Podręcznik Grafika komputerowa i wizualizacja

Uwzględnienie zjawisk fizycznych w zachowaniu się obiektów na scenie daje możliwość uzyskania realizmu odbieranej animacji. Nawet najlepiej zaprojektowane szczegóły postaci nie zagwarantują poprawnego odbioru, jeśli zachowanie się postaci będzie odbiegało od naszych oczekiwań. Z drugiej strony odbiór tradycyjnych filmów animowanych pokazuje, że jesteśmy skłonni zaakceptować nawet bardzo duży poziom umowności szczegółów i uproszczeń postaci, jeśli będzie się ona poruszała w sposób naturalny.

Ponieważ opis zgodny z prawami fizyki jest bardzo złożony, więc stosuje się metody upraszczające obliczenia. Przykładem może być opis ruchu układu mechanicznego będący układem liniowych równań różniczkowych stopnia drugiego. Do rozwiązania stosuje się albo metodę wektorów stanu sprowadzającą równania do rzędu pierwszego, albo metodę różnic skończonych pozwalającą sprowadzić układ równań różniczkowych do układu równań nieliniowych.

Zachowanie się obiektów zależy od ich typu. Wyróżnia się modelowanie obiektów sztywnych przegubowych i modelowanie obiektów deformowalnych.

Obiekty sztywne przegubowe modeluje się w postaci zestawu prostych sztywnych elementów połączonych ze sobą złączami mechanicznymi o zadanym zestawie stopni swobody. Dla obiektów deformowalnych opisuje się odpowiednimi równaniami takie zjawiska jak sprężystość, plastyczność, zrywanie, topnienie, lepkość itd.

Symulacja kolizji jest jednym z ważniejszych problemów pojawiających się w grach komputerowych i filmach animowanych. Rozwiązanie tego problemu wymaga rozwiązania kilku zagadnień. Najważniejszym jest wykrycie kolizji. Zadanie to jest podobne do wykrycia przecięcia w metodzie śledzenia promieni. Przy czym tam było to przecięcie prosta – obiekt, tutaj natomiast jest to obiekt – obiekt. Niemniej jednak metody przyspieszające są podobne. Stosowana jest metoda brył ograniczających, wykrycie przecięcia sfera – sfera jest równie łatwe jak prosta – sfera. Od rodzaju powierzchni (sztywne, odkształcalne) zależy geometria kolizji – odkształcenia obiektów. Od rodzaju powierzchni zależą także efekty kolizji. Zastosowanie odpowiedniego modelu fizycznego opisu zjawiska pozwoli uzyskać wrażenie zgodne z naszym wyobrażeniem i oczekiwaniem.