剛體破碎特效模擬方法的研究.pdf

1、進(jìn)入21世紀(jì)以來，虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的高速發(fā)展覆蓋了例如影視、游戲、軍事仿真、工程模擬等諸多領(lǐng)域，為了能夠模擬真實(shí)世界各種復(fù)雜的物理現(xiàn)象，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一直是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，而剛體模型的破碎特效的真實(shí)性和浸入感又在虛擬現(xiàn)實(shí)的應(yīng)用環(huán)節(jié)中起著舉足輕重的作用。本文以研究實(shí)時(shí)破碎為目標(biāo)，針對剛體類模型，全面分析現(xiàn)有方法的效果和存在的問題。針對基于物理的方法中存在的計(jì)算結(jié)果不可控，實(shí)時(shí)性不足，無法應(yīng)用于游戲行業(yè)等缺點(diǎn)。在基于幾何建模方法的基礎(chǔ)上進(jìn)

2、行了以下工作并取得了以下成果:
　　(1)研究并分析了基于幾何和基于物理兩種典型的破碎方法，并且總結(jié)了其優(yōu)缺點(diǎn)、應(yīng)用領(lǐng)域、實(shí)現(xiàn)流程、關(guān)鍵技術(shù)和最終效果。
　　(2)將Voronoi算法應(yīng)用到剛體破碎模擬。在2維平面內(nèi)，利用2DVoronoi分治算法在平面約束邊界內(nèi)生成了2D Voronoi裂紋。其具體過程包括插入種子點(diǎn)，對種子點(diǎn)進(jìn)行迭代分組，生成Voronoi圖并融合Voronoi圖等步驟。在3維空間內(nèi)，利用3D Voron

3、oi Flip-Based增量算法將模型分割成3D Voronoi碎塊。
　　(3)利用Havok物理引擎提供的相關(guān)接口，設(shè)計(jì)了一種基于幾何建模方法的基本框架。本文以巖石類地質(zhì)模型為例，具體介紹了破碎模擬方法的實(shí)現(xiàn)流程。該框架由模型預(yù)處理和物理仿真兩部分組成。在模型預(yù)處理階段，先將模型劃分成碎塊，然后在碎塊之間建立可斷裂線性約束力。在物理仿真階段，當(dāng)物體表面受到撞擊，通過執(zhí)行碰撞檢測和碰撞響應(yīng)，求其約束力是否到達(dá)極限從而判斷是否發(fā)