[發明專利]一種柔性材料的形變仿真方法和裝置

在審

• 申請號: 201310341910.1
• 申請日: 2013-08-07
• 公開（公告）號: CN103425834A
• 公開（公告）日: 2013-12-04
• 發明（設計）人: 郭煜;李建英;劉平;秦璟;王平安
• 申請（專利權）人: 中國科學院深圳先進技術研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 深圳中一專利商標事務所 44237
• 代理人: 張全文

技術領域

本發明涉及計算機技術領域，特別涉及一種柔性材料的形變仿真方法和裝置。

背景技術

隨著計算機軟硬件技術的發展，動畫、游戲等產業隨之迅速崛起。動畫、游戲中的場景通過建模和仿真實現，而有限元法是在建模和仿真過程中解決彈性力學問題的經典裝置。

有限元法將連續的求解區域離散為一組單元的組合體，各單元按照一定方式相互聯結在一起，實現對幾何形狀復雜求解域的建模。

在實現本發明的過程中，發明人發現現有技術至少存在以下問題：

現有技術中，有限元裝置中需要求解非線性方程組，使得計算過程難以并行化，消耗了較長的時間，而復雜的碰撞檢測算法降低了模型的實時性。

發明內容

為了解決模型仿真實時性的問題，本發明實施例提供了一種柔性材料的形變仿真方法和裝置。所述技術方案如下：

一方面，提供了一種柔性材料的形變仿真方法，所述方法包括：

根據模型在下一時刻的預設位置和局部碰撞表面的位置，判斷所述模型在下一時刻是否發生碰撞；

如果所述模型在下一時刻發生碰撞，根據模型碰撞點的當前位置和預設位置進行計算，得到所述模型碰撞點的下一時刻的位移；

如果所述模型在下一時刻不發生碰撞，將所述模型在下一時刻的預設位置更新為所述模型的下一時刻的實際位置。

如果所述模型在下一時刻發生碰撞，根據模型碰撞點的當前位置和預設位置進行計算，得到所述模型碰撞點的下一時刻的位移之后，包括：

根據所述模型碰撞點的下一時刻的位移和公式計算所述模型碰撞點的內應力和外力的差值，其中，M為對角矩陣，和分別是位移對時間t的一階和二階導數，α為常量系數，^tr_n為外力，^tf_n為內力。

根據所述模型碰撞點的下一時刻的位移和公式計算所述模型碰撞點的內應力和外力的差值之后，包括：

根據公式以及所述模型碰撞點的內應力和外力的差值，計算所述模型非碰撞點的下一時刻的位移，其中，^t+Δtu_n為下一時刻的位移，^tu_n為當前時刻的位移，^t-Δtu_n為前一時刻的位移，^tr_n為外力，^tf_n為內應力，M為對角矩陣，γ₁、γ₂、γ₃分別為系數。

如果所述模型在下一時刻發生碰撞，根據模型碰撞點的當前位置和預設位置進行計算，得到所述模型碰撞點的下一時刻的位移，包括：

如果所述模型在下一時刻發生碰撞，根據模型碰撞點的當前位置、預設位置和公式進行計算，得到所述模型碰撞點的預測位移的分量，其中，^tempx為預設位置，^tx為當前位置，和分別為預測位移的分量；

根據所述預測位移的分量、公式u_y=|^tx-LCS|和進行計算，得到所述模型碰撞點的實際位移分量，其中，^tx-LCS是當前位置到局部碰撞表面在y方向上的位移，u_xin和u_zin分別是x、z方向上的最大位移，u_xout和u_zout分別是在有摩擦情況下的x、z方向上的最小位移；

根據所述模型碰撞點的實際位移分量和公式^t+Δtu=^tu+(^t+Δtx-^tx)=^tu+[u_x,u_y,u_z]^T進行計算，得到所述模型碰撞點的下一時刻的位移。

根據模型在下一時刻的預設位置和局部碰撞表面的位置，判斷所述模型在下一時刻是否發生碰撞之前，包括：