[发明专利]使用计算机对对象的反应进行建模以模拟物理交互

说明书

本发明公开了使用计算机对对象的反应进行建模以模拟物理交互。具体地，在对两个或更多个对象之间的接触进行建模(例如，将一个砌块放在一堆砌块上的机械臂)或一系列链接的连接的铰接(例如，对挖掘铲进行建模)时，当前技术可能会向系统中引入额外的能量，或无法解决施加在系统上的约束。当前技术试图例如通过使用非常小的时间步长来解决这些问题。但是，非常小的时间步长会大大增加建模模拟的计算成本。所公开的用于刚体的模拟系统使用时间间隔来减少由于较小的时间步长而导致的线化伪影，并通过允许更有效的偏差计算来以更快的求解器收敛来降低计算成本。通过更有效的偏差计算，也可以改善高质量处理。

技术领域

本申请总地涉及线性或非线性约束求解器模拟系统，更具体而言，涉及用于建模对象交互的线性或非线性约束求解器模拟系统。

背景技术

计算机用于模拟应用程序的对象之间的交互，例如在视频游戏中，其中用户与场景中的对象进行交互。但是，使用计算机鲁棒、有效且正确地模拟对象可能是有挑战性的任务。在尝试纠正由于模拟引起的误差时，现有的解决方案通常使用约束(constrain)进行计算机模拟。

例如，刚体求解器模拟可用于模拟两个刚体或实体之间的接触或连接。当未使用适当的约束时，刚体求解器模拟可能会导致误差，例如抖动和残痕(stutter)，箱形游泳(boxes swimming)和堆倒塌(piles collapsing)。这些模拟误差可能会在几种情况下发生，例如，当两个对象之间的质量差很高时，如果一个对象的角速度比另一个对象高，如果使用了相对较大的时间步长，或者如果模拟是在较小尺寸的对象(例如玩具尺寸的对象而不是人类尺寸的对象)上执行。

线性或非线性约束求解器的系统，例如Jacobi和投影gauss seidel算法，可用于定义模拟上的约束。这些迭代求解器利用对象运动在线约束上的投影来强制实施接触、位置和角约束。但是，由于旋转对象在其表面上的某点处的运动是非线性的，因此这些求解器可能无法完全约束模拟。

当提高模拟速度时，可能会出现另一模拟误差。例如，在游戏进行期间运行模拟可能需要模拟以60赫兹(Hz)或更高的频率下运行，以将每秒帧数保持在可接受的水平。传统的刚体求解器可能并未考虑较高模拟速度下可能出现的误差增加问题。

发明内容

在一方面，公开了一种用于迭代求解刚体求解器模拟的方法。在一个实施例中，该方法包括：(1)计算第一对象与第二对象之间的接触向量，以及第一对象与第二对象之间的脉冲响应向量，其中，接触向量和脉冲响应向量使用第一对象作为原点来确定；(2)利用时间间隔值，对第一对象和第二对象中的每一个累加线增量值和角增量值，其中，时间间隔值是利用求解器迭代次数(N-iter)和时间步长(dt)计算得出的；(3)利用接触向量、脉冲响应向量、线偏差值和角偏差值更新偏差值，其中线偏差值利用线增量值，而角偏差值利用角增量值，以及(4)将刚体求解器迭代N-iter次。

在另一方面，公开了一种计算机程序产品，该计算机程序产品具有存储在非暂时性计算机可读介质上的一系列操作指令，该一系列操作指令在被执行时指示数据处理装置执行操作以从刚体求解器生成结果。在一个实施例中，该计算机程序产品包括：(1)计算第一对象和第二对象之间的接触向量以及第一对象和第二对象之间的脉冲响应向量，其中，接触向量和脉冲响应向量使用第一对象作为原点来确定，(2)利用时间间隔值，针对第一对象和第二对象中的每一个累加线增量值和角增量值，其中，使用N-iter和dt计算时间间隔值，(3)利用接触向量、脉冲响应向量、线偏差值和角偏差值更新偏差值，其中线偏差值利用线增量值，角偏差值利用角增量值，(4)将刚体求解器迭代N次，其中在满足退出条件时迭代结束，(5)传送结果，其中结果是代表接触向量、脉冲向量、偏差值和约束参数的参数集。