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一種網狀結構的仿真方法.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510329255.7

申請日:

2015.06.15

公開號:

CN104991808A

公開日:

2015.10.21

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 9/455申請日:20150615|||公開
IPC分類號: G06F9/455; G06T17/00 主分類號: G06F9/455
申請人: 福建工程學院
發明人: 陳樂; 高正欽; 蔡沛緯; 翟金麗
地址: 350118福建省福州市大學新區學園路3號
優先權:
專利代理機構: 北京市商泰律師事務所11255 代理人: 王曉彬
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510329255.7

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2017.09.29|||2015.11.18|||2015.10.21

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本發明公開了一種網狀結構的仿真方法,包括如下步驟:步驟一、繩索生成;步驟二、建立網洞;步驟三、建立小網;步驟四、建立大網;步驟五、建立網狀結構;步驟六、生成高級網狀結構;步驟七、添加碰撞器。本發明克服了現有技術網狀結構的數據結構結構復雜,內存開銷大,運營成本高,需要編寫特定的約束力學程序來維護數據結構,反應速度慢,無法實現物理仿真效果的缺點,不需要編寫特定的約束力學程序來維護數據結構,一切物理仿真效果智能化、自動化實現。

權利要求書

權利要求書
1.  一種網狀結構的仿真方法,其特征在于,包括如下步驟:
步驟一)繩索生成:利用制作引擎生成剛體網格繩索,所述繩索上附帶有attach函數,使得繩索間可以相連綁定;
步驟二)建立網洞:將生成的剛體網格繩索首尾相連,并通過attach函數綁定,形成網洞;若不能形成網洞,則返回步驟一;所述網洞由4條剛體網格繩索圍成;
步驟三)建立小網:將網洞作為基本單元,通過繩索上的attach函數,將4個網洞綁定形成一個小網;若不能建立小網,則返回步驟二;
步驟四)建立大網:將小網作為基本單元,通過繩索上的attach函數,將4個小網綁定形成一個大網;若不能建立大網則返回步驟三;
步驟五)建立網狀結構:在大網的邊緣節點處設置質點,所述質點為剛體,但沒有形狀大小,且受物理定律的約束;設定attach函數可綁定任何剛體,將大網與大網大網連接,4個大網形成一個網狀結構;若不能形成網狀結構則返回步驟四;
步驟六)生成高級網狀結構:將網狀結構相互連接,生成更高級的網狀結構;
步驟七)添加碰撞器:設置判斷繩索是否碰觸到物體的碰撞器,然后結束程序。

2.  如權利要求1所述的網狀結構的仿真方法,其特征在于,所述步驟六)中,碰撞器為膠囊碰撞器。

3.  如權利要求1所述的網狀結構的仿真方法,其特征在于,所述步驟一) 中,制作引擎為Unity3D引擎,所述Unity3D引擎的插件為quick rope插件。

