58、物体运动模拟与刚性评估技术解析

物体运动模拟与刚性评估技术解析

1. 物体运动模拟技术

1.1 液体图递归处理与物理量计算

在模拟物体与液体相互作用时，可通过递归过程遍历图的所有节点。同时，需实现一个算法，依据节点位置对其在转移过程中的使用进行优先级排序。此外，要计算液体图的刚体物理量，如质量、质心和惯性张量，这些物理量是计算组合系统的关键。由于图的离散性质，这些物理量将以离散形式进行计算。

1.2 最终模型计算

为准确模拟浸没物体与流入水的动态行为，需将固体和液体两个物理系统的物理量进行组合。组合后的物理量计算公式如下：
- 系统总质量：$M_s = M + M_G$
- 系统总质心：$C_s = M C + M_G C_G$
- 系统总惯性张量：$I_s = I \otimes I_G$

其中，惯性张量的组合操作 $\otimes$ 是在同一坐标系下计算的张量算术和。计算液体系统相对于空间中某一点的惯性张量相对简单，而固体的惯性张量由于是预计算的，计算起来较为复杂，可使用平行轴定理解决。通过将两个相对于同一公共点计算得到的惯性张量相加，可得到完整系统的总质心 $C_s$。

1.3 实现与结果展示

为实现实时性能，采用 OpenCL 和 OpenGL API 进行演示。模拟涵盖了多种场景：
- 浮标模拟 ：浮标不可渗透，其物理量在模拟过程中保持不变，湿部使用特定方法渲染。
- 受损船只模拟 ：物体表面的渗透性以每纹理像素为基础定义，模拟受损部位。随着水进入模型，物体的物理属性会发生变化，该方法适