[发明专利]柔性绳索的仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种绳索的仿真方法，尤其涉及一种柔性绳索的仿真方法。

背景技术

柔性绳索的仿真是计算机仿真研究中的难点之一，绳索的动力学行为非常复杂，过去的仿真一直是程序设计者人为设定的行为脚本来实现的，这种方法的缺点是绳索仿真逼真度不够，代码复杂，程序可移植性差：

1.逼真度不够表现在人为设定的行为脚本不能完全涵盖绳索运动特征，而在仿真系统中绳索的运动及碰撞情况具有不可预测性，这就更加大了编写行为脚本的难度。再者还有行为脚本是基于动力学公式编写出来的，理论性太强，情景太过理想化，尤其是绳索的运动为非线性运动，绳索之间的力的约束为变力(没有现成的物理学公式可以利用)，这样编写出的行为脚本就更难具有真实性了。

2.代码复杂体现在绳索的动力学行为是靠有限的行为脚本来执行，而行为脚本的编写是个复杂的过程，需要考虑非常多的情况来一一作出判断，执行不同的行为，绳索的受力及运动情况的复杂性决定了行为脚本代码编写的复杂度。

3.程序的可移植性差体现在编写的行为脚本仅仅是针对仿真环境里的特殊场景而言的，绳索的受力及运动情况是事先人为设定好的，无法处理编程人员没有想到的情景(系统bug繁多，且不易发现)，在新的场景下，绳索的行为脚本需要重新编写，程序不具有通用性。

随着计算机运算能力及图形渲染处理能力的增强，为更好地仿真现实，基于物理引擎的仿真势在必行。物理引擎突破了以往按照预定脚本执行的方式，利用实体的物理属性来描述实体的行为。借助于专业的物理引擎，仿真系统能模拟真实世界中物体各种运动规律，而且易于理解和实现，具有良好的扩展性。基于物理引擎的计算机仿真已经被证明是一种代价低廉且行之有效的系统分析手段。

发明内容

本发明的目的就是为解决上述问题，提供一种柔性绳索的仿真方法，在物理引擎ode和三维图形渲染引擎ogre的系统结构基础上，将两者相结合，采用多节绳段相连接的方法来构建绳索的仿真模型，节数越多，绳索越柔软，仿真度越高。绳索的受力及运动情况靠操控相应位置上的绳段来实现，绳索的其他部位的运动情况则有物理引擎内部自动计算得出，三维图形渲染引擎则负责渲染计算结果，这样就在计算机中仿真了绳索的运动规律。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

步骤一：制作3D绳索模型；

步骤二：在引擎仿真场景中加载制作好的3D模型文件，并创建绳段实体，绳段实体为引擎仿真场景中绳段的模型，它包含绳段的几何信息；

步骤三：创建对应绳段实体的节点，该节点用来修改设置绳段实体的几何信息和空间坐标；

引擎中模型的关联是靠节点的继承即创建其子节点来实现的，引擎中有一个整个仿真场景的根节点供其他节点继承，继承后的节点创建继承它的子节点；

步骤四：设定该创建的绳段实体的空间坐标、放大比例、旋转角度参数；

步骤五：依次创建其他绳段实体；

步骤六：依次为所创建的每一段绳段实体创建具有物理属性的仿真体，称之为绳段body；

步骤七：为创建的绳段body设定其物理属性即设定质量、设定绳段body在物理引擎中的阻尼系数，包括线性阻尼和角度阻尼；

创建好的绳段body其引擎里默认值不满足要求时，则根据实际需要调整绳段body的设定质量来仿真质量不同的绳索，或调整绳段body的阻尼系数来仿真不同材质的绳索在空气中摆动幅度的不同；

步骤八：为每一段绳段实体创建碰撞盒，碰撞盒用于检测绳段实体在物理引擎仿真环境中与其他物体的物理碰撞；

步骤九：在各节仿真绳段之间创建关节，该关节选用物理引擎中的球形关节，球形关节的空间坐标设定在各节绳段的连接处，从而连接各仿真绳段；

步骤十：设定关节的空间坐标及其属性；

步骤十一：为每节绳段实体的添加伸缩控制；

步骤十二：最终形成了一条柔性的仿真绳索。

所述步骤一3D模型制作过程为，由3D模型制作人员使用3DMax软件制作出格式为.mesh的模型文件，该类型的模型文件包含了在引擎仿真场景中模型的本地坐标系及其贴图信息。

所述步骤五的过程为，首先创建各个绳段实体，在上节绳段的末端依次创建其他绳段，利用绳段之间的空间坐标不同，使它们之间首尾相连。