3d图形引擎及动画关键技术的研究和实现

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1、摘要3D图形引擎是计算机硬件和软件开发的最新技术，有着实时性，交互性以及强大漫游功能的主要特点。3D图形引擎目前在很多领域内都有很广泛的应用，如军方的模拟实战系统、虚拟现实以及网络游戏等。计算机动画是三维图形引擎中一个重要组成部分，同时它也是评价图形引擎好坏的一个重要标志。通过对3D图形引擎和骨骼动画技术的研究为现有的引擎设计了一套骨骼动画实现方案，增强了引擎的动画功能，并在本文给出具体的实现方法和结果；另外，通过对布料建模的研究改进了质点弹簧模型并分别用显式与隐式的数值积分方法对其做了实时仿真。本文的研究内容主要集中在骨骼动画和布料动画两个领域：第一、设计了骨骼动画在现有3D图形引擎中

2、的实现方案。骨骼蒙皮动画可被看作关节动画和单一网格模型动画的结合，它不但具有前两种动画的优点，同时克服了前两种动画的缺点，是游戏引擎中必不可少的功能之一。基于传统的骨骼蒙皮技术一顶点混合算法在模拟时关节处会出现凹陷，本文在骨骼动画的实现中运用了一种骨骼混合的方法来克服皮肤凹陷现象，具有逼真、生动的显示效果，同时具有良好的实时性，运用此技术来驱动动画，会为3D图形引擎增色不少。第二、提出了一种基于改进质点弹簧模型的布料动画实时仿真方法。在以往的研究中，人们提出了许多模拟布料运动的方法，这些方法的一个主要缺点是复杂度高、计算效率低，无法满足交互设计和实时动画的要求。该文在经典质点一弹簧模型的

3、表示基础上结合Choi的布料模型，通过简化弹簧弯曲抗力的计算方法，合并了弹簧的结构力和剪切力，从而达到了简化了布料物理模型的目的，提高了模拟的速度。实验证明，采用经改进的质点一弹簧模型可以得到实时稳定的布料仿真效果。关键词：3D图形引擎，骨骼动画，布料动画，质点弹簧模型VABSTRACT3D—Graphicengineisthelatesttechnologyofcomputerhardwareandsoftwaredevelopment，themaincharacteristicofwhicharereal—time，interactionandpowerfulRoaming．Nowa

4、daysitiswidelyusedinmanyfieldssuch私simulationactualcombatsysteminmilitaryandOnlineGameandsoon．Computeranimationisakeycomponentofthe3D·Graphicengine；itis觚alsoimportantstandardwhentoevaluatea3D·Graphicengine．Thispaperismainlyfocusedontwodomains：skeletonanimationandclothanimation．1、ThisPaperpresente

5、danewtechnologyofskindeformationdrivenbyskeletonandhowtorealizeinthe3D—Graphicengine．SkinnedMeshAnimationCanbeseenaSthecombinationofArticulationAnimationandMeshModelAnimation,whichhastheadvantagesoftheformertwowhilelackingtheirshortcomings．Whenlinearblendingskinningisutilizedtoskeletalanimation,a

6、llundesirablecollapsingeffecttakesplacetojointswithlargespin．Weutilizeanewmethodcalledbonesblendingthatcarlbeusedasailalternativetovertexblending．BonesblendinghaSapowertoovercometheartifactsofvertexblending．TheexperimentprovesitCanmaketheenginemoreefficient．2、Anefficientandstablemethodtoanimatevi

7、rtualclothbasedonphysicalmodelisproposed．Duringthepasttime，peoplepresentedmanyfabricsimulationmethods．Amaindrawbackofthesemethodsisthehigllcomplexityandcalculationinefficiency,whichisunabletomeetthereal—timelyinteracti