バネ-質点系モデル

概要

バネ-質点系モデルは、物体を質点の集まりとし、それらをバネでつないだものとして扱うモデルである。柔らかい物体や布の変形を計算するために使われる。クロスアニメーションや物理ベースアニメーションの基礎になる考え方である。

質点は位置や速度を持つ点であり、バネは質点どうしの距離を一定に保とうとする働きを持つ。バネが伸びれば戻る力が働き、縮めば押し返すような力が働く。この仕組みを多数組み合わせると、布や柔らかい物体の揺れを近似できる。

CG制作では、布、髪、軟体物、揺れる装飾などの表現に応用できる。実際の物理を完全に再現するというより、見た目として自然に動かすための近似モデルとして使うことが多い。

ゲームで使う場合は、計算量を抑えることが重要である。質点やバネの数を増やすと動きは細かくなるが、処理負荷も増える。リアルタイム性を保つため、簡略化したモデルが使われることがある。

布の網目を質点とバネで表し、各フレームで重力、バネ力、減衰を計算して位置を更新する。さらに衝突判定を加えると、体や床を突き抜けにくくなる。

バネ-質点系モデルは、点とバネで柔らかい変形を近似するモデルである。布や軟体物のアニメーションと関連づけて覚える。