Stable Mass-Spring Model for Real-time Animation of Flexible Objects

비정형 물체의 실시간 애니메이션을 위한 안정적 질량-스프링 모델

In this paper, we propose an efficient technique for the animation of flexible thin objects. Mass-spring model was employed to represent the flexible objects. Till now, many techniques have used the mass-spring model to generate plausible animation of soft objects. A straight-forward approach to the animation with mass-spring model is explicit Euler method, but the explicit Euler method has serious disadvantage that it suffers from 'instability problem'. The implicit integration method is a possible solution to overcome the instability problem. However, the most critical flaw of the implicit method is that it involves a large linear system. This paper presents a fast animation technique for mass-spring model with approximated implicit method. The proposed technique stably updates the state of n mass-points in O(n) time when the number of total springs are O(n). We also consider the interaction of the flexible object and air in order to generate plausible results.

본 논문은 유연한 비정형 물체의 애니메이션을 위한 효율적인 기법을 제안한다. 비정형 물체를 표현하기 위해 질량-스프링 모텔이 사용되었다. 지금까지 많은 기법들이 부드러운 객체의 사실적인 애니메이션을 생성하기 위해 질량-스프링 모델을 사용하였다. 질량-스프링 모텔의 애니메이션을 수행하기 위한 가장 손쉬운 접근법은 명시적 오일러 방법 (explicit Euler method)인데, 이 방법은 '불안정성 문제'라는 잘 알려진 문제가 발생한다는 단점을 가지고 있다. 이 불안정성 문제를 해결하기 위한 해법으로 암시적 적분법이 사용될 수 있다. 그러나, 이 암시적 방법의 가장 결정적인 약점은 대규모의 선행 시스템을 풀어야 한다는 것이다. 본 논문은 암시적 방법의 근사(approximation)를 이용하여 질량-스프링 모델을 빠른 시간에 애니메이션 할 수 있는 기법을 제시한다. 제안된 기법은 n 개의 질점이 O(n) 개의 스프링으로 연결되어 있을 때, 각 질점의 상태를 O(n) 시간에 안정적으로 갱신할 수 있다. 본 논문은 사실적인 결과를 위해 비정형 물체와 공기와의 상호 작용도 고려하였다.