于单弯曲质点弹簧系统，双弯曲质点弹簧系统进一步提升了稳定性、减小了误差、提高了模拟真实性。本文实现了对Waterbomb铺嵌模型的稳定模拟，在误差允许范围内，模拟速度比牛顿法更快。双弯曲质点弹簧系统进一步提高了模拟稳定性、降低了模拟误差。本文没有建立对角相望弹簧。在Waterbomb样模中，如图4中的E点和F点之间会发生弯曲，但是在本文算法中并没有建立该弯曲弹簧。因为该弯曲弹簧是基于点的，而本文弯曲弹簧是基于棱建立的。因此，在以后的研究中，可尝试基于点建立质点弹簧系统。另?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进的质点-弹簧模型的软组织形变仿真研究[J]. 王舒珍,陈国栋,李琦. 通化师范学院学报. 2017(02)
[2]基于改进弹簧-质点模型的柔性绳索仿真[J]. 王崴,周诚,杨云,王晓军,瞿珏. 计算机辅助设计与图形学学报. 2015(11)
[3]一种改进的质点-弹簧织物建模与仿真[J]. 陈瑛,吴明珠,胡新荣. 华南师范大学学报(自然科学版). 2013(05)
[4]耦合无网格迦辽金与质点弹簧实现软组织形变仿真[J]. 刘雪梅,毛磊,李运华,郝爱民. 计算机辅助设计与图形学学报. 2013(01)
[5]双层弹簧模型驱动的植物叶片运动模拟(英文)[J]. 陆声链,赵春江,郭新宇,李长锋. 系统仿真学报. 2009(14)
本文编号：3572091
【文章来源】：软件导刊. 2019,18(01)
【文章页数】：6 页
【部分图文】：
waterbomb折纸铺嵌2.2双弯曲质点弹簧系统
第1期图9单弯曲和双弯曲质点弹簧系统相对误差比较×10-4图10单弯曲和双弯曲质点弹簧系统绝对误差比较5.2.3参数确定首先，在单弯曲质点弹簧模型上，对模拟Waterbomb铺嵌模型的参数进行初步确定；然后，根据Waterbomb铺嵌模型结构特征，建立双弯曲质点弹簧系统。实验结果证明，相对于单弯曲质点弹簧系统，双弯曲质点弹簧系统的稳定性更好、误差进一步降低；最终选择模拟参数为：相同弯曲弹性系数等于5、不同弯曲弹性系数等于10、迭代次数等于15。此时，算法模拟速度快于牛顿法。6结语本文根据基本质点弹簧模型确定参数范围，为Waterbomb铺嵌的每条边均建立结构弹簧，并以每条非边界边为基础建立弯曲弹簧。采用隐式欧拉法和块坐标下降法（或交替优化法）求解方程，得到物体运动变形的下一位置坐标。通过对实验效果的误差及稳定性分析发现，当迭代次数为15、弯曲弹性系数小于等于10时，模拟效果稳定、误差在允许范围内且效果真实。然后，根据与棱相邻的三角形面片是否对称，将非边界棱归为两大类，并设定不同的弯曲弹性系数，建立双弯曲质点弹簧系统。实验结果表明，相对于单弯曲质点弹簧系统，双弯曲质点弹簧系统进一步提升了稳定性、减小了误差、提高了模拟真实性。本文实现了对Waterbomb铺嵌模型的稳定模拟，在误差允许范围内，模拟速度比牛顿法更快。双弯曲质点弹簧系统进一步提高了模拟稳定性、降低了模拟误差。本文没有建立对角相望弹簧。在Waterbomb样模中，如图4中的E点和F点之间会发生弯曲，但是在本文算法中并没有建立该弯曲弹簧。因为该弯曲弹簧是基于点的，而本文弯曲弹簧是基于棱建立的。因此，在以后的研究中，可尝试基于点建立质点弹簧系统。另?
第1期图9单弯曲和双弯曲质点弹簧系统相对误差比较×10-4图10单弯曲和双弯曲质点弹簧系统绝对误差比较5.2.3参数确定首先，在单弯曲质点弹簧模型上，对模拟Waterbomb铺嵌模型的参数进行初步确定；然后，根据Waterbomb铺嵌模型结构特征，建立双弯曲质点弹簧系统。实验结果证明，相对于单弯曲质点弹簧系统，双弯曲质点弹簧系统的稳定性更好、误差进一步降低；最终选择模拟参数为：相同弯曲弹性系数等于5、不同弯曲弹性系数等于10、迭代次数等于15。此时，算法模拟速度快于牛顿法。6结语本文根据基本质点弹簧模型确定参数范围，为Waterbomb铺嵌的每条边均建立结构弹簧，并以每条非边界边为基础建立弯曲弹簧。采用隐式欧拉法和块坐标下降法（或交替优化法）求解方程，得到物体运动变形的下一位置坐标。通过对实验效果的误差及稳定性分析发现，当迭代次数为15、弯曲弹性系数小于等于10时，模拟效果稳定、误差在允许范围内且效果真实。然后，根据与棱相邻的三角形面片是否对称，将非边界棱归为两大类，并设定不同的弯曲弹性系数，建立双弯曲质点弹簧系统。实验结果表明，相对于单弯曲质点弹簧系统，双弯曲质点弹簧系统进一步提升了稳定性、减小了误差、提高了模拟真实性。本文实现了对Waterbomb铺嵌模型的稳定模拟，在误差允许范围内，模拟速度比牛顿法更快。双弯曲质点弹簧系统进一步提高了模拟稳定性、降低了模拟误差。本文没有建立对角相望弹簧。在Waterbomb样模中，如图4中的E点和F点之间会发生弯曲，但是在本文算法中并没有建立该弯曲弹簧。因为该弯曲弹簧是基于点的，而本文弯曲弹簧是基于棱建立的。因此，在以后的研究中，可尝试基于点建立质点弹簧系统。另?
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于改进的质点-弹簧模型的软组织形变仿真研究[J]. 王舒珍,陈国栋,李琦. 通化师范学院学报. 2017(02)
[2]基于改进弹簧-质点模型的柔性绳索仿真[J]. 王崴,周诚,杨云,王晓军,瞿珏. 计算机辅助设计与图形学学报. 2015(11)
[3]一种改进的质点-弹簧织物建模与仿真[J]. 陈瑛,吴明珠,胡新荣. 华南师范大学学报(自然科学版). 2013(05)
[4]耦合无网格迦辽金与质点弹簧实现软组织形变仿真[J]. 刘雪梅,毛磊,李运华,郝爱民. 计算机辅助设计与图形学学报. 2013(01)
[5]双层弹簧模型驱动的植物叶片运动模拟(英文)[J]. 陆声链,赵春江,郭新宇,李长锋. 系统仿真学报. 2009(14)
本文编号：3572091
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