Graphical Simulation of Deformable Models

این کتاب شبیه‌سازی دینامیکی اجسام تغییر شکل‌پذیر را پوشش می‌دهد که یکی از چالش‌برانگیزترین وظایف در گرافیک کامپیوتری و تجسم است. این بر روی شبیه‌سازی مدل‌های تغییر شکل‌پذیر با مواد ناهمسانگرد، یکی از رویکردهای کمتر رایج در تحقیقات موجود تمرکز دارد. هر دو رویکرد مبتنی بر فیزیکی و مبتنی بر هندسی مورد بررسی قرار می‌گیرند.
نویسندگان با مواد همسانگرد عرضی برای شبیه سازی اجسام تغییر شکل پذیر با ساختارهای فیبری شروع می کنند. سپس، آنها یک مدل المان محدود چرخشی ترکیب شده در میدان فیبر (CLFEM) را معرفی می‌کنند که مستقیماً با یک مدل سازنده مواد همسانگرد عرضی کار می‌کند. یک فیبر فیبر صاف برای ایجاد فریم های محلی برای هر عنصر استفاده می شود.
برای معرفی شبیه‌سازی تغییر شکل برای مواد ارتوتروپیک، یک میدان قاب کنترل کننده تغییر شکل ارتوتروپیک مفهوم‌سازی شده است و یک ابزار ساخت قاب برای کاربران توسعه داده شده است تا خواص مواد مورد نظر را تعریف کنند. میدان قاب ارتوتروپیک با مدل CLFEM همراه شده است تا یک مدل تغییر شکل پذیر ارتوتروپیک را تکمیل کند.
در نهایت، نویسندگان یک سیستم زمان واقعی یکپارچه برای انیمیشن شخصیت های اسکلتی با بافت های ناهمسانگرد ارائه می دهند. برای حل مشکلات اعوجاج حجم و هزینه های محاسباتی بالا، یک چارچوب PBD مبتنی بر کرنش برای انیمیشن اسکلتی توضیح داده شده است. حرکت ثانویه طبیعی بافت نرم یکی دیگر از مزایای آن است.
این کتاب برای آن دسته از محققانی نوشته شده است که می خواهند الگوریتم های خود را توسعه دهند. مفاهیم کلیدی ریاضی و محاسباتی همراه با تصاویر و مثال های کاری ارائه شده است. همچنین می تواند به عنوان یک کتاب مرجع برای دانشجویان کارشناسی ارشد و کارشناسی ارشد در زمینه های گرافیک کامپیوتری، انیمیشن کامپیوتری و واقعیت مجازی استفاده شود. دانشگاهیان، محققان و متخصصان این را منبعی استثنایی خواهند یافت.

This book covers dynamic simulation of deformable objects, which is one of the most challenging tasks in computer graphics and visualization. It focuses on the simulation of deformable models with anisotropic materials, one of the less common approaches in the existing research. Both physically-based and geometrically-based approaches are examined.
The authors start with transversely isotropic materials for the simulation of deformable objects with fibrous structures. Next, they introduce a fiber-field incorporated corotational finite element model (CLFEM) that works directly with a constitutive model of transversely isotropic material. A smooth fiber-field is used to establish the local frames for each element.
To introduce deformation simulation for orthotropic materials, an orthotropic deformation controlling frame-field is conceptualized and a frame construction tool is developed for users to define the desired material properties. The orthotropic frame-field is coupled with the CLFEM model to complete an orthotropic deformable model.
Finally, the authors present an integrated real-time system for animation of skeletal characters with anisotropic tissues. To solve the problems of volume distortion and high computational costs, a strain-based PBD framework for skeletal animation is explained; natural secondary motion of soft tissues is another benefit.
The book is written for those researchers who would like to develop their own algorithms. The key mathematical and computational concepts are presented together with illustrations and working examples. It can also be used as a reference book for graduate students and senior undergraduates in the areas of computer graphics, computer animation, and virtual reality. Academics, researchers, and professionals will find this to be an exceptional resource.