弹簧-质点模型

摘要： 针对不同密度的纬编针织物组织结合形成的织物成品变形明显、成品效果预测难度大的问题,提出了一种密度非均匀分布的纬编针织物的变形预测及仿真方法。基于织物中不同密度成员织物组织的具体分布情况,提出了对应的织物弹簧-质点模型的初始状态的确定方法,在此基础上对质点进行受力分析并建立相应的力学微分方程,通过数值方法求解力学微分方程得到质点位置;基于二维Peirce线圈模型建立NURBS线圈模型,并确定曲线控制顶点和织物圈距、圈高的关系,进一步建立质点-控制点关联式;将质点受力偏移后的位置代入质点-控制点关联式,实现带有曲线线圈形态的密度非均匀分布的纬编针织物变形模拟;将织物仿真图与真实针织样品进行对比,结果表明仿真效果可靠。

摘要： 为了提高针织物仿真效率并保证仿真效果的真实性,提出一种利用纱线模型周期性的方法。该方法首先建立网格与纱线模型之间的对应关系,然后对网格模型与纱线模型分别进行仿真。在整体形变效果方面以网格仿真为主,为了加快网格仿真速度、提高低分辨率网格下的形变效果,仿真过程中使用自适应网格划分技术,根据形变的程度适当地细分与粗化相应位置的网格模型,并计算网格面的应变。在微观形变细节方面,使用不同的应变参数的输入对纱线最小重复单元进行仿真,得到该重复单元的输入应变参数与能量密度之间的关系。最后通过网格模型中得到的应变参数输入,将仿真结果映射到经过网格仿真输出的网格模型上。对5种不同针法的织物进行仿真实验,结果表明该方法比起传统网格仿真方法有更接近真实的形变效果,仿真过程中使用的模型顶点与网格数量相比输入网格减少20%~30%,并且在时间效率上最多能够提升39.7%。

摘要： [研究目的]为使纬编针织物具有更真实的模拟效果,[研究方法]文章采用Lumislice技术对纬编织物进行三维模拟.[研究结果与结论]研究认为:在改进的弹簧-质点模型的基础上对线圈进行结构建模,用直线连接线圈型值点,并使用线性插值算法对原有空间直线进行处理,采用加权移动平均法来对这些插值点进行平滑处理.通过对相邻插值点的空间坐标计算三个相对欧拉角,将Lumislice光片放入插值点的同时,对其进行相应的旋转变换.借助于Microsoft Visu?al Studio 2010集成开发工具和OpenGL三维绘图函数库,在计算机上实现了纬编织物的三维建模和动态仿真.与其它更加逼真的纬编织物三维模型相比,提出的建模算法更高效.

摘要： [研究目的]为使纬编针织物具有更真实的模拟效果,[研究方法]文章采用Lumislice技术对纬编织物进行三维模拟。[研究结果与结论]研究认为:在改进的弹簧-质点模型的基础上对线圈进行结构建模,用直线连接线圈型值点,并使用线性插值算法对原有空间直线进行处理,采用加权移动平均法来对这些插值点进行平滑处理。通过对相邻插值点的空间坐标计算三个相对欧拉角,将Lumislice光片放入插值点的同时,对其进行相应的旋转变换。借助于Microsoft Visu⁃al Studio 2010集成开发工具和OpenGL三维绘图函数库,在计算机上实现了纬编织物的三维建模和动态仿真。与其它更加逼真的纬编织物三维模型相比,提出的建模算法更高效。

摘要： 为使纬编针织物具有更真实的模拟效果,本文采用Lumislice技术对纬编织物进行三维模拟。在改进的弹簧-质点模型的基础上对线圈进行结构建模,用直线连接线圈型值点,并使用线性插值算法对原有空间直线进行处理,采用加权移动平均法来对这些插值点进行平滑处理。通过对相邻插值点的空间坐标计算三个相对欧拉角,将Lumislice光片放入插值点的同时,对其进行相应的旋转变换。借助于Microsoft Visual Studio 2010集成开发工具和OpenGL三维绘图函数库,在计算机上实现了纬编织物的三维建模和动态仿真。与其它更加逼真的纬编织物三维模型相比,提出的建模算法更高效。

摘要： 本文基于物理学中弹簧力学的理论提出了一种改进的弹簧质点模型边缘检测算法.为解决现有弹簧质点模型边缘检测算法检测的边缘较粗问题,本文在该模型计算像素点合力的公式中增加一个合力因子,结合数学形态学中腐蚀膨胀的原理来改进弹簧质点模型边缘检测算法,以便能得到单像素宽度的边缘.实验结果表明,该算法的检测效果更加理想.

