[发明专利]实时可交互的高精度绳缆仿真方法及系统

权利要求书

1.一种实时可交互的高精度绳缆仿真方法，其特征在于，包括初始化阶段和仿真阶段，其中：初始化阶段根据待仿真绳缆的初始状态，将连续的绳缆离散处理并存储后设定仿真参数；仿真阶段采用改进后的投影力学算法，根据基于Cosserat绳杆模型推导出的运动约束，使用矩阵分解和缓存加速，在实时性的基础上输出绳缆每个逻辑帧的运动状态，实现绳缆仿真的物理精度增强。

2.根据权利要求1所述的实时可交互的高精度绳缆仿真方法，其特征是，所述的初始化阶段具体包括：

第一步，获取用户输入的用于定义绳缆中心线的控制点：用户输入控制点；获取上述在三维空间中的控制点后，选用具有C1连续性，经过所有控制点的Catmull-Rom样条曲线作为绳缆的中心线；

第二步，获取用户输入的采样频率N：根据Cosserat理论模型的定义，记长度为L的绳缆的中心线为在中心线上根据弧坐标s均匀的采样N个点：r(0)，r(L/N-1)，r(2L/N-1)…r(L)，则绳缆被分为N-1段，每段由两个顶点{x_i，x_i+1}和一个代表旋转的四元素u_i定义；采用u_i旋转世界坐标系后即得到Cosserat绳杆模型中的局部坐标系，则N个顶点为粒子，绳缆被分为的N-1段为离散绳段，作为存储在计算机里的数据结构；

第三步，用户输入绳缆的几何参数和材料参数：根据用户输入的横截面半径，在每个粒子处绘制对应半径的圆面，该圆面的法线方向为中心线在该点的切向方向；依次连接这些圆面上的点组成三角网格，从而还原出绳缆的几何模型；

第四步，接受用户输入的仿真参数，包括：仿真所需模拟运动的整体时长，仿真绳缆运动状态每次变化的时间步长，每次状态变化计算的迭代次数；

第五步，存储绳缆的几何参数、材料参数，以及粒子和离散绳段的信息。

3.根据权利要求2所述的实时可交互的高精度绳缆仿真方法，其特征是，所述的粒子具有质量、位置、速度属性，初始位置设置为采样点处，初始速度为0，质量为绳缆密度乘以相邻离散绳段长度平均值；所述的离散绳段具有朝向、角速度、几何惯性矩、初始长度属性，初始朝向设置为绳缆中心线在该离散绳段的起始粒子处的切线方向，初始角速度为0，初始长度为离散绳段对应两个顶点间的距离，几何惯性矩根据横截面半径算出；

所述的几何参数，包括初始长度、横截面半径；

所述的材料参数，包括密度、杨氏模量、泊松率。