基于自适应网格的虚拟服装仿真技术研究

发布时间：2020-05-15 07:50

【摘要】：近十几年来，服装仿真技术越来越成为图形学领域研究的热点。随着网络信息技术的高速发展，网上商店、网络游戏等行业都迫切需要兼具逼真效果和很高实时性的服装仿真技术，这对服装仿真技术的发展提出了很高的要求。目前，虽然国内外已经进行了大量的研究，但是快速且理想的服装仿真至今仍然是一个挑战。本文分析了基于自适应网格的服装仿真的基本步骤，包括布料造型、运动控制、碰撞检测与响应处理等，研究了基于三角形网格的局部自适应细分与合并方法，是对虚拟服装仿真技术的总结和概括。本文的主要工作和创新点包括以下几个方面： 1．比较分析了用于布料造型的几何法、物理法以及混合法各自的优缺点，在此基础上提出了改进的弹簧-质点模型，并根据牛顿力学理论统一建立了布料仿真的动力学方程，分析、给出了方程中质点所受内力和外力的组成与表达式。改进的弹簧-质点模型克服了原有模型对织物材料性能表达单一的缺点，将不同的弹簧与织物的不同性能对应起来，并根据弹簧种类和形变情况对弹簧赋予不同的弹性强度，有效提高了仿真的真实感效果。 2．分析了当前碰撞检测与响应的经典方法，并从多方面改进了基于k-DOPs层次包围盒的碰撞检测方法，，开发了适合织物模型的碰撞检测与响应机制。本文引入膨胀包围盒的概念，能够较早发现潜在碰撞，实现了预检测，进一步避免了穿透发生；另一方面，本文改进了包围盒和层次树的更新算法，优化了原有的碰撞检测算法。同时，引入表面曲率准则及法向量锥的概念，提高了自碰撞检测效率。 3．为了在较短的计算时间内实现真实的服装仿真、体现布料的复杂表面性，本文提出了一种适合布料仿真的动态自适应三角形网格，并采用3~(1/2)-细化方法自下而上地进行局部自适应细化。细化层次树实时构建，不需要预计算和存储，节省了系统空间。本文采用曲率标准作为局部网格细化和合并的衡量准则，并较好处理了裂缝、边界问题。 4．本文的仿真程序在Microsoft Visual Studio.NET集成环境中开发，使用DirectX渲染引擎来实现图形绘制和动画演示。最终实现的系统界面友好、仿真效果比较逼真，生成画面的真实感比较满意。
【图文】：

严格凸,特殊情况,碰撞检测

式中并不是严格确定的，可以根据仿真的要求对其作适当的调整。但也有可能存在这样一种特殊情况:若层次区域为非严格凸的表面，表面曲率准则的有效性就会大大降低。图4.4即为一个尽管法向量锥顶角a很小，但仍发生自相交的特殊情况。图4.4非严格凸表面的特殊情况针对这种问题，我们将该面分成若干个组，并对这些组建立一个矩阵，记录相邻位置信息。在自碰撞检测时，只对相邻组进行曲率判断。这样，只要碰撞发生的面至少隔开一组，就一定可以检测到。4.5基于k一DOPS的碰撞检测过程4.5.1服装/人模碰撞检测基于k一DOPS的碰撞检测算法的核心是，通过有效地遍历服装包围盒树

示意图,碰撞响应,碰撞线,示意图

假设(M>>m)则保证在碰撞后，三角形能够保持自己的速度，而不受碰撞的影响，即做到完全非弹性碰撞。如图4.6所示，P为当前碰撞的某个服装粒子，p，v分别表示该粒子当前的位置和速度。N为碰撞线，1’n是粒子沿碰撞线方向的速度。V为冲突区域的运动速度。
【学位授予单位】：西北工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2007
【分类号】：TP391

【参考文献】