摘要： 膜-梁混合结构的动力学仿真分析是工程应用中一个十分重要、但却极具挑战性的课题,目前国内外还没有十分有效的方法.本文基于能量原理和最小二乘法,发展了一种针对薄膜结构的新型弹簧-质点模型刚度系数求解方法,并将其与通用多体动力学仿真软件ADAMS结合,实现了大型空间可展开薄膜反射面天线刚柔耦合系统的动力学仿真,且准确求解出了薄膜应力.

摘要： 针对以往基于超文本标记语言的服装辅助设计系统处理服装时,仅能对指定的服装类型进行操作的弊端,设计基于三维图像的服装辅助设计系统.该系统由服务器端和客户端构成.服务器端为系统提供信息服务,用户通过客户端从服务器端内的服装款式部件数据库中获取所需信息;采用曲线拟合技术获取服装款式图的轮廓曲线和部分型值点资料存储在服装款式数据库中,依据服装款式数据库重建三维人体表面模型后,根据弹簧质点模型实现服装试穿的动态仿真,完成人体的虚拟试穿,对服装设计的合理性进行分析.实验结果表明,所设计系统可对不同类型的服装设计合理性进行预测,且预测性能高.

摘要： 研究了带躯干双足机器人平面稳定行走控制问题。改进传统的弹簧-质点模型,得到带躯干的双足机器人模型,通过控制髋关节施加力矩和改变弹簧腿的刚度,使得系统收敛到期望步态。针对系统模型的非线性和强耦合特征,采用反馈线性化方法将系统的动力学模型转化成线性系统,采用PD控制和P控制对机器人的躯干倾角和髋关节轨迹进行整体控制。在理论分析的基础上,对控制方法进行了数值仿真研究。仿真结果表明:该文采用的反馈线性化和变刚度控制方法可以实现带躯干双足机器人的稳定行走;与基于时间轨迹的控制方法相比,该文基于空间轨迹的控制器对各种外力干扰具有良好的抵抗能力;控制器对躯干的倾角变化具有适应性;当模型不确定时控制器表现出优异的鲁棒性。

摘要： 在一种基于弹簧质点模型的织物变形仿真技术,一种结合点—面距离快速计算方法的层次包围盒碰撞检测算法的基础上,本文介绍了一种具有光照及真实感效果的虚拟试衣系统.

摘要： 本文首先简要介绍了弹簧-质点模型的概念和结构,其次从模型结构和受力算法两个方面详细阐释了基于弹簧-质点模型的织物仿真技术改进工作,其中模型结构的改进分为二维和三维层面,受力算法的改进主要针对弹簧动态约束和质点位置参数,最后指出织物仿真技术未来的发展趋势,应向着模拟逼真化、运行实时化、形式多样化的方向发展.通过以上的研究,希望为基于弹簧-质点模型的织物仿真技术的进一步发展提供一定依据.

摘要： 本文首先简要介绍了弹簧-质点模型的概念和结构,其次从模型结构和受力算法两个方面详细阐释了基于弹簧-质点模型的织物仿真技术改进工作,其中模型结构的改进分为二维和三维层面,受力算法的改进主要针对弹簧动态约束和质点位置参数,最后指出织物仿真技术未来的发展趋势,应向着模拟逼真化、运行实时化、形式多样化的方向发展.通过以上的研究,希望为基于弹簧-质点模型的织物仿真技术的进一步发展提供一定依据.

