This paper presents a novel ARAP (as-rigid-as-possible) approach to real-time simulation of physics-based deformation. To cope with one, two and three dimensional deformable bodies in an efficient, robust and uniform manner, we introduce a deformation graph of oriented particles and formulate the corresponding ARAP deformation energy. For stable time integration of the oriented particles, we develop an implicit integration scheme formulated in a variational form. Our method seeks the optimal positions and rotations of the oriented particles by iteratively applying an alternating local/global optimization scheme. The proposed method is easy to implement and computationally efficient to simulate complex deformable models in real time.
This paper presents a practical method to efficiently extract the rotational part of a $3{\times}3$ matrix that changes continuously in time. This is the key technique in the corotational FEM and the shape matching deformation popular in physics-based dynamic deformation. Recently, in contrast to the traditional polar decomposition methods independent of time, an iterative method was proposed that formulates the rotation extraction in a physics-based way and exploits an incremental representation of rotation. We develop an optimization method that reduces the number of iterations under the assumption that the maximum magnitude of the incremental rotation vector is limited within ${\pi}/2$. Realistic simulation of dynamic deformation employs a sufficiently small time step, and thus this assumption is not problematic in practice. We demonstrate the efficiency and practicality of our method in various experiments.
Choi, Han-Kyun;Kim, Hyun-Soo;Park, Min-Ki;Lee, Kwan H.
한국HCI학회:학술대회논문집
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2009.02a
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pp.90-93
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2009
The use of physics based deformation methods is continuously increasing in computer graphics area such as game and simulation. Many researchers have worked on this method. However, relatively few researchers have considered the development of the user interaction to the 3D objects. This research proposes a physics-based deformation technique using AR (Augmented Reality) environments to enhance user immersion and the effectiveness of the deformation. In the AR circumstances, the physics based deformation should be accomplished in realtime. In the proposed method, we combine RBF (Radial Basis Function) [1] and LSM (Lattice Shape Matching) [2, 3] and apply it to polygonal models for real-time user interaction. The dynamics of the LSM is also calculated to trace the movement of each lattice. Finally these algorithms are implemented in AR environments.
Park, Min Ki;Kim, Hyun Soo;Choi, Han Kyun;Lee, Seung Joo;Ko, Kwang Hee;Lee, Kwan H.
Proceedings of the Korea Information Processing Society Conference
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2010.04a
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pp.523-526
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2010
주어진 경계선에 대해 비누막이 생성하는 표면 모델링 및 시간에 따른 변형 시뮬레이션은 컴퓨터 그래픽스 응용 프로그램의 한 분야이다. 이 문제에 대한 이전의 연구들은 주로 기하적인 방법들을 이용하였기 때문에 물리적으로 정확한 변형을 다루지 못하였다. 본 연구에서는 정확한 기하를 바탕으로 물리기반 변형을 다루기 위해 이산미분기하학으로부터 비누막의 동적인 모델을 제안한다. 우선, 비누 성분의 물리적인 특성들을 고려한 에너지 모델을 정의하고, 이를 이산 영역에서 나타내기 위해 이산미분기하 및 이산화 기법들을 이용한다. 제안하는 모델은 평형 상태에서의 비누막 형상뿐만 아니라 외력에 대한 표면의 변형까지 정확하게 나타내며, 실시간 시뮬레이션이 가능하여 게임, 애니메이션 목적으로 활용될 수 있다.
This paper presents dynamic modelling of a virtual object in augmented reality environments when external forces are applied to the object in real-time fashion. In order to simulate a natural behavior of the object we employ the theory of Newtonian physics to construct motion equation of the object according to the varying external forces applied to the AR object. In dynamic modelling process, the physical interaction is taken placed between the augmented object and the physical object such as a haptic input device and the external forces are transferred to the object. The intrinsic properties of the augmented object are either rigid or elastically deformable (non-rigid) model. In case of the rigid object, the dynamic motion of the object is simulated when the augmented object is collided with by the haptic stick by considering linear momentum or angular momentum. In the case of the non-rigid object, the physics-based simulation approach is adopted since the elastically deformable models respond in a natural way to the external or internal forces and constraints. Depending on the characteristics of force caused by a user through a haptic interface and model's intrinsic properties, the virtual elastic object in AR is deformed naturally. In the simulation, we exploit standard mass-spring damper differential equation so called Newton's second law of motion to model deformable objects. From the experiments, we can successfully visualize the behavior of a virtual objects in AR based on the theorem of physics when the haptic device interact with the rigid or non-rigid virtual object.
This paper presents a practical method to compute the closest approach distance of two ellipsoids in their inter-center direction. This is the key technique for collision handling in the dynamic simulation of rigid and deformable bodies approximated with ellipsoids. We formulate a set of equations with the inter-center distance and the contact point and normal for the two ellipsoids contacting each other externally. The equations are solved using fixed-point iteration and Aitken's delta-squared process. In addition, we introduce a novel stopping criterion expressed in terms of the error in distance. We demonstrate the efficiency and practicality of our method in various experiments.
Kang, Yeon Cheol;Kim, Gyubin;Kim, Jeong Ho;Cho, Jin Yeon;Kim, Heon Ju
Journal of the Korean Society for Aeronautical & Space Sciences
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v.47
no.10
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pp.695-704
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2019
In hypersonic regime, the complicated interaction between the air and surface of aircraft results in intensive aerodynamic heating on body. Provided this phenomenon occurs on a hypersonic vehicle, the temperature of the body extremely increases. And consequently, thermal deformation is produced and material properties are degraded. Furthermore, those affect both the aerothermoelastic stability and thermal safety of structures significantly. With the background, thermal safety and dynamic stability are studied according to the altitude, flight time and Mach number. Based on the investigation, design guideline is suggested to guarantees the structural integrity of hypersonic vehicles in terms of both of thermal safety and dynamic stability.
The cochlea of the inner ear has two core components, basilar membrane and hair cells. The basilar membrane disperses incoming sound waves by their frequencies. The hair cells are on the basilar membrane, and they are the sensory receptors generating bioelectric signals. In this paper, a biomimetic technology using ZnO piezoelectric nano-pillar was studied as the part of developing process for artificial cochlea and novel artificial mechanosensory system mimicking human auditory senses. In particular, ZnO piezoelectric nano-pillar was fabricated by both low and high temperature growth methods. ZnO piezoelectric nano-pillars were grown on solid (high temperature growth) and flexible (low temperature growth) substrates. The substrates were patterned prior to ZnO nano-pillar growth so that we can selectively grow ZnO nano-pillar on the substrates. A multi-physical simulation was also conducted to understand the behavior of ZnO nano-pillar. The simulation results show electric potential, von Mises stress, and deformation in the ZnO nano-pillar. Both the experimental and computational works help characterize and optimize ZnO nano-pillar.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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