[發(fā)明專利]一種基于位置動(dòng)力學(xué)的角度彎曲模型的仿真方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410374226.8
• 申請(qǐng)日: 2014-07-31
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN104268305B
• 公開(kāi)（公告）日: 2017-03-01
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王義峰;吳曉婷;王罡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50
• 代理公司: 北京世譽(yù)鑫誠(chéng)專利代理事務(wù)所(普通合伙)11368
• 代理人: 郭官厚

1.一種基于位置動(dòng)力學(xué)的角度彎曲模型的仿真方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)、用圖形設(shè)計(jì)軟件制作需要仿真的可變形體的網(wǎng)格模型文件，通過(guò)軟件接口將所述網(wǎng)格模型文件的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到可變形體仿真系統(tǒng)中；

(2)、定義步驟(1)所述可變形體的網(wǎng)格模型文件的三個(gè)變量，即仿真過(guò)程中第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的位置x_i、速度ν_i、質(zhì)量m_i，其中i∈[1,n]，n為所述網(wǎng)格模型的節(jié)點(diǎn)總數(shù)，第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的初始位置為所述網(wǎng)格模型導(dǎo)入時(shí)初始坐標(biāo)，初始速度m_i的值為1/n；

(3)、設(shè)所述仿真系統(tǒng)每一幀圖像的時(shí)間步長(zhǎng)為Δt，所述可變形體網(wǎng)格模型在仿真過(guò)程中受到的外力為f_ext；根據(jù)牛頓第二定律和質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)定理，計(jì)算所述可變形體網(wǎng)格模型在受外力f_ext作用了時(shí)間步長(zhǎng)Δt之后的節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)位置p_i，p_i的計(jì)算公式為：

vi=vi0+Δt·ωi·fextpi=xi0+Δt·vi]]>

其中：ω_i＝1/m_i，m_i為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的質(zhì)量，ν_i為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)的速度，分別為第i個(gè)節(jié)點(diǎn)在該時(shí)間步長(zhǎng)Δt起始時(shí)刻的初始準(zhǔn)確位置和初始速度；

(4)、在所述可變形體網(wǎng)格模型的節(jié)點(diǎn)之間構(gòu)建角度彎曲模型，包括以下步驟：

(4a)、根據(jù)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)格剖分關(guān)系建立相鄰節(jié)點(diǎn)集，定義M_i為可變形體網(wǎng)格模型第i個(gè)節(jié)點(diǎn)v_i的相鄰節(jié)點(diǎn)集；

(4b)、為所述相鄰節(jié)點(diǎn)集M_i中的每個(gè)節(jié)點(diǎn)v_k找到該相鄰節(jié)點(diǎn)集中另一個(gè)節(jié)點(diǎn)v_best，構(gòu)成節(jié)點(diǎn)串[v_best，v_k，v_i]，使得邊v_iv_k和邊v_iv_best夾角為最大角，其中k∈[1,m]，m為所述相鄰節(jié)點(diǎn)集M_i中的節(jié)點(diǎn)總數(shù)；

(4c)、在步驟(4b)所述節(jié)點(diǎn)串[v_best，v_k，v_i]組成的三角形Δv_kv_iv_best上構(gòu)建角度彎曲模型：其中p₁,p₂,p₃分別為v_best，v_k，v_i的節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)位置，n₁為邊v_iv_k的單位向量，n₂為邊v_iv_best的單位向量，為所述可變形體網(wǎng)格模型導(dǎo)入仿真系統(tǒng)時(shí)邊v_iv_k和邊v_iv_best的初始夾角；

(4d)由步驟(4c)所述角度彎曲模型求出節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)位置和節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)確位置之間的誤差修正量Δp_i，將該誤差修正量Δp_i與節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)位置p_i相加，得到節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)確位置x_i，其中Δp_i的計(jì)算公式為：

其中：q₃＝-q₁-q₂，d＝n₁·n₂；p₁,p₂,p₃分別對(duì)應(yīng)虛擬三角形中三個(gè)頂點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)預(yù)測(cè)位置，n₁和n₂為構(gòu)成最大角的兩條邊的單位向量；

(5)輸出所述可變形體網(wǎng)格模型在節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)確位置x_i處的圖像，同時(shí)把節(jié)點(diǎn)準(zhǔn)確位置x_i作為下一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)的節(jié)點(diǎn)起始位置，返回步驟(3)，得到可變形體網(wǎng)格模型的下一幀圖像；

(6)重復(fù)步驟(3)～(5)，依次輸出可變形體網(wǎng)格模型的每一幀圖像，直到得到所述可變形體彎曲變形的仿真動(dòng)畫為止。