摘要： 本文首先简要介绍了弹簧-质点模型的概念和结构,其次从模型结构和受力算法两个方面详细阐释了基于弹簧-质点模型的织物仿真技术改进工作,其中模型结构的改进分为二维和三维层面,受力算法的改进主要针对弹簧动态约束和质点位置参数,最后指出织物仿真技术未来的发展趋势,应向着模拟逼真化、运行实时化、形式多样化的方向发展.通过以上的研究,希望为基于弹簧-质点模型的织物仿真技术的进一步发展提供一定依据.

摘要： 为使纬编针织物具有更真实的模拟效果,本文采用Lumislice技术对纬编织物进行三维模拟.在改进的弹簧-质点模型的基础上对线圈进行结构建模,用直线连接线圈型值点,并使用线性插值算法对原有空间直线进行处理,采用加权移动平均法来对这些插值点进行平滑处理.通过对相邻插值点的空间坐标计算三个相对欧拉角,将Lumislice光片放入插值点的同时,对其进行相应的旋转变换.借助于Microsoft Visual Studio 2010集成开发工具和OpenGL三维绘图函数库,在计算机上实现了纬编织物的三维建模和动态仿真.与其它更加逼真的纬编织物三维模型相比,提出的建模算法更高效.

摘要： 为使纬编针织物具有更真实的模拟效果,本文采用Lumislice技术对纬编织物进行三维模拟.在改进的弹簧-质点模型的基础上对线圈进行结构建模,用直线连接线圈型值点,并使用线性插值算法对原有空间直线进行处理,采用加权移动平均法来对这些插值点进行平滑处理.通过对相邻插值点的空间坐标计算三个相对欧拉角,将Lumislice光片放入插值点的同时,对其进行相应的旋转变换.借助于Microsoft Visual Studio 2010集成开发工具和OpenGL三维绘图函数库,在计算机上实现了纬编织物的三维建模和动态仿真.与其它更加逼真的纬编织物三维模型相比,提出的建模算法更高效.

摘要： 为使纬编针织物具有更真实的模拟效果,本文采用Lumislice技术对纬编织物进行三维模拟.在改进的弹簧-质点模型的基础上对线圈进行结构建模,用直线连接线圈型值点,并使用线性插值算法对原有空间直线进行处理,采用加权移动平均法来对这些插值点进行平滑处理.通过对相邻插值点的空间坐标计算三个相对欧拉角,将Lumislice光片放入插值点的同时,对其进行相应的旋转变换.借助于Microsoft Visual Studio 2010集成开发工具和OpenGL三维绘图函数库,在计算机上实现了纬编织物的三维建模和动态仿真.与其它更加逼真的纬编织物三维模型相比,提出的建模算法更高效.

摘要： 为使纬编针织物具有更真实的模拟效果,本文采用Lumislice技术对纬编织物进行三维模拟.在改进的弹簧-质点模型的基础上对线圈进行结构建模,用直线连接线圈型值点,并使用线性插值算法对原有空间直线进行处理,采用加权移动平均法来对这些插值点进行平滑处理.通过对相邻插值点的空间坐标计算三个相对欧拉角,将Lumislice光片放入插值点的同时,对其进行相应的旋转变换.借助于Microsoft Visual Studio 2010集成开发工具和OpenGL三维绘图函数库,在计算机上实现了纬编织物的三维建模和动态仿真.与其它更加逼真的纬编织物三维模型相比,提出的建模算法更高效.

摘要： 肩关节镜手术是一种应用广泛但操作难度高的微创手术，大力开展肩关节镜手术培训研究是关节外科发展的重方向。本研究利用CT及MRI影像数据建立虚拟的人体肩关节，结合无网格模型技术、弹簧‐质点模型技术及AABB包围盒碰撞检测等技术在计算机中建立一个模拟环境，在此环境中，医生可以通过自主研发的力反馈交互设备实现关节镜探查、诊断以及模拟简单的肩关节镜手术操作。

