We present a real-time, physically based simulation method for animating high-resolution elastic deformations with a focus on haptic interaction. To achieve interactive rates without losing accuracy, the reduced material stiffness matrix is precomputed by removing the equations that correspond to the internal nodes of the system. In addition, we employ linear modal analysis to precompute the natural vibration modes of the system. We introduce a deformation-coupling technique in order to achieve the reduced dynamic behaviour while keeping the high-resolution local deformations. During real-time simulation, the high-spatial-frequency static deformations are coupled with the low-spatial-frequency dynamics, by projecting the reduced coordinate deformations onto an orthogonal basis constructed from natural vibration modes. To explore the implications of the coupling system, we describe different integration techniques to time-step the reduced dynamic solution in addition to evaluating the force feedback. Moreover, we show how we handle multiple contact points for non-sticky materials. To improve the contact-handling procedure, we employ our sliding technique to include friction. We compare our proposed method to the previously existing techniques in terms of run-time complexity and deformation properties using 3D meshes embedded in finite elements. / Nous présentons une méthode de simulation temps réel conforme aux lois de la physique pour animer des déformations élastiques à haute résolution, tout en portant une attention particulière aux interactions haptiques. Pour obtenir un résultat permettant une interaction temps réel sans perte de précision, la matrice réduite de rigidité du matériau est précalculée en excluant les équations correspondant aux noeuds internes du système. De plus, nous avons recours à l'analyse modale linéaire pour pré-calculer les modes de vibration naturelle du système. Nous proposons une technique de couplage des déformations afin d'obtenir le comportement à dynamique réduite recherché tout en préservant les propriétés des déformations locales à haute résolution. Lors de la simulation temps réel, les déformations statiques à haute fréquence spatiale sont couplées à la dynamique spatiale réduite à basse fréquence en projetant les déformations en coordonnées réduites sur une base orthogonale construite à partir des modes de vibration naturelle. Afin d'explorer l'impact du système de couplage, nous décrivons différentes techniques d'intégration pour avancer la solution de dynamique réduite dans le temps tout en évaluant le retour de force haptique. De plus, nous détaillons notre approche pour la gestion de points de contact multiples pour des matériaux non-adhésifs ainsi que notre méthode pour la gestion du glissement. Nous comparons la méthode que nous avançons aux techniques existantes en termes de complexité du temps d'exécution et en termes des propriétés de déformation, et ce en utilisant un maillage 3D intégré à un système à éléments finis.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:LACETR/oai:collectionscanada.gc.ca:QMM.106565 |
| Date | January 2012 |
| Creators | Sedaghat, Yasaman |
| Contributors | Paul Kry (Internal/Supervisor), W Robert J Funnell (Internal/Cosupervisor2) |
| Publisher | McGill University |
| Source Sets | Library and Archives Canada ETDs Repository / Centre d'archives des thèses électroniques de Bibliothèque et Archives Canada |
| Language | English |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation |
| Format | application/pdf |
| Coverage | Master of Science (School of Computer Science) |
| Rights | All items in eScholarship@McGill are protected by copyright with all rights reserved unless otherwise indicated. |
| Relation | Electronically-submitted theses. |
Page generated in 0.0016 seconds