基于物理的三维模型形变模拟动画高效生成方法研究

Deformation simulation of 3d animation is one of the important research topics in Computer Graphics and Virtual Reality. It has widely application in some areas, including movie industry, digital and virtual medicine education, etc. For meeting application, this project will explore efficient method for deformation simulation and its animation generation of 3d models. The research is in the context of physically based methods, and will use and expand the methods and techniques in computer graphics, computer vision and computational mechanics. The research in this project mainly includes three parts. First, for the expensive calculation and low efficiency of large deformation currently, this project will focus on proposing a reduction method based on an online updating modal. Secondly, the project will researching the animation generation method on the example based deformation simulation, including the example driven deformation simulation and simulation animation controlled by some deformation example key frames. Finally, the efficient simulation will be explored for cutting and fracturing of the complex deformable models, while the key issues including the calculation methods of topology changing and the control technique of fracture surface will be researched. . The realization of the research goal can rich the theory and method of computer animation technology, virtual reality technology and other areas. The research results of the projects can promote technological progress of related industries on the application of computer animation , and provide support for a wide range of applications in our country.

三维模型形变模拟动画是计算机图形学、虚拟现实等研究的重要和热点领域之一。本项目面向当前影视制作、数字娱乐及虚拟医学教育等应用需求，探索三维模型形变模拟动画生成的高效方法。项目在基于物理方法的范畴内展开，综合计算机图形学、计算机视觉及计算力学等领域的方法和技术，针对当前复杂模型形变模拟计算量大、模拟效率低等不足，重点研究模拟过程中大规模非线性计算的在线更新模态降维方法；研究基于样本的模型形变模拟动画快速生成方法；探索三维模型形变过程中，模型几何拓扑发生改变，即切割和断裂过程的高效模拟方法，研究其中不连续的计算和处理、断裂面控制等核心问题,为相关应用问题提供合理高效的解决方案。项目的方法突破理论上能够丰富和发展算机图形学、虚拟现实等领域的方法和技术，应用上可以推动相关产业的技术进步，为计算机动画在国内的广泛应用提供有力支持。

项目研究围绕基于物理的三维模型形变模拟动画的高效生成方法展开，项目立项四年来，项目组针对三维模型大形变的快速模拟方法、三维模型虚拟场景的生成与控制以及三维模型形变动画的相关问题三个大的方面进行了深入研究，在项目执行过程中，跟踪项目领域的世界前沿研究，运用或借鉴了物质点法、近场动力学以及有限元等方法，对典型材质模型的大变形快速模拟进行了深入的探索；对三维模型的变形动画的控制方法进行了深入的研究；对三维虚拟室内场景的基于规则和基于学习的生成问题给出了解决方案；对三维模型形变动画的相关问题以及虚拟现实、计算机图形学的相关问题进行了研究，包括角色动画的智能分类、视频的智能处理以及虚拟现实中有关实际问题等给出了解决方案或改进方案。至今为止，在SCI期刊上发表论文4篇，领域内重要国际会议论文2篇并进行会议论文报告，项目授权国家发明专利3项，另有已申请并公开发明专利2项，预期结题3年内项目成果可以发表SCI论文4-5篇，中文一级期刊论文1-2篇。项目培养研究生4名，项目人员参加领域内国际国内重要学术会议12人次，项目执行期间，项目组2人作为参与人获得教育部、浙江省科技进步二等奖奖项，项目形成稳定的方向团队。总体而言，项目完成了研究计划，实现了预期目标。