摘要： 肩关节镜手术是一种应用广泛但操作难度高的微创手术，大力开展肩关节镜手术培训研究是关节外科发展的重方向。本研究利用CT及MRI影像数据建立虚拟的人体肩关节，结合无网格模型技术、弹簧‐质点模型技术及AABB包围盒碰撞检测等技术在计算机中建立一个模拟环境，在此环境中，医生可以通过自主研发的力反馈交互设备实现关节镜探查、诊断以及模拟简单的肩关节镜手术操作。

摘要： 本发明公开了一种基于质点弹簧与填充体模型混合的软体形变模型构建方法，属于计算机图形学仿真、虚拟现实领域。包括以下步骤：应用三维建模软件构建三维人体器官模型；对经过减面处理的人体器官模型进行三角剖分获取四面体模型；构建填充体模型；构建弹簧结构；形成表层约束条件以及内部填充体约束条件；对人体器官模型表层与内部填充体模型进行渲染；将视觉显示结构与物理形变结构分离。本发明在传统质点弹簧模型基础上融入了体模型的概念，减少了形变过程中的计算量，同时由于内部填充体模型的存在，使整个软体形变模型更加接近于真实的人体器官结构，避免了传统质点弹簧易产生塌陷失真的现象，大大增强了虚拟手术过程中软体形变的仿真效果。

摘要： 本发明公开了一种基于牙体长轴的质点弹簧模型的牙龈变形仿真方法，包括如下步骤：确定牙龈模型；计算出牙体长轴的位置；存储质点的初始位置、邻接点以及它对应于牙体长轴的映射点等信息；确定每一个时间步长内即每次迭代中质点的位置、速度和受力；当拖动牙冠时，根据移动矩阵计算牙体长轴的新位置；判断停止条件，输出仿真结果。本发明通过改进的质点弹簧模型变形效果相较简化的质点弹簧模型比较饱满，同时在时间消耗方面也大大降低，从而达到了良好的仿真效果。

摘要： 本发明公开了一种基于改进的质点弹簧模型的牙龈软组织形变仿真方法，包括步骤：一、构建改进的质点弹簧模型：所述改进的质点弹簧模型包括代表形变弹簧的最小阈值的矩形框、分别位于矩形框两侧代表弹簧两端的质点的两个端点和连接在两个端点上代表形变弹簧的最大阈值的连接线；步骤二、基于改进的质点弹簧模型对牙龈软组织形变进行仿真。本发明针对传统质点‑弹簧模型在软组织形变仿真过程中容易出现的"超弹性"现象，提出一种改进的模型；这种改进的模型，设计新颖合理，实现方便，提高了牙龈软组织形变仿真的精度；另外在衡量形变后牙齿周围牙龈部分表面的光滑度问题上，通过计算三角形面片的法线夹角平均值之和，来从数值上给出精确判断。

摘要： 本发明公开了一种基于质点弹簧与填充体模型混合的软体形变模型构建方法，属于计算机图形学仿真、虚拟现实领域。包括以下步骤：应用三维建模软件构建三维人体器官模型；对经过减面处理的人体器官模型进行三角剖分获取四面体模型；构建填充体模型；构建弹簧结构；形成表层约束条件以及内部填充体约束条件；对人体器官模型表层与内部填充体模型进行渲染；将视觉显示结构与物理形变结构分离。本发明在传统质点弹簧模型基础上融入了体模型的概念，减少了形变过程中的计算量，同时由于内部填充体模型的存在，使整个软体形变模型更加接近于真实的人体器官结构，避免了传统质点弹簧易产生塌陷失真的现象，大大增强了虚拟手术过程中软体形变的仿真效果。

摘要： 本发明公开了一种基于改进的质点弹簧模型的牙龈软组织形变仿真方法，包括步骤：一、构建改进的质点弹簧模型：所述改进的质点弹簧模型包括代表形变弹簧的最小阈值的矩形框、分别位于矩形框两侧代表弹簧两端的质点的两个端点和连接在两个端点上代表形变弹簧的最大阈值的连接线；步骤二、基于改进的质点弹簧模型对牙龈软组织形变进行仿真。本发明针对传统质点‑弹簧模型在软组织形变仿真过程中容易出现的"超弹性"现象，提出一种改进的模型；这种改进的模型，设计新颖合理，实现方便，提高了牙龈软组织形变仿真的精度；另外在衡量形变后牙齿周围牙龈部分表面的光滑度问题上，通过计算三角形面片的法线夹角平均值之和，来从数值上给出精确判断。

