毕业论文--基于GPU加速的布料运动仿真系统

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1、本科毕业论文毕业论文(设计)论文（设计）题目:基于GPU加速的布料运动仿真系统姓名学号学院山东大学软件学院专业数字媒体年级指导教师2016年6月5日63本科毕业论文目录摘要3第1章绪论51.1研究背景51.2研究现状61.3论文的主要工作81.4整个论文的结构8第2章布料系统中的数学模型92.1质点弹簧模型92.2时间积分132.2.1verlet时间积分方法132.2.2显式欧拉计算方法142.2.3隐式欧拉计算方法152.3碰撞检测和处理152.3.1碰撞检测162.3.2碰撞处理162.4GPU加速17

2、2.4.1GPU加速中的分块策略192.4.1GPU加速中线程的同步20第3章系统具体的实现和架构233.1系统的具体实现步骤233.2系统实现的架构243.2.1布料建模243.2.2纹理映射和灯光材质的设置263.2.2关于场景中碰撞球体和地板的建模绘制283.2.3关于场景中碰撞球体的碰撞检测293.2.4布料仿真系统中的交互设计3063本科毕业论文3.2.5风力的计算353.2.6GPU加速的过程36第4章实验结果424.1系统开发的硬件软件环境424.2不同时间积分方式的比较424.3在相同情况下C

3、PU和GPU的渲染对比43第5章结论445.1总结445.2未来展望44致谢46参考文献47英文文献48中文译文5063本科毕业论文基于GPU加速的布料仿真系统摘要计算机仿真技术是计算机动画的热门研究方向，其中布料仿真技术也在大规模普及。现如今柔性曲面仿真技术已经在许多应用场景进行了商业化的尝试，但是仍旧没有进入大规模使用。在计算机动画、游戏、虚拟服装展示以及仿真试衣间，或者高级造型设计师的模拟设计，布料仿真都扮演着核心角色。基于物理模型布料的模型建立主流有质点弹簧模型，有限元模型和弹性变形模型。大部分基于物

4、理模型布料仿真系统是在建立模型的条件下，进行了时间积分，通过动力学的运动规律来研究布料的运动。因此基于物理的模型布料更注重物理性质上的真实性，同时在整个运动过程上符合运动规律。由于计算机仿真对计算速度的要求比较高，研究人员都在算法和硬件条件上尝试对仿真进行加速。由于算法加速的性能有限，今年来大部分研究的突破都是在硬件条件加速的改进。其中GPU因为计算模块多，同时布料的并行计算并行度高，计算多而简单，适合使用GPU来进行加速。所以使GPU加速在布料仿真系统中脱颖而出。本文描述了基于物理模型来仿真布料，在时间和空

5、间上对布料仿真问题进行离散化。我们把整块布料视为质点和弹簧组成的可变形曲面网格，然后基于动力学的原理计算质点和弹簧的受力。使用verlet时间积分的方式来迭代，模拟网格的运动。同时，63本科毕业论文在计算的基础上我们使用NVIDIA的CUDA进行了GPU的加速，使仿真的计算时间大大缩短。在这个场景中，也进行了简单的碰撞检测和交互设计，让场景更加丰满。关键字：布料仿真；弹簧质点模型；GPU加速63本科毕业论文ABSTRACTComputersimulationtechnologyisthehotresearch

6、directionofcomputeranimation,theclothsimulationtechnologyisalsobeingwidelyused.Nowcommercialattemptsofflexiblesurfacesimulationtechnologyhavebeentriedinmanyapplicationscenarios,butstilldonothaveaccesstolarge-scaleuse.Incomputeranimation,games,virtualclothin

7、gdisplay,simulationfitting,orseniordesignersofanalogdesign,clothsimulationplaysthecorerole.Basedonthephysicalmodel,themainmodelofthemass-springisestablished,thefiniteelementmodelandtheelasticdeformationmodelaswell.Mostofthesimulationsystembasedonphysicalmod

8、elisintheconditionofestablishingthemodel,andthetimeintegrationiscarriedout.Therefore,thephysicalmodelofclothismoreemphasisonthephysicalpropertiesoftheauthenticity,whileinthewholeprocessofmovementinline