基于圖形硬件的織物動態(tài)實時模擬研究.pdf

1、織物動態(tài)模擬在角色動畫、路徑規(guī)劃、三維游戲、醫(yī)學(xué)手術(shù)以及人機交互等諸多領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用。大量應(yīng)用表明,實現(xiàn)織物動態(tài)實時模擬的關(guān)鍵在于加速物理模擬過程和碰撞檢測過程。然而,基于CPU的算法改進加速程度有限,很難達(dá)到實時。隨著圖形硬件的飛速發(fā)展,基于GPU的并行算法設(shè)計成為圖形學(xué)領(lǐng)域的研究熱點。本文工作正是基于GPU的特性,研究并提出織物模擬和自碰撞檢測的并行算法,進而在GPU平臺上實現(xiàn)了織物動態(tài)的實時模擬系統(tǒng)。
　　 在織物模擬算

2、法中,采用彈簧-質(zhì)點系統(tǒng)對織物建模,并通過顯式歐拉迭代更新質(zhì)點狀態(tài)。算法定義每個線程計算一個質(zhì)點,線程與質(zhì)點——對應(yīng)并行計算。由于模型結(jié)構(gòu)中每個彈簧連接兩個質(zhì)點,為了避免每根彈簧被計算兩遍,我們設(shè)計了彈簧力矩陣。另外,模型中邊界質(zhì)點和非邊界質(zhì)連接彈簧的個數(shù)并不相同,我們利用權(quán)值矩陣統(tǒng)一了所有質(zhì)點的計算公式,使其更加符合GPU高并行、低判斷的特性。
　　 針對碰撞檢測問題,本文提出了一種基于質(zhì)點的并行自碰撞檢測算法。算法以質(zhì)點而非

3、三角形作為自碰撞檢測的基本單元,用球體包圍以質(zhì)點為中心的局部區(qū)域,再用AABB包圍球體的運動軌跡,在GPU上進行包圍盒的相交測試。為了平衡每個線程的計算量,文中設(shè)計了平攤算法,使每個線程進行相同數(shù)量的相交測試。本文的檢測算法只需通過一遍“渲染”即可完成自碰撞檢測:線程在進行相交測試時,僅保存計算所得的第一次碰撞信息,而不需要計算出所有的碰撞對。在一遍“渲染”后,每個線程都得到了當(dāng)前圖元第一次發(fā)生碰撞的時間和對象信息,進而輸出結(jié)果到碰撞響