Dynamiikan simulointi 3D-animaatiossa
Laine, Ville (2007)
Laine, Ville
Lahden ammattikorkeakoulu
2007
All rights reserved
Tiivistelmä
Tämä opinnäytetyö käsittelee fysiikanmallinnuksen hyödyntämistä kolmiulottei-sen tietokoneanimaation toteutuksessa.;Tietokoneanimaatio soveltuu hyvin sellaisten tapahtumien visualisointiin, joiden kuvaaminen olisi muilla keinoin hankalaa. Yleisin tekniikka tietokoneanimaation toteuttamiseksi on määrittää liikkeiden äärirajoja kuvaavat avainkehykset aikajanalle. Avainkehysten perusteella suorittaa tietokone näiden rajojen puitteissa tapahtuvan liikkeen. Tällainen key frame -tekniikalla toteutettu animaatio perus-tuu aina animaattorin näkemykseen liikkeestä.; Mikäli kuitenkin lopputulokselta odotetaan tarkkuutta ja todenmukaisuutta, ei käsin toteutettu animaatio useinkaan täytä vaatimuksia. Animointi voidaan to-teuttaa dynamiikkasimulaation avulla. Tällöin animointiin tarvitaan fysiikkamoot-tori. Fysiikkamoottori on tietokoneohjelma, jonka algoritmien perusteella tieto-koneen suoritin laskee oikeanlaiset liikkeet mallinnetuille kappaleille niiden fysi-kaalisten ominaisuuksien perusteella. Myös paljon animoitavia kappaleita käsit-tävien kokonaisuuksien hallitseminen helpottuu, koska jokaista kappaletta ei tarvitse animoida erikseen.;Fysiikkamoottorin tehtävät jakautuvat törmäystarkasteluun, systeemin päivittä-miseen sekä muutosten välittämiseen rajapinnalle. Törmäystarkastelussa tutki-taan simulaatioon kuuluvien kappaleiden pintoja ja tutkitaan, milloin kappaleet osuvat toisiinsa. Kun kappaleiden pintojen välillä havaitaan törmäys, lasketaan annettujen fysikaalisten ominaisuuksien perusteella kappaleiden tilassa tapah-tuvat muutokset. Tämän jälkeen välitetään systeemissä tapahtuneet muutokset käytettävälle rajapinnalle, jolloin animaation tapauksessa muodostetaan kappa-leiden avainkehykset aikajanalle.;Koska suurin osa dynamiikkasimulaation vaatimasta laskentakapasiteetista käy-tetään törmäystarkasteluun, on tämän työvaiheen yksinkertaistamisella suuri merkitys koko prosessin sujuvuuden kannalta. Törmäystarkastelun helpottami-seksi voidaan tarkasteltavia muotoja pelkistää ja rajata tarkastelun ulkopuolelle epätodennäköiset törmäysparit.;Lopullisen animaation tarkkuuden ratkaisee fysiikkamoottorin suorittamien sys-teemin päivitysten määrä aikayksikköä kohden. Mitä suurempia ovat animoita-vien kappaleiden nopeudet, sitä useammin on systeemi päivitettävä.