Dynamic Simulations of Multibody Systems

مدل‌سازی مبتنی بر فیزیکی به طور فزاینده‌ای در صنایع گرافیک کامپیوتری و مهندسی مکانیک به عنوان راهی برای دستیابی به انیمیشن‌های واقعی و شبیه‌سازی‌های دقیق سیستم‌های پیچیده مورد پذیرش قرار می‌گیرد. متحرک سازی چنین سیستم های پیچیده ای معمولاً با استفاده از اسکریپت ها دشوار است، و تجزیه و تحلیل آنها با استفاده از نظریه مکانیک مرسوم دشوار است، که آنها را کاندیدهای کاملی برای مدل سازی و تکنیک های شبیه سازی مبتنی بر فیزیکی می کند. زمینه مدل سازی مبتنی بر فیزیکی گسترده است. این شامل همه چیز است، از مدل‌سازی توپی که روی زمین می‌غلتد، تا موتور ماشین که کار می‌کند، تا پیراهن آویزان که توسط وزش باد حرکت می‌کند. این تئوری از روش‌های ریاضی دقیق گرفته تا راه‌حل‌های تقریبی خاص که از نظر ریاضی نادرست هستند، اما انیمیشن‌های واقعی را برای موقعیت خاص در نظر گرفته تولید می‌کنند، متفاوت است. بسته به مورد، یک راه حل تقریبی ممکن است به این هدف عمل کند، با این حال، مواقعی وجود دارد که تصاویر تقریبی قابل قبول نیستند و استفاده از موتورهای شبیه سازی دقیق یک الزام است. توسعه و پیاده سازی موتورهای شبیه سازی دینامیکی مبتنی بر فیزیکی که قوی هستند دشوار است. دلیل اصلی این است که نیاز به وسعت دانش در مجموعه ای متنوع از موضوعات دارد که هر یک به تنهایی به عنوان یک موضوع گسترده و پیچیده ایستاده است. این کتاب به جای تلاش برای پرداختن به انواع موتورهای شبیه‌سازی موجود در حوزه وسیع مدل‌سازی مبتنی بر فیزیکی، پوشش عمیقی از رایج‌ترین موتورهای شبیه‌سازی ارائه می‌کند. این موتورهای شبیه‌سازی، حالت کلی مدل‌سازی مبتنی بر فیزیکی را به حالت خاصی محدود می‌کنند که در آن اجسام در حال تعامل ذرات یا اجسام صلب هستند.

Physically based modeling is increasingly gaining acceptance within the computer graphics and mechanical engineering industries as a way of achiev­ ing realistic animations and accurate simulations of complex systems. Such complex systems are usually hard to animate using scripts, and difficult to analyze using conventional mechanics theory, which makes them perfect candidates for physically based modeling and simulation techniques. The field of physically based modeling is broad. It includes everything from modeling a ball rolling on the floor, to a car engine working, to a hang­ ing shirt being moved by a gust of wind. The theory varies from precise mathematical methods to purpose-specific approximated solutions that are mathematically incorrect, but produce realistic animations for the partic­ ular situation being considered. Depending on the case, an approximated solution might serve the purpose, however, there are times when approx­ imations are not admissible, and the use of accurate simulation engines is a requirement. Developing and implementing physically based dynamic­ simulation engines that are robust is difficult. The main reason is that it requires a breadth of knowledge in a diverse set of subjects, each of them standing alone as a broad and complex topic. Instead of attempting to address all types of simulation engines available in the broad area of physically based modeling, this book provides in-depth coverage of the most common simulation engines. These simulation engines restrict the general case of physically based modeling to the particular case wherein the objects interacting are either particles or rigid bodies.