蒙皮变形物体的物理模拟算法及在虚拟手抓取中的应用

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真实感是利用计算机虚拟现实技术进行模拟时所要追求的目标之一,通过物理模拟技术对场景中物体的运动进行模拟,使其符合真实世界的物理规律,可有效地提高虚拟场景的真实感。近几年来,实时物理模拟技术在虚拟场景的实时渲染和模拟中得到了越来越多的应用,同时也对这种技术的发展和应用提出了更高的要求。   蒙皮变形技术是一种经常用于表现动态的人物或角色的技术。对这种动态物体的运动的物理模拟通常采用连结式刚体来进行模拟,但是用这种方法往往会导致渲染数据与物理数据的不一致,进而影响模拟效果的真实感。针对这种问题,本文提出了一种用“可变形刚体”对蒙皮变形物体进行物理模拟的算法,可有效地解决渲染数据与物理数据不一致的问题。对该算法的理论分析表明,在用户比较敏感的情形下,如静止物体堆叠时,算法具有很高的精确度。本文在Bullet引擎上实现了此算法,并对物体堆叠的稳定性及算法的效率进行了测试。结果表明该算法可满足对蒙皮变形物体进行真实感物理模拟的需要。   最后,将上述算法应用于虚拟手抓取交互系统,用户可以通过外部设备控制虚拟手实现与场景内物体的抓取交互操作。该系统验证了该算法的实际可用性。
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