随着中国数字娱乐产业的发展,三维游戏引擎系统已开始成为众多关注和较快发展的VR应用技术之一,然而相对于美国、日本等国家而言,我国对三维游戏引擎技术的研究还比较滞后。目前,游戏引擎系统研发已被正式纳入国家863计划,而作为其核心的三维图形引擎技术正是国内外研究的热点。随着研究不断的深入,基于虚拟现实的三维图形引擎将开始受到重视。于是,基于物理建模的动画技术开始应运而生,该技术将在图形学中成为一种具有潜在优势的三维造型和运动模拟技术。尽管该技术比传统动画技术的计算复杂度要高得多,但它能逼真地模拟各种自然的物理现象,这是基于几何的传统动画生成技术所无法比拟的。因此,适应三维图形引擎性能的大规模、快速的物理运动仿真计算将受到人们的关注。围绕融合物理特性的三维图形引擎研究这一课题,本文的研究工作如下:(1)提出了基于k-DOPs动态调整的多物体碰撞检测改进算法,实现准确探测物体模型边缘,快速确定物体模型间的位置和相互作用,有效防止相互穿透。通过实验表明,该算法具有更高的准确性和较好的实时性。(2)掌握了理论力学知识,深入理解了刚体的受力和物理运动规律,基于动量和动量矩定理建立了刚体碰撞反应动力学模型,最后将理论力学与计算机科学相结合,提出了多刚体物理运动模拟仿真算法。(3)提出了欧拉积分改进方法和积分控制算法,明显地减少了计算中的累积误差,为图形绘制提供了更加准确的物理数据。(4)通过研究国外主流的3D图形引擎系统,以及常见的模型文件数据格式,设计了一个灵活的、可插拔组件的引擎结构,它允许应用程序开发者根据实际情况(应用程序的需要、设备平台的性能等)加载模块,大大增加了系统的灵活性和应用范围。开发实现了融合物理特性的三维图形引擎系统,它作为一个开发平台,上层应用程序可以根据它提供的API来实现各种所需的功能而不需要更改应用的任何代码,使开发者无需在底层处理上耗费精力和时间。具体实验测试表明,该系统具有较高的性能和较好的模拟效果。最后,本文在总结全文的基础上,提出了若干有待进一步深入研究和探讨的问题。