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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于實(shí)時(shí)物理運(yùn)算的車殼碰撞變形的模擬算法
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 簡介：
- 本論文設(shè)計(jì)了車殼碰撞與變形的算法。根據(jù)金屬形變的規(guī)律，本算法先將金屬劃分為多個簇。在碰撞時(shí)刻，每一簇視作剛體，然后乘以一個微小常量得到相對位移，從而計(jì)算出形變的效果。本論文提出的算法效率較高并具有實(shí)時(shí)性。此模擬技術(shù)可應(yīng)用于模擬仿真、應(yīng)急駕駛指導(dǎo)和游戲以及電影制作領(lǐng)域，并可以推廣到廣義的塑性形變實(shí)時(shí)模擬。
- 詳細(xì)介紹：
- 本論文設(shè)計(jì)了車殼碰撞與變形的算法。算法利用車輛碰撞的速度與沖量關(guān)系，將瞬間的沖量分解到多個時(shí)間步中，然后計(jì)算每一個時(shí)間步長的沖量。這種策略可以使模擬效果更為平滑，而且減小了變形對沖量計(jì)算的影響。根據(jù)金屬形變的規(guī)律，本算法先將金屬劃分為多個簇。在碰撞時(shí)刻，每一簇視作剛體，然后乘以一個微小常量得到相對位移，從而計(jì)算出形變的效果。本論文提出的算法效率較高并具有實(shí)時(shí)性。此模擬技術(shù)可應(yīng)用于模擬仿真、應(yīng)急駕駛指導(dǎo)和游戲以及電影制作領(lǐng)域，并可以推廣到廣義的塑性形變實(shí)時(shí)模擬。
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作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 論文撰寫目的： 隨著計(jì)算機(jī)性能的提升，特別是高性能顯卡的出現(xiàn)，人們對實(shí)時(shí)模擬的真實(shí)感要求也越來越高。模擬技術(shù)主要應(yīng)用于游戲領(lǐng)域、虛擬駕駛領(lǐng)域、影視制作領(lǐng)域，而基于物理的實(shí)時(shí)仿真這幾年一直是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究的熱點(diǎn)問題。 基本思路： 首先分析了碰撞檢測部分。在實(shí)時(shí)模擬領(lǐng)域，碰撞檢測已經(jīng)是一種相當(dāng)成熟的技術(shù)
科學(xué)性、先進(jìn)性及獨(dú)特之處
- 我們提出一種模擬車殼碰撞變形的實(shí)時(shí)性的算法。此算法基于彈簧模型并使速度和沖量的反復(fù)迭代和求解。將整個平面分為多個簇可以模擬復(fù)雜的形變，最后使用模擬世界和真實(shí)世界的時(shí)間比率來衡量實(shí)時(shí)性。 此算法需要計(jì)算的數(shù)據(jù)量較少，只需知道上一步的速度和穿透深度即可推導(dǎo)導(dǎo)出下一步的運(yùn)動狀態(tài)，不用求解復(fù)雜的矩陣 ，因此可以用于實(shí)時(shí)的模擬。
應(yīng)用價(jià)值和現(xiàn)實(shí)意義
- 可以被不同的使用者應(yīng)用，對于交警部門，可以使用它來模擬交通事故從而實(shí)現(xiàn)場景再現(xiàn)，并提供一定的參考信息。道路建設(shè)單位可以使用它來預(yù)估一段道路的安全性能。汽車制造企業(yè)可以用它來評測一款汽車的安全性能。并極有可能應(yīng)用于軍事領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)對新式武器的抗撞擊能力的評測。更重要的是，該系統(tǒng)可以為駕駛培訓(xùn)提供一定的參考信息。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本論文設(shè)計(jì)了車殼碰撞與變形的算法。算法利用車輛碰撞的速度與沖量關(guān)系，將瞬間的沖量分解到多個時(shí)間步中，然后計(jì)算每一個時(shí)間步長的沖量。這種策略可以使模擬效果更為平滑，而且減小了變形對沖量計(jì)算的影響。根據(jù)金屬形變的規(guī)律，本算法先將金屬劃分為多個簇。在碰撞時(shí)刻，每一簇視作剛體，然后乘以一個微小常量得到相對位移，從而計(jì)算出形變的效果。本論文提出的算法效率較高并具有實(shí)時(shí)性。此模擬技術(shù)可應(yīng)用于模擬仿真、應(yīng)急駕駛指導(dǎo)和游戲以及電影制作領(lǐng)域，并可以推廣到廣義的塑性形變實(shí)時(shí)模擬。
