[发明专利]一种流体环境下的关节动画建模技术

权利要求书

1.一种流体环境下的关节动画建模技术，其特征在于，该方法包括步骤：

步骤1，输入上一时刻计算所得的所有广义位置和广义速度，基于广义坐标系； 

步骤2，计算驱动函数，获得期望的广义位置和广义加速度，基于广义坐标系；

步骤3，通过计算力矩控制器获取铰链体的广义驱动力，基于广义坐标系；

步骤4，根据拉格朗日动力学，计算铰链体的广义加速度，基于广义坐标系；

步骤5，使用欧拉法，计算下一时刻每个广义位置和中间广义速度，基于广义坐标系；

步骤6，计算流体对铰链体产生的外力，包括压力和摩擦力，并从笛卡尔坐标系变换至广义坐标系；

步骤7，计算外力产生的广义加速度，基于广义坐标系；

步骤8，使用欧拉法，更新广义速度；

步骤9，变换坐标系，将铰链体从广义坐标系变换至笛卡尔坐标系，并计算铰链体在笛卡尔坐标系下的位置和方位角；

步骤10，根据铰链体的位置和方位角进行渲染，基于笛卡尔坐标系。

2.根据权利要求1所述的流体环境下的关节动画建模技术方法，其特征在于，所述的步骤2中的驱动函数采用周期函数，如公式(1a)和(1b)所示，针对每个广义位置和广义速度进行设置：

                        (1a)

                                (1b)

其中， 、、和分别为振幅、周期、相位和偏移量。

3.根据权利要求1所述的流体环境下的关节动画建模技术方法，其特征在于，所述的步骤3中计算力矩控制器的计算式如公式(1)所示：

 (1)

其中，和分别为下一时刻期望到达的广义坐标和广义加速度，、和分别为当前时刻广义坐标、广义速度和广义加速度；另外，、和为控制系数，并满足且与在同一数量级；此外，根据拉格朗日动力学知，为下一时刻的质量项，为当前时刻的科氏力项，使用欧拉法化简项，如公式(2)和公式(3)所示：

                            (2)

                (3)

其中，为当前时刻的雅克比矩阵，为当前时刻雅克比矩阵的转置，为当前时刻的质量矩阵，包括质量和惯性张量两部分构成，为角速度的反对称矩阵；与标准的拉格朗日动力学不同的是，这里使用的是和来近似计算下一时刻产生的项。

4.根据权利要求1所述的流体环境下的关节动画建模技术方法，其特征在于，所述的步骤4中根据拉格朗日动力学，计算铰链体的广义加速度，基于广义坐标系，具体为：

步骤4.1，计算铰链体的质量矩阵，如公式(4)所示：

                              (4)

步骤4.2，计算铰链体的科氏力矩阵，如公式(3)所示：

步骤4.3，计算铰链体的广义重力，如公式(5)所示：

                               (5)

步骤4.4，计算铰链体的广义加速度，如公式(6)所示：

 (6)

其中，为当前时刻的内力。

5.根据权利要求1所述的流体环境下的关节动画建模技术方法，其特征在于，所述的步骤5使用欧拉法，计算下一时刻每个广义位置和中间广义速度，基于广义坐标系，其具体为：

步骤5.1，使用欧拉法计算下一时刻铰链体的位置，如公式(7)所示：

                             (7)

步骤5.2，使用欧拉法计算下一时刻铰链体的速度，如公式(8)所示： 

 (8)。