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树随风动模拟中的碰撞检测问题研究

作　者: 高程
导　师: 李占利
学　校: 西安科技大学
专　业: 计算机应用技术
关键词: 树模拟碰撞检测碰撞响应
分类号: TP391.9
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 22次
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内容摘要

随着计算机图形学的不断发展,以及电影、游戏领域对计算机模拟的需求不断增加,对于自然景物的模拟已经成为了研究热点之一。在自然景物中,树木是其中的一类重要组成部分。如今,对于树木的模拟已不仅局限于对其静态的仿真绘制,而且对其运动过程的真实感要求也越来越高。而在树随风摆动的模拟过程中,必然会涉及到碰撞问题。本文主要研究树随风动模拟过程中的碰撞检测以及后续的碰撞响应问题。本文对树随风动模拟过程中的碰撞问题进行了详细的分析。当碰撞发生时,根据接触点的位置不同,将碰撞问题分为五种情况,分别是:树枝之间的碰撞、树枝与地面的碰撞、树叶之间的碰撞、树叶与地面的碰撞以及树叶与树枝之间的碰撞。在各类情况下,对其碰撞条件分别进行推导,根据构建模型的不同,提出了基于不同几何模型的碰撞检测算法。运用本文提出的算法和OBB包围盒算法,对树木模型的局部进行碰撞检测实验,并对两种算法进行比较。实验表明,本文提出的算法在精确程度和运行效率上,均优于OBB包围盒算法。在树随风动的模拟过程中,不仅需要对模型之间进行碰撞检测,还需要对其进行碰撞响应。本文通过对发生接触的模型进行受力分析,运用质点系冲量定理,进而计算出碰撞后物体的运动轨迹。实验表明,添加有效的碰撞响应,可以使得模拟的动画过程更趋于真实性。在Visual C++开发环境下,结合OpenGL三维图形软件包,将本文提出的碰撞检测算法及后续的碰撞响应添加至树随风动的模拟过程中,进一步提高了场景的真实效果。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-13
  1.1 研究背景及意义  8-9
  1.2 国内外研究动态及发展趋势  9-11
  1.3 本文研究内容及章节安排  11-13
    1.3.1 研究内容  11
    1.3.2 章节安排  11-13
2 树随风动模拟过程中的碰撞问题  13-27
  2.1 树木模型的建立  13-17
    2.1.1 树枝模型的建立  13-15
    2.1.2 树叶模型的建立  15-17
    2.1.3 整体模型的建立  17
  2.2 场景中碰撞问题的情况分析  17-26
    2.2.1 碰撞问题的描述  18-20
    2.2.2 碰撞问题的求解  20-25
    2.2.3 系统流程  25-26
  2.3 本章小结  26-27
3 树随风动模拟中的碰撞检测算法  27-38
  3.1 树枝之间的碰撞检测算法  27-33
    3.1.1 算法基本思想与原理  27-32
    3.1.2 算法步骤  32-33
  3.2 树枝与地面的碰撞检测算法  33-35
    3.2.1 树枝与地面间的碰撞条件的推导  33-34
    3.2.2 树枝下落过程的模拟流程  34-35
  3.3 其他部分的碰撞检测算法  35-37
    3.3.1 树枝与树叶的碰撞检测  36
    3.3.2 树叶之间的碰撞检测  36-37
    3.3.3 树叶与地面的碰撞检测  37
  3.4 本章小结  37-38
4 树随风动模拟中的碰撞响应研究  38-43
  4.1 相关理论  38-39
    4.1.1 运动学的相关知识  38-39
    4.1.2 动力学的相关知识  39
  4.2 树木在风中运动的求解  39-42
    4.2.1 树枝之间的碰撞响应  39-40
    4.2.2 树枝与地面之间的碰撞响应  40-41
    4.2.3 其他部分的碰撞响应  41-42
  4.3 本章小结  42-43
5 算法实现与应用  43-52
  5.1 系统开发环境  43-44
  5.2 碰撞检测算法比较  44-49
    5.2.1 评价标准  44
    5.2.2 OBB 包围盒算法  44-46
    5.2.3 基于圆柱体的碰撞检测算法  46-49
  5.3 添加碰撞检测后的树随风动模拟效果  49-51
  5.4 本章小结  51-52
6 总结与展望  52-54
  6.1 总结  52-53
  6.2 今后工作的展望  53-54
致谢  54-55
参考文献  55-58
附录  58

树随风动模拟中的碰撞检测问题研究

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