单位文秘网 2021-08-31 09:00:30 点击: 次
组织构造物体,并采用有限元差分算法求解弹性方程,由此来模拟物体的破碎效果。后来的学者主要转向研究基于连续介质力学方法,研究者在研究过程中又将此连续性问题离散化,即有限元模型。有限元模型将所要模拟的物体离散为多个基本单元,各个单元通过彼此的边界进行互连,针对单个单元分别用近似函数来近似表示未知量场,并用各个单元中的节点值与其对应的插值函数来表达近似函数,从而把一个无穷自由度的问题幻化为一个有限自由度的问题。近几年,Neil Mdino等人提出一种虚节点的算法来达到在仿真过程中改变构成物体网格的拓扑结构,使其能够沿着任意精确的方向破碎。现在在物体破碎模拟领域的趋势是借鉴无网格相关的技术对有限元方法进行改进,如基于粒子的模拟方法,或者完全采用无网格方法。
2堤坝决堤过程仿真的物理方法研究
根据刚体破碎过程中所涉及的相关物理力学知识以及建模图像辅助软件,对该方法分步阐述如下。
1)使用unitv3D等建模软件及相关技术对局部洪水进行流体建模。
2)将两种模型置于同一系统进行交互后,应从同一时刻开始碰撞检测。可采用方向包圍盒法对碰撞事件进行碰撞检测,根据局部流体与刚体的物理建模尺寸,在其表面生成一个最小但能完全包含模型的长方体,然后依次进行粗细两阶段的碰撞检测。根据两包围盒的系统坐标信息,在粗检阶段,若两盒并未相交,则证实并未发生碰撞事件,不需进入细检阶段;否则,则需进行细检,确定流体,刚体是否发生碰撞,并返回相应的碰撞信息。
当刚体发生破碎时,首先将分离张量£的特征值与刚体材料的硬度系数r相比,根据大于r的特征值数目来确定破碎中所产生断裂面的数目。针对每个特定的断裂面,法线方向为其对应特征值的特征向量方向,综合考虑所有断裂面及各个网格节点,进行相应的破碎划分,得出碎块形态。
g.在上步确定了新断裂面的位置之后,接着需要对破碎后的刚体进行网格重构,首先对发生破碎的节点进行复制,使其具有相同的速度,位置,但质量不同,根据断裂面的法向量的正负方向来区分两复制节点,分别记为m+,m-。然后,检测所有与破碎节点相连接的四面体单元,将这些单元的所有节点位置与断裂面位置进行比对,若四面体单元没有与断裂面相交,则单元原节点不变,若与断裂面相交,则将该单元沿着断裂平面进行分割,并根据分割子单元相对于断裂面的方向将复制节点m+,m-分别赋予子单元作为新节点。
4)刚体与流体发生碰撞并破碎后,则需针对碰撞后碎块的质量,运动轨迹等其他物理状态量进行碰撞响应。针对每个碎片,可以用一下公式对其物理运动状态进行表示:
从而实现对各个碎块的碰撞响应。
5)最后,在计算机建模软件中导入该系统中各个模型及相应的物理属性,利用编程实现对于以上步骤中对于刚体破碎仿真算法的可视化验证。
3结论
随着大中型工程项目复杂程度以及安全标准的日益提高,再加之全球气候变化可能导致的各种灾变数量的增多,都对实时的工程,灾变场景仿真提出了更真实,更精准的要求,特别是对刚体破碎过程特效的模拟仿真。本文首先阐述了刚体破碎的相关理论知识并分析了刚体破碎场景仿真过程的研究现状和发展趋势,通过对几何仿真和物理仿真两种方法的介绍对比,可以得出,基于几何的仿真方法虽然能够模拟刚体破碎过程的实时性、交互性,在视觉上达到以假乱真的效果,又能满足一定程度的实时性,但是不能够根据客观世界的物理规律进行完全的过程重现。而基于物理的仿真方法可以准确地,真实地模拟物体破碎的过程,做到技术画面与客观世界真实物理状态的统一。但是,其中也还有需要我们继续克服的难点,物理模型的多样性和建模过程的复杂性,以及由于物理仿真渲染数据量过大而导致的实时性问题,都是众多研究者们正在努力跨过的大山,这个问题也将是我们在此研究基础上进行下步研究所要面对的重点问题。
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