基于有限元刚架模型的骨架驱动网格变形算法

摘要：

借鉴刚架结构在力的作用下的变形原理,将线弹性有限元方法应用于网格的变形设计中,结合骨架驱动生物运动的机制和线弹性有限元方法,提出一种运用形函数插值计算网格变形的造型算法.首先通过创建几何模型的低分辨率骨架建立有限元刚架模型,并计算网格模型顶点与梁单元自然坐标间的映射；然后交互地添加边界条件(如固支或铰支)、施加外部载荷(如集中力或力偶)计算刚架的节点位移；最终根据梁单元的形函数插值节点位移得到初始网格模型顶点变形后的新位置.该算法针对几何模型的大变形问题,运用旋转场修正方式避免了大变形的失真；此外,在节点两侧的挠度曲线间构造了C1连续的3次Hermite插值曲线,消除了旋转场修正中的褶皱和纽结现象,实现了网格模型的光滑变形.实验结果表明,该算法可高效地实现伸缩、弯曲、旋转等变形操作.

关键词：网格变形、有限元方法、刚架、形函数

所属期刊栏目：23

分类号：TP391(计算技术、计算机技术)

资助基金：国家自然科学基金50805075,51075206;南京航空航天大学基本科研业务费专项科研资助项目NS2010138,NP2011018

在线出版日期：2012-02-21（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共7页

页码：1700-1706