Animação e tratamento de colisões de corpos rígidos utilizando análise dinâmica / Animation and treatment of collisions of rigid bodies using dynamic analysis

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DATA DE PUBLICAÇÃO

2010

RESUMO

Os métodos de controle de movimento em animação baseados em Física, e utilizados em Computação Gráfica, tem como objetivo simular o comportamento de objetos de acordo com as leis físicas que governam o mundo virtual adotado. Este trabalho utiliza a dinâmica de corpos rígidos como método de controle de movimento em animação por computador aplicada a movimentos e colisões de corpos rígidos não-articulados. O trabalho também apresenta uma metodologia para projeto e implementação de simulações gráficas com o objetivo de estabelecer relações entre modos de interação e os mecanismos de abstração necessários em ambientes de simulação. A principal vantagem da utilização da Mecânica newtoniana esta no fato de que ela garante o realismo dos movimentos e colisões. Associados a cada objeto devem estar os seguintes atributos físicos: centro de massa, massa total, momento de inércia e, eventualmente, a elasticidade do material. A partir de um estado inicial (velocidade linear, posição, velocidade angular e orientação) e de estímulos iniciais sobre os objetos (forças e torques), o sistema determina a evolução do estado dinâmico inicial ao longo de um dado intervalo de tempo. Para produzir o movimento dos corpos, são resolvidos sistemas de equações diferenciais de primeira ordem utilizando métodos numéricos. O tratamento de colisões de corpos rígidos envolve a detecção da colisão e contato entre objetos e a determinação das forças de contato entre os mesmos. A estratégia utilizada para a colisão considera que num determinado instante de tempo existe apenas um ponto de contato entre dois objetos. As superfícies dos objetos são representadas por uma grade de pontos conectados para formar polígonos. Existem dois tipos de estratégias para se detectar o ponto de contato entre dois objetos: o ponto de contato resultante da intersecção do vértice das arestas de um objeto com a face poligonal de outro objeto e o resultante da intersecção da aresta de um objeto com a face poligonal de um outro objeto. A análise de impacto, para resolver a dinâmica, utiliza um método analítico que preserva os momentos linear e angular durante a colisão e resulta em novas velocidades linear e angular para cada corpo rígido. Este tratamento de colisões permite ao sistema de animação realizar, em tempo de simulação, um controle automático da restrição de que dois corpos rígidos, ao colidirem, não podem se interpenetrar. Tal tratamento automático, em geral, não realizado pelos sistemas de animação por computador atualmente existentes. O trabalho apresenta o protótipo desenvolvido para validar as soluções dadas aos problemas de determinação do movimento e detecção de colisões, assim como sua aplicação na produção de suas seqüência animadas. São comentadas, também, as extensões do presente trabalho, decorrentes da abordagem dada ao problema da simulação do comportamento fundamental de corpos rígidos num dado mundo virtual a qual permite a incorporação de outras características aos objetos: elasticidade, para modelagem de deformações, e articulações, para produção de movimentos articulados com diferentes graus de liberdade.

ASSUNTO(S)

computação gráfica animation animacao : computacao grafica simulation dinamica : corpos rigidos dynamic of rigid bodies simulação collision detection and response corpos rígidos

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