基于等几何质点弹簧模型的布料动态仿真方法研究

发布时间：2020-11-03 02:00

　　 基于布料动态仿真的虚拟试穿技术,在纺织工程、三维动画以及电子商务等领域有着广泛的应用。随着电子商务的快速发展,越来越多的人在网上购买服装,互联网本身的虚拟性使得用户买到的服装常常因大小不合身而引发了高退货率等问题。针对此问题,最好的解决方案是设计出一套实时、高效、逼真的虚拟试衣系统,为此,图形学界进行了不断的探索和研究,己提出了许多有效的布料仿真方法,但很难满足虚拟试衣中实时性和高效性的要求。而等几何分析法是一种可实现几何设计与仿真数据无缝融合的新型数值仿真方法,在各种数值仿真问题中具有较高的精度和计算效率。本文针对当前布料仿真方法中三角网格模型几何表达不精确、产品建模和仿真相分离等问题,基于等几何分析思想,以实时性和高效性为研究目标,对布料的动态仿真进行了深入探索和研究。具体内容如下:1.基于等几何分析的布料动态仿真。为了高效地模拟布料的动态变化,提出了一种基于等几何质点-弹簧模型的布料动态仿真方法,首先使用张量积Bezier曲面来构建布料几何模型;然后对布料的质点进行受力分析,并直接在该曲面上进行质点-弹簧模型数值求解;最后将更新后的质点的位置和速度变换到等几何布料曲面的控制顶点上,进行实时的碰撞处理。与基于三角网格逼近的仿真方法相比,本文方法无需预先对布料进行三角网格剖分,可精确地表示布料几何模型;同时在较少的自由度数目下,可得到高精度的动态仿真效果,提高了仿真效率;可在CPU仿真环境下进行实时的动态仿真,适用于对实时性要求较高的虚拟试衣等工程应用领域。2.基于三角B-B曲面的布料动态仿真。如何实现不同布料面片的模拟与拼接对构建复杂服装造型具有重要的意义,针对这一问题,提出了基于三角B-B曲面的布料仿真方法。该方法考虑到布料在动态仿真中,其边界上的每个质点都受到周围质点的影响,首先提出采用细分方法来计算三角B-B曲面的边界控制顶点;其次通过三角形的质点-弹簧模型控制少量粒子来模拟布料全局的形变效果；最后将三角域与四边域上不同的布料曲面进行了无缝拼接。实验结果表明,仿真过程中布料的缝合边界处没有出现尖点等奇异情况,该方法在布料的几何表达上较为光顺,仿真效果较好,且三角B-B曲面与四边域曲面的混合造型几乎可构造出任意形状的布料曲面,适用于构造复杂的服装造型。
【学位单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TP391.9;TS941.17
【部分图文】：

更为广泛的研宄。其中，Ｔｈｏｍａｓｚｅｗｓｋｉ［２２］等提出了基于应变极限的连续体介质模??型，该方法通过单个阈值可以精确控制所有的应变分量，并且可以有效的模拟布??料各向异性的特征（如图１．１ａ所示）。丫＿等［２３］基于连续体力学模型，通过??Ｋｉｒｃｈｈｏｆｆ－Ｌｏｖｅ薄壳理论来建立布料的模型，提出了适应于无网格模型参数化和??边界缝合的布料仿真方法，并用共旋法处理布料大的形变问题。实验结果表明，??Ｙｕａｎ等的布料仿真模型能够产生自然、逼真的效果（如图１．１ｂ所示）。Ｊａｎ等［２４］??将基于位置的方法与连续体模型相结合构建出稳定、快速和可控的布料仿真系统??（如图１．１ｃ所示），他们的方法可以容易地实现物体破裂（如布料撕裂）的物??理现象。从微观上看，布料并不是一种严格的连续介质，不符合连续模型中的前??３??

?■Ｌｉｎ?：＾ｚｓ??Ｃ．基于位置方法的连续体模型?ｄ．各向异性的连续介质模型??图１．１基于连续体的布料仿真结果??基于有限元的布料仿真中，Ａｓｃｏｕｇｈ等［１７］使用梁的有限元网格来构建布料模??型，并通过几何刚度对大位移进行分析，较逼真地模拟出虚拟人穿衣的动态效果。??Ｇａｎ等［１８］采用几何非线性有限元法分析了具有大位移和小应变特征的布料动态??形变。￡１２１１１１１３３等［１９］也基于有限元法构建出粘弹性、高度挠性的曲面模型。该方??法较适用于纺织品的建模，因为它在每个时间步长中，通过将非线性弹性问题转??化到平面的线性问题，因此能够精确而快速的模拟出布料的形变效果。??连续介质的弹性变形模型［２Ｑ］［２１］被用来模拟布料真实的物理特性，该模型首次??将动力学的理论和布料的物理属性等特点应用到离散的布料粒子结构和弹性模??型中，建立出连续理论上的能量方程，从而构建出基于连续介质理论的布料仿真??系统，相比于纯几何的仿真方法，该方法仿真出的布料模型真实度更高，也成为??了可变形体和流体动态仿真的基础。随后

二叉树的结构较为简单，不仅易于构造，而且其遍历方法非常高效。例如，??本文通过自顶向下的方式来构造物体的二叉树结构时，仅通过一个分割面就可将??对象集划分为两个子集。图２．１为ＡＡＢＢ包围盒树型层次结构。??关于树型结构的构造算法主要分为以下３种：自顶向下、自底向上和插入算??法。鉴于自顶向下算法的易用性，本文采用了自顶向下的构造方法来建立布料的??ＡＡＢＢ层次包围盒结构。该方法的基本思想将输入集划分为两个子集，并利用包??围盒进行构造，且继续在该包围盒中实现递归划分。具体算法步骤如下：??Ｓｔｅｐｌ．首先输入图元集合，并构造图元的ＡＡＢＢ包围盒。??Ｓｔｅｐ２．通过空间中值分割算法来求解分割点，然后沿分割点将图元集合划分??为两个子集，并用ＡＡＢＢ对两个子集构建包围盒。??Ｓｔｅｐ３．继续对这两个子集实现递归划分以构造分支层次结构，同时将子节点??链接到其父包围盒节点上。??Ｓｔｅｐ４．当分割的图元集合仅含有一个图元时
【参考文献】

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本文编号：2867919