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基于物理的动画由于其在电脑游戏,电影特效的制作,外科手术仿真等方面的应用,正在受到越来越多研究人员的关注。其中,碰撞检测是基于物理动画中必须解决的关键问题,目前仍是研究热点。非连续变形分析方法是一种较新的土木工程领域的数值模拟技术,本文将这种方法引入到基于物理动画中,分析不连续块体的碰撞问题。
本文分析了碰撞检测中的经典方法AABB,包围球,中间轴,OBB,K-DOPs等方法,比较了各种算法的优缺点;针对目前碰撞检测中存在的问题,本文引入非连续变形分析(DDA)方法接触理论解决物理动画领域中碰撞检测和碰撞相应问题。DDA基于小步位移,在每一步中寻找接触,块体如果在接触处发生了嵌入,则施加弹簧将其推回;如果两块体间有了接触拉力,则撤销弹簧的作用。本文通过接触力来处理碰撞响应,而接触力又是通过弹簧来模拟的,这其中包括有法向弹簧和切向弹簧。最后,本文在计算辅助设计软件设计的虚拟物理场景下,仿真了汽车撞墙和车辆相撞,并对实验产生的应力,位移数据进行了分析,结果表明该方法可以成功地实现真实场景的模拟。
综上,应用非连续变形分析方法可以实现精确的碰撞检测和碰撞响应,基于物理定律自动再现碰撞整个过程。由此证明非连续变形分析方法,这一传统土木工程领域的动力学数值计算方法可以被非常好的应用到基于物理动画的领域中,来解决基于物理动画领域中不连续块体系统的碰撞检测和碰撞响应的问题。