獲獎情況
- 本論文是國家大學(xué)生創(chuàng)新項(xiàng)目（091056156）: 《交通事故三維模擬系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)》的項(xiàng)目成果。 本論文英文版已經(jīng)被2011IEEE計(jì)算機(jī)科學(xué)與自動化工程國際會議(CSAE 2011)錄用。
鑒定結(jié)果
- 情況屬實(shí)
參考文獻(xiàn)
- 1. M. Moore, J. Wilhelms, “Collision Detection and Response for Computer Animation”, Proc. Siggraph, pp. 29-38, 1988. 2. M. McKenna, “Dynamic Simulation of Autonomous Legged Locomotion” Proc. Siggraph, pp. 29-38, 1990. 3. M. Desbrun, P. Schr?der, A. Barr, “Interactive Animation of Structured Deformable Objects”, Proc. Siggraph Interface, pp. 1-8, 1999. 1. B. V. Mirtich, “Impulse-Based Dynamic Simulation of Rigid Body Systems” [ Ph.D. dissertation], CA: U.C. Berkeley, 1996. 2. D. Baraff, “Fast Contact Force Computation for Nonpenetrating Regid Bodies,” in Proc. of SIGGRAPH, Orlando, FL, July 1994. 3. E. Guendelman, R. Bridson, and R. Fedkiw, “Nonconvex Rigid Bodies with Stacking,” ACM Trans. on Graphics, vol. 22, no. 3, pp. 871–878,2003. 4. D. Stewart and J. Trinkle, “An Implicit Time-Stepping Scheme for Rigid Body Dynamics with Coulomb Friction,” in Proc. of ICRA, San Francisco, April 2000.
同類課題研究水平概述
- 汽車碰撞是個瞬態(tài)的大位移和大變形的過程，系統(tǒng)具有幾何和材料等多重非線性。它涉及材料在動載下的本構(gòu)關(guān)系、接觸算法等問題，由于問題的復(fù)雜性，動態(tài)非線性有限元方法已成為主要的研究手段 。目前汽車碰撞的模擬計(jì)算主要使用顯式有限元軟件有US—DYNA，PAM—CRASH，RA DIOSS等。隨著它們廣泛地應(yīng)用于耐撞性的分析和評價(jià)，這些軟件也越來越復(fù)雜。這主要是由于不斷加入和改進(jìn)更先進(jìn)的殼單元，沙漏(Hourglass)控制技術(shù)，材料模型和接觸算法等。合理地選擇和使用這些主要控制參數(shù)極大地影響著計(jì)算結(jié)果的精度和效率 。 在車輛碰撞的模擬仿真領(lǐng)域，國內(nèi)外的學(xué)者已經(jīng)做了大量研究。近二十年來，隨PAM-CRASH和PC-CRASH等碰撞模擬軟件的發(fā)展，基于這些軟件上的研究也日漸增多。這些研究主要是使用了有限元的方法，有限元法的特點(diǎn)是計(jì)算量大、結(jié)果精確、難以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)性，所以上述研究提出的方法在實(shí)時(shí)性模擬的研究中不能適用。 國外實(shí)時(shí)模擬算法研究的概況： 現(xiàn)今的實(shí)時(shí)模擬研究主要是由國外學(xué)者完成的，而且主要集中在計(jì)算機(jī)圖形學(xué)這一領(lǐng)域?；谶@些研究成果，國外已經(jīng)涌現(xiàn)出大量的物理開發(fā)包，又被稱為物理引擎。常見的物理引擎有：ODE、Bullet、還有NVIDIA公司開發(fā)的PhysX物理引擎，這些物理引擎在游戲開發(fā)中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用。而國內(nèi)這一方面則起步較晚，現(xiàn)在圖形學(xué)的研究主要集中在軟體模擬。
