游戲中物理動畫應(yīng)用的研究.pdf

1、基于物理的計算機(jī)動畫起步于上世紀(jì)八十年代并迅速成為圖形學(xué)領(lǐng)域的熱點；從上世紀(jì)九十年代開始在電影工業(yè)中得到應(yīng)用?；谖锢淼挠嬎銠C(jī)動畫改變了傳統(tǒng)的動畫制作方法。它一方面使動畫師們從手工繪制各種運(yùn)動動畫中解脫出來；另一方面更重要的是，它使得計算機(jī)動畫中物體的運(yùn)動更加自然真實，表現(xiàn)出僅靠人的想象難以表現(xiàn)的運(yùn)動細(xì)節(jié)。這一點，在近年來發(fā)展迅速的視頻游戲中得到了很好的體現(xiàn)。與傳統(tǒng)電影不同的是，游戲中的許多動畫必須被實時的渲染，且能夠?qū)崟r的依據(jù)玩家千變

2、萬化的操作產(chǎn)生互動。因而，基于物理的動畫便成為游戲制作者們解決問題的途徑。然而，物理動畫在游戲中的應(yīng)用還比較初級，仍然面臨著兩大困難：一方面，對于該領(lǐng)域的研究還不盡成熟，一些模擬方法甚至本身的物理理論都還有待探索；另一方面，許多現(xiàn)有的物理理論比較復(fù)雜，無法滿足游戲?qū)嵭缘囊?，為?yīng)用帶來了困難。本文基于游戲物理引擎的思想對游戲中物理動畫的應(yīng)用進(jìn)行了研究。
　　本文所設(shè)計的物理引擎包括對剛體、粒子、布料、關(guān)節(jié)動畫、流體、水流的模擬

3、以及GPU加速技術(shù)。設(shè)計中首先需要考慮兩點：一是如何對各類模型進(jìn)行表現(xiàn)跟計算，在滿足時效性的前提下滿足統(tǒng)一性；二是各類模型之間應(yīng)如何組織并能夠產(chǎn)生合理的碰撞交互。針對第一點，我們將剛體，粒子，布料與關(guān)節(jié)動畫都看作是粒子與約束條件的組合并采用Verlet積分法與高斯－塞德爾迭代法加以計算；對于流體與水流動畫，則統(tǒng)一為基于GPU加速的流體計算。對于第二點，考慮到固定時間步長與三維圖形表現(xiàn)，我們將各類模型的碰撞檢測統(tǒng)一為直線與三角形相交性檢測