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GAMES101(20节,动画和仿真)

Animation

关键帧

动画和几何(曲线)相关

物理模拟/仿真

牛顿第二定律:F = ma

需要清楚网格间相互作用力,也需要把物理仿真和渲染分为两部来看,例如布料模拟,流体模拟

mass spring system质点弹簧系统

一个基本单位时一个弹簧,两个质点

推导受力分析
a点受到b方向的力

胡克定律(Hooke's Law):ks劲度系数(取决于弹簧的材料) *  单位向量(方向)*(||b-a||  - l )原始长度(形变量)

根据力的相互作用,a点受到b方向的力,b点受到往a方向的力,又因为当前静止状态,也就是作用力 == 反作用力,b点受到往a方向的力 == a点受到b方向的力的反作用力

其实总的受力应为这样的平衡关系,ab都有弹力势能和拉力

这时当b松手,b的拉力消失,b点受力不再平衡,a对b产生的弹力势能,转换为动能,

没有其他力影响,因而总能量不变,动能势能不断相互转换,b永远不会停止

一阶导数,在物理模拟中在上方 · 点号,二阶用 ·· 表示

(对于匀速运动情况)对于路程/时间函数 的一阶导数为速率,二阶导数为加速度

那么为了让b停止,需要加摩擦力,和b导数-.>b的速度的方向相反 ,其中kd依旧是劲度系数

但是这样会让所有运动都停止,假设ab同时被拉开,并且保持相对静止,同时向右运动,这时我为ab同时添加f摩擦力,因为根据上面的公式f和速度方向相反,也就是左方向,那么就会导致ab停止,但是ab的相对拉开的 状态没有改变

这样是不符合我们的期望,我们期望,b可以在左右弹的过程逐渐停止,可是当同时ab运动时,上述并不能让ab恢复弹簧的原长度,仅能让ab不再向右移动

中间缺了点乘的符号

那么如何让ab依旧保持向右移动,并且ab逐渐恢复弹簧的原长度呢?

负号(相反),单位向量a->b,b导数(速度) - a导数(速度),单位向量a->b

首先前两个,浮点 * 向量 = b->a得到的依旧是向量

后两个相乘,得到浮点,v向量 * 单位向量, = ||v|| costheta

  • 假设b相对a向右弹,那么b的速率>a的速率,且为正值,cos = 1,fr即取相反值向左
  • 假设b相对a向左弹,那么b的速率>a的速率,且为负值,cos = -1,fr即取相反值向右

这里为什么要乘以单位向量?

假设b相对于a圆周运动,ba速度虽然不同,但弹簧的长度没有改变,因为ab的相对弹力没有改变,不应该在内部施加摩擦力(圆周运动不应该有恢复原状的返回力,只有在ab方向上的速度改变,才应在内部施加摩擦力),

假如没有单位向量,那么获得的fr摩擦力向量就是速度的反向,考虑上述不应有摩擦力的情况,因此,当点乘单位向量b->a,会根据向量的夹角cos,当为90度,结果为0 ,即没有摩擦力

也就是第一个单位向量,保证了结果是向量,第二个单位向量,保证了正确的摩擦力结果

模拟

模拟一个布,不应该受到形变的影响,比如延对角线拉扯(通过蓝线),延某方向弯折,通过(较弱红线)


http://www.kler.cn/news/323719.html

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