[发明专利]一种柔性材料的形变仿真方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，特别涉及一种柔性材料的形变仿真方法和装置。

背景技术

随着计算机软硬件技术的发展，动画、游戏等产业随之迅速崛起。动画、游戏中的场景通过建模和仿真实现，而有限元法是在建模和仿真过程中解决弹性力学问题的经典装置。

有限元法将连续的求解区域离散为一组单元的组合体，各单元按照一定方式相互联结在一起，实现对几何形状复杂求解域的建模。

在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：

现有技术中，有限元装置中需要求解非线性方程组，使得计算过程难以并行化，消耗了较长的时间，而复杂的碰撞检测算法降低了模型的实时性。

发明内容

为了解决模型仿真实时性的问题，本发明实施例提供了一种柔性材料的形变仿真方法和装置。所述技术方案如下：

一方面，提供了一种柔性材料的形变仿真方法，所述方法包括：

根据模型在下一时刻的预设位置和局部碰撞表面的位置，判断所述模型在下一时刻是否发生碰撞；

如果所述模型在下一时刻发生碰撞，根据模型碰撞点的当前位置和预设位置进行计算，得到所述模型碰撞点的下一时刻的位移；

如果所述模型在下一时刻不发生碰撞，将所述模型在下一时刻的预设位置更新为所述模型的下一时刻的实际位置。

如果所述模型在下一时刻发生碰撞，根据模型碰撞点的当前位置和预设位置进行计算，得到所述模型碰撞点的下一时刻的位移之后，包括：

根据所述模型碰撞点的下一时刻的位移和公式计算所述模型碰撞点的内应力和外力的差值，其中，M为对角矩阵，和分别是位移对时间t的一阶和二阶导数，α为常量系数，^tr_n为外力，^tf_n为内力。

根据所述模型碰撞点的下一时刻的位移和公式计算所述模型碰撞点的内应力和外力的差值之后，包括：

根据公式以及所述模型碰撞点的内应力和外力的差值，计算所述模型非碰撞点的下一时刻的位移，其中，^t+Δtu_n为下一时刻的位移，^tu_n为当前时刻的位移，^t-Δtu_n为前一时刻的位移，^tr_n为外力，^tf_n为内应力，M为对角矩阵，γ₁、γ₂、γ₃分别为系数。

如果所述模型在下一时刻发生碰撞，根据模型碰撞点的当前位置和预设位置进行计算，得到所述模型碰撞点的下一时刻的位移，包括：

如果所述模型在下一时刻发生碰撞，根据模型碰撞点的当前位置、预设位置和公式进行计算，得到所述模型碰撞点的预测位移的分量，其中，^tempx为预设位置，^tx为当前位置，和分别为预测位移的分量；

根据所述预测位移的分量、公式u_y=|^tx-LCS|和进行计算，得到所述模型碰撞点的实际位移分量，其中，^tx-LCS是当前位置到局部碰撞表面在y方向上的位移，u_xin和u_zin分别是x、z方向上的最大位移，u_xout和u_zout分别是在有摩擦情况下的x、z方向上的最小位移；

根据所述模型碰撞点的实际位移分量和公式^t+Δtu=^tu+(^t+Δtx-^tx)=^tu+[u_x,u_y,u_z]^T进行计算，得到所述模型碰撞点的下一时刻的位移。

根据模型在下一时刻的预设位置和局部碰撞表面的位置，判断所述模型在下一时刻是否发生碰撞之前，包括：