Real-time deformable objects in collaborative virtual environments

Abstract

Bu tez, network üzerinden çalışan, eğitim amaçlı doku ve organ simülasyonları veyaişbirliği yapılabilen sanal ortamlarda kumaş simulasyonları için kullanılabilecek, 3boyutlu kapalı yüzeylerin deformasyonu için uygun bir metod sunuyor. İşbirliğiyapılabilen sanal ortamlar (İSO) uzun yıllardır çok yaygın olarak eğitim, dizayn veoyun amaçlı kullanılmaktadır. İSO da, deforme olabilen bir nesneyi canlandırabilmekiçin, doğrusal sonlu eleman bölünmesine uğramış bir yüzeye dayanan eşit gerginliktebir zarın gerçek zamanlı fiziksel simulasyonu, yüzeyden çıkarılan seyrek denklemsistemi Runge-Kutta Fehlberg methodu ile çözülerek yapılmıştır. Sunulan metodfiziksel simulasyonun hesap yükünü kullanıcılar arasında bölen bir mimari ortayakoyuyor. Yaklaşımımız benzetimi yapılan muntazam bir ağ yapısı gerektirdiği içinaynı zamanda düzensiz üçgenlenmiş sıfırıncı takımdan yüzeyleri, düzenli bağlantılarıolan muntazam işlenmiş ağ yapılarına çeviren bir algoritma dizaynı yapıldı vetamamlandı. Algoritma küresel parametrizasyon adımında esnetme optimizasyonuiçin yay düzenekleri kullanmaktadır. Yaklaşımımız gücünü grafik gösterim, fizikselsimulasyon ve network iletşimi sırasında kullanılan, simulasyon doğruluğu ve grafikgösterminden ödün vermeyen, farklı çözünürlüklü alt bölümlere ayırmametodolojisinden almaktadır.V

This thesis presents a method for deformations on closed surfaces in 3D over anetwork, which is suitable for simulation of tissue and organs for training purposes, aswell as cloth simulation in collaborative virtual environments (CVE). CVE's areextensively used for training, design and gaming for several years. To demonstrate adeformable object on a CVE, we employ a real-time physical simulation of a uniform-tension-membrane, based on linear finite-element-discretization of the surfaceyielding a sparse linear system of equations, which is solved using the Runge-KuttaFehlberg method. The proposed method introduces an architecture that distributes thecomputational load of physical simulation between clients. As our approach requires auniform-mesh representation of the simulated structure, we also designed andimplemented an algorithm that converts irregularly triangulated genus zero surfacesinto a uniform triangular mesh with regular connectivity. This algorithm uses spring-embedders for stretch optimization of the spherical parameterization step. Thestrength of our approach comes from the subdivision methodology that enables to usemulti-resolution surfaces for graphical representation, physical simulation, andnetwork transmission, without compromising simulation accuracy and visual quality.IV