融合物理特性的3D圖形引擎技術(shù)研究.pdf

1、隨著中國(guó)數(shù)字娛樂(lè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，三維游戲引擎系統(tǒng)已開(kāi)始成為眾多關(guān)注和較快發(fā)展的VR應(yīng)用技術(shù)之一，然而相對(duì)于美國(guó)、日本等國(guó)家而言，我國(guó)對(duì)三維游戲引擎技術(shù)的研究還比較滯后。目前，游戲引擎系統(tǒng)研發(fā)已被正式納入國(guó)家863計(jì)劃，而作為其核心的三維圖形引擎技術(shù)正是國(guó)內(nèi)外研究的熱點(diǎn)。 隨著研究不斷的深入，基于虛擬現(xiàn)實(shí)的三維圖形引擎將開(kāi)始受到重視。于是，基于物理建模的動(dòng)畫技術(shù)開(kāi)始應(yīng)運(yùn)而生，該技術(shù)將在圖形學(xué)中成為一種具有潛在優(yōu)勢(shì)的三維造型和運(yùn)動(dòng)模擬技

2、術(shù)。盡管該技術(shù)比傳統(tǒng)動(dòng)畫技術(shù)的計(jì)算復(fù)雜度要高得多，但它能逼真地模擬各種自然的物理現(xiàn)象，這是基于幾何的傳統(tǒng)動(dòng)畫生成技術(shù)所無(wú)法比擬的。因此，適應(yīng)三維圖形引擎性能的大規(guī)模、快速的物理運(yùn)動(dòng)仿真計(jì)算將受到人們的關(guān)注。圍繞融合物理特性的三維圖形引擎研究這一課題，本文的研究工作如下： （1）提出了基于k-DOPs動(dòng)態(tài)調(diào)整的多物體碰撞檢測(cè)改進(jìn)算法，實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確探測(cè)物體模型邊緣，快速確定物體模型間的位置和相互作用，有效防止相互穿透。通過(guò)實(shí)驗(yàn)表明，該算

3、法具有更高的準(zhǔn)確性和較好的實(shí)時(shí)性。 （2）掌握了理論力學(xué)知識(shí)，深入理解了剛體的受力和物理運(yùn)動(dòng)規(guī)律，基于動(dòng)量和動(dòng)量矩定理建立了剛體碰撞反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，最后將理論力學(xué)與計(jì)算機(jī)科學(xué)相結(jié)合，提出了多剛體物理運(yùn)動(dòng)模擬仿真算法。 （3）提出了歐拉積分改進(jìn)方法和積分控制算法，明顯地減少了計(jì)算中的累積誤差，為圖形繪制提供了更加準(zhǔn)確的物理數(shù)據(jù)。 （4）通過(guò)研究國(guó)外主流的3D圖形引擎系統(tǒng)，以及常見(jiàn)的模型文件數(shù)據(jù)格式，設(shè)計(jì)了一個(gè)靈活的

4、、可插拔組件的引擎結(jié)構(gòu)，它允許應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)者根據(jù)實(shí)際情況（應(yīng)用程序的需要、設(shè)備平臺(tái)的性能等）加載模塊，大大增加了系統(tǒng)的靈活性和應(yīng)用范圍。開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)了融合物理特性的三維圖形引擎系統(tǒng)，它作為一個(gè)開(kāi)發(fā)平臺(tái)，上層應(yīng)用程序可以根據(jù)它提供的API來(lái)實(shí)現(xiàn)各種所需的功能而不需要更改應(yīng)用的任何代碼，使開(kāi)發(fā)者無(wú)需在底層處理上耗費(fèi)精力和時(shí)間。具體實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，該系統(tǒng)具有較高的性能和較好的模擬效果。 最后，本文在總結(jié)全文的基礎(chǔ)上，提出了若干有待進(jìn)一步深入