4.  如權利要求1所述的網狀結構的仿真方法,其特征在于,利用gameobject父子關系制作網狀結構的數據結構拓撲關系。

說明書

說明書一種網狀結構的仿真方法
技術領域
本發明涉及一種仿真方法,尤其涉及一種網狀結構的仿真方法。
背景技術
術語解釋:
網狀結構:具有網絡狀的,由柔性材質編織的結構
物理仿真:以物理性質和幾何形狀相似為基礎,其他性質不變的仿真。
約束:對非自由體的某些位移起限制作用的周圍物體稱為約束。
織物仿真常指對柔性紡織品靜態和動態以及著裝效果和性能的計算機模擬。二維織物的材料屬性與織法結構的仿真顯示研究較為普遍,而三維織物的材料屬性與織法結構的仿真顯示研究在國內外則剛起步。主要以有限元等迭代算法為主,該方法能達到一定的仿真效果,但計算量大是這些算法的不足。紡織學界對織物風格仿真的研究較早,計算機圖形學界對此的研究則始于上世紀八十年代中期,標志性的文獻是由Weil Jerry提出一種懸掛的三維織物在受到一定約束時的三維效果描述。目前織物真實感模型算法主要是圍繞光照處理和紋理映射,產生褶皺、懸垂、紋織效果等細節,這些算法一般是針對織物的某種屬性進行仿真。
現有技術網狀結構的數據結構結構復雜,內存開銷大,運營成本高,需要編寫特定的約束力學程序來維護數據結構,反應速度慢,無法實現物理仿真效果。
發明內容
為解決上述問題本發明提供了一種網狀結構的仿真方法。本發明步驟簡單明了,不需要編寫特定的約束力學程序來維護數據結構,一切物理仿真效果智能化、自動化實現。
為達到上述技術效果,本發明的技術方案是:
一種網狀結構的仿真方法,包括如下步驟:
步驟一、繩索生成:利用制作引擎生成剛體網格繩索,所述繩索上附帶有attach函數,使得繩索間可以相連綁定;
步驟二、建立網洞:將生成的剛體網格繩索首尾相連,并通過attach函數綁定,形成網洞;若不能形成網洞,則返回步驟一;所述網洞由4條剛體網格繩索圍成;
步驟三、建立小網:將網洞作為基本單元,通過繩索上的attach函數,將4個網洞綁定形成一個小網;若不能建立小網,則返回步驟二;
步驟四、建立大網:將小網作為基本單元,通過繩索上的attach函數,將4個小網綁定形成一個大網;若不能建立大網則返回步驟三;
步驟五、建立網狀結構:在大網的邊緣節點處設置質點,所述質點為剛體,但沒有形狀大小,且受物理定律的約束;設定attach函數可綁定任何剛體,將大網與大網大網連接,4個大網形成一個網狀結構;若不能形成網狀結構則返回步驟四;
步驟六、生成高級網狀結構:將網狀結構相互連接,生成更高級的網 狀結構;
步驟七、添加碰撞器:設置判斷繩索是否碰觸到物體的碰撞器,然后結束程序。
進一步的改進,所述步驟六中,碰撞器為膠囊碰撞器。
進一步的改進,所述步驟一中,制作引擎為Unity3D引擎,所述Unity3D引擎的插件為quick rope插件。
進一步的改進,利用gameobject父子關系制作網狀結構的數據結構拓撲關系。
本發明的優點:
1.利用Unity游戲引擎來實現新的網狀結構的數據結構,步驟簡單明了。
2.不需要編寫特定的約束力學程序來維護數據結構。
3.一切物理仿真效果智能化、自動化實現。
附圖說明
圖1本發明的流程示意圖;
圖2膠囊碰撞器結構示圖;
圖3網格繩索結構示意圖;
圖4網洞結構示意圖;
圖5大網邊緣的質點設置示意圖;
圖6繩索之間通過質點連接的示意圖;
圖7網狀結構的結構示意圖。
具體實施方式
如圖1-7所示的一種網狀結構的仿真方法,包括如下步驟:
步驟一、繩索生成:利用制作引擎生成剛體網格繩索,所述繩索上附帶有attach函數,使得繩索間可以相連綁定;所述制作引擎為Unity3D引擎,所述Unity3D引擎的插件為quick rope插件;
步驟二、建立網洞:將生成的剛體網格繩索首尾相連,并通過attach函數綁定,形成網洞;若不能形成網洞,則返回步驟一;所述網洞由4條剛體網格繩索圍成;
步驟三、建立小網:將網洞作為基本單元,通過繩索上的attach函數,將4個網洞綁定形成一個小網;若不能建立小網,則返回步驟二;
步驟四、建立大網:將小網作為基本單元,通過繩索上的attach函數,將4個小網綁定形成一個大網;若不能建立大網則返回步驟三;
步驟五、建立網狀結構:在大網的邊緣節點處設置質點,所述質點為剛體,但沒有形狀大小,且受物理定律的約束;設定attach函數可綁定任何剛體,將大網與大網大網連接,4個大網形成一個網狀結構;若不能形成網狀結構則返回步驟四;
步驟六、生成高級網狀結構:將網狀結構相互連接,生成更高級的網狀結構;
步驟七、添加碰撞器:設置判斷繩索是否碰觸到物體的碰撞器,所述碰撞器為膠囊碰撞器,然后結束程序。
本發明利用gameobject父子關系制作網狀結構的數據結構拓撲關系。
本發明運用unity3d中現有的quick rope2插件,研究其中所具有的Line rope、Mesh rope、Prefab rope、Cloth rope。發現Mesh rope所具有的性質最接近本次項目網狀結構的要求。
其中Line rope(線狀繩索)顧名思義為線狀,故為2D,無法實現3D的繩索。Prefab rope(預制繩索),是通過對模型的預生成,鏈接成一根繩索,可用于鏈式繩索的仿真上。但是如果用在本項目中,就會出現類似三節棍的效果。Cloth rope(布式繩索)不具備物理性質。Mesh rope(網格繩索),是通過網格的拼接成一個正六邊體來逼近繪制一根繩索(如圖3示)。并可添加physics物理性質,可設置所受重力,扭曲限度,擺動限度,所受阻力。
在rope中,附帶了attach()函數,通過建立兩個剛體之間的關節關系,達到一種“綁定”的效果。
首先要通過繩索建立一個網洞hole。一個網洞是由四條繩索構成的。繩索作為網洞的子級。繩索間首尾相接,并在連接處,并調用繩索的attach()函數,將兩根繩索綁定(如圖4所示)。
然后利用網洞作為基本單元,把四個網洞作為一個小網net的子級。四個網洞繼續通過調用繩索上的attach()函數進行綁定。
按照相同原理,建立具有四個net作為子級的一個NET。
若此時再用上面的模型,通過四個NET建立下一級時,在連接處,調用特定的某條繩的attach()函數,將變得很困難。故在此時,對NET模型進行改進。在NET與NET之間的連接處,添加“質點”(如圖5所示)。這些質點沒有形狀大小,但具備剛體的性質,受著物理定律的約束。而繩索的attach()函數可以綁定任意剛體。于是形成一種“繩系點,點系繩”的連接方式(如圖6所示)。
于是四個NET只要稍加變換角度就可建立起更高級的網(如圖7所示)。
對于一張網的主要功能是捕捉,那么就要判斷是否碰撞。于是要給繩索添加碰撞器。在本項目中是采用相對節約資源的Capsule Collider(膠囊碰撞器)。這種碰撞器是兩端為半球狀,中間為圓柱體(如圖2所示),雖不如mesh Collider(網格碰撞器)逼真,但是大大節約了資源,提高了運算效率,而且對于一小段繩索的逼近程度也很高。
以上實例的說明只是用于幫助理解本發明的核心思想;同時,對于本領域的一般技術人員,依據本發明的思想,在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處,綜上所述,本說明書內容不應理解為對本發明的限制。

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一種 網狀結構 仿真 方法
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