《剛體和粒子系統動態仿真指南》是2020年10月北京理工大學出版社出版的圖書，作者是穆里洛·G.庫蒂尼奧，本書全面介紹了針對粒子和剛體系統產生逼真仿真和動畫所需的技術。
基本介紹
- 中文名：剛體和粒子系統動態仿真指南
- 作者：穆里洛·G.庫蒂尼奧
- 出版社：北京理工大學出版社
- ISBN：9787568281751
內容簡介,圖書目錄,作者簡介,
內容簡介
本書力求深入介紹常見的仿真引擎，而不是羅列基於物理的建模這一廣泛領域裡所有類型的仿真引擎。本書所介紹的仿真引擎將廣義的、基於物理的建模限制、在特定的情況下互動作用的物體作為粒子或剛體。本書全面介紹了針對粒子和剛體系統產生逼真仿真與動畫所需的技術。它關注開發和實現基於物理的動態仿真引擎的理論與實踐層面，這些引擎可用於生成包括粒子和剛體這些物理事件的逼真動畫，如橋樑的拆除或垃圾四處散落的建築工地；也可用於機械系統的精確仿真，如自動送料機，傳送帶上設計了準確定位零件的專用格柵，當零件落在傳送帶上撞到格柵時，零件將自動定位和對齊。
圖書目錄
第1部分 動態仿真
1 動態仿真
1.1 簡介
1.2 粒子和剛體系統
1.3 仿真概述
1.4 計算效率的實現
1.4.1 渲染引擎接口
1.4.2 移動物體
1.4.3 碰撞檢測
1.4.4 非凸體碰撞時間的計算
1.4.5 稀疏或快速移動非凸體碰撞時間的計算
1.4.6 凸體碰撞時間的計算
1.4.7 稀疏或快速移動凸體碰撞時間的計算
1.4.8 碰撞求解
1.5 讀者指南
1.6 練習
2 三維多面體的層次表達
2.1 簡介
2.2 物體的層次表達
2.2.1 軸向包圍盒
2.2.2 方向包圍盒
2.2.3 包圍球
2.2.4 凸包
2.3 連續碰撞檢測的層次表達
2.4 被仿真世界的層次表達
2.4.1 均勻格線
2.4.2 多層格線
2.4.3 連續碰撞檢測的包圍盒
2.5 不同層次表達之間的碰撞檢測
2.5.1 層次間相交檢測
2.5.2 層次自相交檢測
2.5.3 四方體間相交檢測
2.5.4 球體間相交檢測
2.5.5 三角形間相交檢測
2.5.6 四方體一球體相交檢測
2.5.7 四方體一三角形相交檢測
2.5.8 球體一三角形相交檢測
2.5.9 線段一球體相交檢測
2.5.10 線段一三角形相交檢測
2.5.11 線段一四方體相交檢測
2.5.12 點在三角形內和邊一邊相交檢測
2.5.13 點在物體內檢測
2.5.14 頂點在物體內檢測
2.5.15 連續三角形間相交檢測
2.5.16 連續球體間相交檢測
2.5.17 連續四方體間相交檢測
2.6 注釋和評論
2.7 練習
參考文獻
3 粒子系統
3.1 簡介
3.2 粒子動力學
3.3 基本互動作用力
3.3.1 重力
3.3.2 黏性阻力
3.3.3 阻尼彈簧
3.3.4 依賴於空間的作用力
3.3.5 用戶互動作用力
3.4 碰撞檢測
3.4.1 粒子間碰撞
3.4.2 粒子一剛體碰撞
3.5 粒子間的碰撞回響
3.5.1 計算單一碰撞的衝力
3.5.2 計算多個同時碰撞的衝力
3.5.3 計算單一接觸的接觸力
3.5.4 計算多個接觸的接觸力
3.6 粒子一剛體碰撞回響
3.6.1 計算衝力
3.6.2 計算接觸力
3.7 專業粒子系統
3.7.1 粒子發射器
3.7.2 用戶可定義的參數
3.8 光滑粒子流體動力學概況
3.9 注釋和評論
3.10 練習
參考文獻
4 剛體系統
4.1 簡介
4.2 剛體動力學
4.3 基本相互作用力
4.3.1 重力
4.3.2 黏性阻力
4.3.3 阻尼彈簧
4.3.4 用戶互動作用力
4.4 碰撞檢測概述
4.5 非凸剛體之間的碰撞檢測
4.6 稀疏或快速移動的非凸剛體間的碰撞檢測
4.7 凸剛體之間的碰撞檢測
4.8 稀疏或快速移動凸剛體間的碰撞檢測
4.9 計算凸剛體間近點的Voronoi Clip算法
4.9.1 特徵b，是一個頂點
4.9.2 特徵b，是一條邊
4.9.3 特徵b，是一個面
4.9.4 互穿處理
4.9.5 避免局部小值
4.10 計算凸剛體間近點的GJK算法
終止條件
4.11 剛體間的碰撞回響
4.11.1 計算單一碰撞的衝力
4.11.2 計算多個同時碰撞的衝力
4.11.3 計算單一接觸的接觸力
