Lebendige Virtuelle Welten: Physikalisch-Basierte Modelle in Computeranimation Und Virtueller Realität

ISBN-13: 9783540620945 / Niemiecki / Miękka / 1997 / 175 str.

Fan Dai

Opis

In Computeranimation und virtueller Realitat geht es neben optischer Darstellungsqualitat auch darum, dynamische Anderungen (Bewegung, Verformung, etc.) realistisch wiederzugeben. Das Buch liefert einen Uberblick uber die Methoden von Modellierung und Simulation dynamischer Prozesse in virtuellen, computergenerierten Welten. Das umfasst die Dynamik von Mehrkorpersystemen, kinematischen Strukturen und verformbaren Objekten bis hin zu virtuellen "Lebewesen." Dabei werden neben den technischen Grundkonzepten aktuelle Ansatze aus der Forschung dargestellt."

Spis treści

1. Einführung.- 1.1 Natürliche und virtuelle Welten.- 1.2 Computeranimation.- 1.3 Virtuelle Realität.- 1.4 Gliederung des Inhaltes.- 2. Ein Apfel fällt vom Baum.- 2.1 Die Szene.- 2.1.1 Wie sieht die Szene aus?.- 2.1.2 Was passiert in der Szene?.- 2.2 Die Physik.- 2.2.1 Massenpunkt.- 2.2.2 Bewegung.- 2.2.3 Schwerkraft.- 2.2.4 Reibung.- 2.2.5 Der Aufprall.- 2.2.6 Rollen und Liegenbleiben.- 2.3 Die Simulation.- 2.3.1 Das Simulationsmodell.- 2.3.2 Ablauf der Simulation.- 2.3.3 Numerische Integration.- 2.4 Die Visualisierung.- 3. Dynamik starrer Körper.- 3.1 Starre Körper.- 3.1.1 Geometrie und Koordinatensysteme.- 3.1.2 Masse und Massenmittelpunkt.- 3.1.3 Lineare Bewegung und Rotation.- 3.1.4 Arbeit, kinetische Energie und Impuls.- 3.1.5 Trägheitsmoment, Drehmoment und Drehimpuls.- 3.1.6 Drehimpulssatz.- 3.2 Zwei Körper.- 3.2.1 Berührung.- 3.2.2 Kollision oder Kontakt.- 3.2.3 Kontaktkräfte.- 3.2.4 Kontakte und Bewegung.- 3.2.5 Kollision.- 3.3 Kollisionserkennung.- 3.3.1 Kollisionszeitpunkt.- 3.3.2 Rechenaufwand.- 3.3.3 Hüllkörper und Objektgruppierungen.- 3.3.4 Nutzung zeitlicher Kohärenz.- 3.3.5 Raumbezogene Verfahren.- 3.4 Gesteuerte Dynamik.- 3.4.1 Zwangsbedingungen.- 3.4.2 Zwangskraft und inverse Dynamik.- 3.4.3 Virtuelle Arbeit.- 3.4.4 Spezialeffekte in der Animation.- 3.4.5 Raum-Zeit-Zwangsbedingung.- 4. Kinematische Strukturen.- 4.1 Lampe, Arm, Körper.- 4.2 Gelenkverbindungen.- 4.2.1 Schiebegelenk.- 4.2.2 Drehgelenk.- 4.2.3 Kombinierte Gelenke.- 4.3 Kinematische Ketten.- 4.3.1 Vorwärt skinematik.- 4.3.2 Denavit-Hartenberg-Notation.- 4.3.3 Inverse Kinematik.- 4.3.4 Numerische Lösung.- 4.3.5 Deutung und Berechnung der Jacobi-Matrix.- 4.4 Dynamik.- 4.5 Beispiel: Schreibtischlampe.- 4.5.1 Aufbau.- 4.5.2 Vorwärtskinematik.- 4.5.3 Inverse Kinematik.- 5. Deformierbare Objekte.- 5.1 Deformation.- 5.2 Elastodynamische Modelle.- 5.2.1 Lagrangesche Elastodynamik-Gleichung.- 5.2.2 Elastische Energie.- 5.2.3 Beschreibung verschiedener Materialien.- 5.2.4 Diskretisierung der Dynamikgleichung.- 5.2.5 Eindimensionaler Feder.- 5.3 Masse-Feder-System.- 5.3.1 Das Prinzip.- 5.3.2 Konstruktionskriterien.- 5.3.3 Inelastische Verformungen.- 5.3.4 Rotationsfeder.- 5.4 Partikelsystem.- 5.4.1 Partikeldynamik.- 5.4.2 Kräfte.- 5.4.3 Anzahl von Partikeln.- 5.4.4 Hierachie.- 5.4.5 Geometrie, Farbe und Rendering.- 5.5 Wasserwellen und -Spritzer.- 5.5.1 Höhenfeldmodell.- 5.5.2 Explizite Wellenfunktionen.- 5.5.3 Wasseroberfläche und externe Objekte.- 5.5.4 Wasserspritzer und -schäum.- 5.5.5 Rendering-Aspekte.- 6. Virtuelle Lebewesen.- 6.1 Menschen, Tiere und Roboter.- 6.2 Der Körper und das Bewegungssystem.- 6.2.1 Skelett.- 6.2.2 Muskeln, Gewebe und Haut.- 6.2.3 Gesichtsausdruck.- 6.3 Bewegungsbeschreibung und -simulation.- 6.3.1 Ziel-orientierte Bewegungsbeschreibung.- 6.3.2 Hierarchie der Bewegungssteuerung.- 6.3.3 Bewegung der Gliedmaßen.- 6.4 Selbständige Bewegungen.- 6.4.1 Sensoren.- 6.4.2 Aktuatoren.- 6.4.3 Kontrollmechanismen.- 6.5 Sensor- Aktuator-Netzwerk.- 6.5.1 Das Prinzip.- 6.5.2 Konstruieren eines SAN.- 6.5.3 Parametrisierung.- 6.6 Evolutionsmodell.- 6.6.1 Das Prinzip.- 6.6.2 Genotypen und Phänotypen.- 6.6.3 Das Gehirn und Nervensystem.- 6.6.4 Evolution.- 7. Virtuelle Welten.- 7.1 Alles, was dazu gehört.- 7.2 Die Szene.- 7.2.1 Visuelle Informationen.- 7.2.2 Spezielle Objekte für die Darstellung.- 7.2.3 Objektverhalten.- 7.2.4 Struktur.- 7.2.5 Relationen.- 7.2.6 Objektklassen.- 7.2.7 Benutzer und Benutzeraktionen.- 7.3 Das Geschehen.- 7.3.1 Zwei Sichten.- 7.3.2 Ereignisse und Aktionen.- 7.3.3 Sensoren, Bedingungen und Regelwerke.- 7.4 Die Modellierung.- 7.4.1 Modellierungssprachen.- 7.4.2 Interaktive Modellierung.- 7.4.3 Simulationsgestützte Modellierung.- 7.5 Simulation und Präsentation.- 7.5.1 Simulation.- 7.5.2 Präsentation.- 7.5.3 Zeit und Zeitintervalle.- 8. Beispiele.- 8.1 Blockschieben.- 8.2 Schnee.- 8.3 Schreibtischlampe.- 8.4 Gallenblasenoperation.- 8.5 Wasserwellen und -spritzer.- 8.6 Menschenmodell.- 8.7 Virtuelle Lebewesen.- 8.8 Anwendungsperspektive: virtuelles Prototyping.