摘要： 本发明公开了一种质点弹簧模型软组织变形模拟方法，利用有限元法对质点弹簧模型的参数设定进行改进，包括质点弹簧模型初始参数设置、软组织变形过程中质点弹簧模型弹簧参数的确定以及软组织各项异性特征的参数化，提高了质点弹簧模型的精度，采用改进的Verlet算法计算质点弹簧模型的质点位置和速度，以2阶Taylor级数法启动完成首次迭代计算，采用常规Verlet算法完成合外力改变较小情况下质点位置和速度的迭代计算，采用Beeman算法完成软组织与其他物体发生碰撞情况下质点位置和速度的迭代计算，减少了模型误差，采用轴向包围盒AABB和方向包围盒OBB相结合的混合包围盒算法进行碰撞检测，改进的碰撞检测算法提高了模型的交互性和实时性。

摘要： 一种基于质点弹簧的混合缝合线模型及其打结方法，该模型在质点弹簧模型的基础上加入了扭转弹簧与分段计算缝合线张力的方法，并将图元碰撞检测以及碰撞簇方法结合，还加入了对单位时间步内缝合线顶点的最大移动距离的限制。这种混合缝合线模型及其打结方法可以真实的模拟缝合线内部张力，有效避免了误检、漏检碰撞的现象，并提高了碰撞反馈力计算的准确性。实验表明，与传统的FTL缝合线建模方法相比，该模型及其打结方法在视觉渲染上更具真实性，且在处理“称人结”这类复杂结模拟中更具稳定性。

摘要： 本发明公开了基于等几何弹簧质点模型的布料动态仿真方法。本发明步骤：基于弹簧‑质点模型将布料面片离散成质点，质点与质点之间用三类弹簧相连；对布料的质点进行受力分析，计算出质点下一时刻的速度和位移，对与发生超弹性现象的弹簧相连的质点进行位置修正和速度约束；分别构建布料和碰撞物的AABB层次包围体结构，进行碰撞检测，检测到发生碰撞时进行碰撞响应，否则直接进入下一步，碰撞响应后进入下一步；定义布料的张量积Bézier曲面模型，将弹簧‑质点模型中质点的位置投射到张量积Bézier曲面的控制顶点上，对布料面片进行动态表达和模拟。本发明能精确表达布料模型，仿真效率高，适用于虚拟试衣等应用。

摘要： 本发明涉及一种基于弹簧质点模型的复杂曲面优化展平方法，包括下述步骤：(1)离散三维曲面；(2)构建三角网络模型；(3)确定展平三角形，得到初始展平位置；(4)通过拓扑搜索相邻三角带，构建弹簧质点模型方程；(5)根据已展平三角形查询搜索到邻域相邻的三角形，逐邻域展平三角形，直到展平所有三角形。本发明基于离散网格三角形，自动搜索中央处理三角形，根据弹簧质点模型逐步释放弹性能，提供简便的处理三角形折叠方案，算法步骤简单，展平效率好，稳定性高。

摘要： 本发明公开了一种基于弹簧质点模型的各项异性材质的布料仿真方法、系统、电子设备及存储介质，属于仿真技术领域，包括对布料进行离散化的三角形网格划分，获得布料上每个三角形顶点坐标；将布料在二维纹理坐标系中展开铺平，获得三角形顶点的二维纹理坐标；对每个三角形顶点进行弹簧质点形变计算，获得每个时间节点上的新坐标；计算出表面的法向量并进行渲染，实时仿真地绘制出动态形变可视化的效果；对三角形顶点进行质点弹簧迭代形变计算包括三角形顶点中任意两个顶点之间弹力，弹力的强度系数包括位于二维纹理坐标系中X轴和Y轴方向。本发明引入了各项异性弯曲方法，使得布料仿真通过调节局部材质方向二维参数控制布料的各向异性行为。