4.11.4 計算多個接觸的接觸力
4.12 重新審視粒子一剛體接觸
4.13 注釋和評論
4.14 練習
參考文獻
5 鉸接式剛體系統
5.1 簡介
5.2 鉸接式剛體動力學
5.3 單鉸鏈系統
5.3.1 球形鉸鏈
5.3.2 萬向節
5.3.3 旋轉鉸鏈
5.3.4 圓柱鉸鏈
5.3.5 稜柱鉸鏈
5.3.6 剛性鉸鏈
5.4 多鉸鏈系統
5.5 碰撞檢測
5.6 碰撞回響
5.6.1 計算單個或多個外部碰撞的衝力
5.6.2 計算單個或多個外部接觸的接觸力
5.7 注釋和評論
5.8 練習
參考文獻
第2部分 數學工具
6 附錄A實用的三維幾何結構
6.1 簡介
6.2 點線上上的投影
6.3 點在面上的投影
6.4 線段與面相交
6.5 直線與線段之間近的點
6.6 從碰撞或接觸法線向量計算碰撞或接觸局部坐標系
6.7 將叉積表示為矩陣一向量乘法
6.8 位置和方向插值
6.9 建議讀物
參考文獻
7 附錄B運動常微分方程的數值求解
7.1 簡介
7.2 歐拉法
7.2.1 顯式歐拉法
7.2.2 隱式歐拉法
7.3 龍格一庫塔法
7.3.1 二階龍格一庫塔法
7.3.2 四階龍格一庫塔法
7.4 使用自適應時步加速計算
7.5 推薦參考讀物
參考文獻
8 附錄C四元數
8.1 簡介
8.2 四元數基本運算
8.2.1 加法
8.2.2 點積
8.2.3 乘法
8.2.4 共軛
8.2.5 模
8.2.6 逆
8.3 單位四元數
8.3.1 使用單位四元數的旋轉矩陣表示法
8.3.2 使用單位四元數的優勢
8.4 推薦參考讀物
參考文獻
9 附錄D剛體質量屬性
9.1 簡介
9.2 Minich算法
9.2.1 體積分轉換為面積分
9.2.2 面積分轉換為投影面積分
9.2.3 投影面積分轉換為線積分
9.2.4 根據頂點坐標計算線積分
9.3 推薦參考讀物
參考文獻
10 附錄E實用的時間導數
10.1 簡介
10.2 計算附著於剛體的向量的時間導數
10.3 計算接觸法線向量的時間導數
10.3.1 粒子間接觸
10.3.2 剛體間接觸
10.4 計算切面的時間導數
10.5 計算旋轉矩陣的時間導數
lO.6 計算單位四元數的時間導數
10.7 推薦參考讀物
參考文獻
11 附錄F三維多面體的凸分解
11.1 簡介
11.2 .Joe算法
11.2.1 確定候選切平面
11.2.2 計算切平面的切割面
11.2.3 終止條件
11.3 推薦參考讀物
參考文獻
12 附錄G構建三維多面體的有符號距離場
12.1 簡介
12.2 高效存儲有符號距離場
12.2.1 計算柵格單元尺寸
12.2.2 掃描線光柵化
12.2.3 計算一個柵格頂點處的有符號距離
12.2.4 計算一個點處的有符號距離
12.2.5 計算一個點處的梯度
12.2.6 計算零等值輪廓線上的近點
12.3 碰撞檢測
12.4 碰撞求解
12.5 推薦參考讀物
參考文獻
13 附錄H 凸剛體的保守時間推進算法
13.1 簡介
13.2 計算保守推進時間
13.3 推薦參考讀物
參考文獻
14 附錄I線性互補問題
14.1 簡介
14.2 Dantzig算法：無摩擦情形
終止條件
14.3 Baraff算法：摩擦情形
14.3.1 靜態摩擦條件
14.3.2 動態摩擦
14.3.3 終止條件
14.4 推薦參考讀物
參考文獻
作者簡介
Murilo G. Coutinho，1996年在美國洛杉磯南加州大學獲計算機科學碩士學位，1996年獲電氣工程博士學位，2013-2015年在南加州大學馬歇爾商學院獲EMBA學位，出版專著2本，曾在南加州大學信息科學研究所任研究科學家、洛杉磯索尼影業公司任首席軟體工程師、華特迪斯尼動畫工作室任高級軟體工程師等職。2015年創辦了FitURight有限責任公司。2018年至今在德州休斯頓AI foundation公司任軟體工程總監。姚壽文，男，漢族，博士，副教授，碩士生導師。編著教材4本，發表論文40餘篇，發明專利申請8項，授權4項。2007年獲國家科學技術進步二等獎1項（排名10）。姚澤源（Zeyuan Yao），男，滿族，就讀於美國康乃狄克州的Canterbury School。舒用傑，男，漢族，就讀於北京理工大學。
