基于噪声函数的随机风场作用的布料动态仿真研究

发布时间：2017-09-25 23:08

  本文关键词：基于噪声函数的随机风场作用的布料动态仿真研究

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【摘要】：布料的动态模拟是计算机动画的重要组成部分,在动漫影视、三维网络游戏及虚拟服装上都有着广泛的应用。布料模拟的目标在于模拟布料真实的形变效果,研究涉及到计算机图形学、微分几何、动力学、碰撞检测以及计算机视觉等多门学科知识。由于布料复杂的物理特性和风力生成算法的复杂性,布料在随机风场中的动态仿真成为一个富有挑战的研究课题。在传统的风力生成算法中,有些研究者只是使用简单的矢量来代替风力。为了模拟布料在自然风力作用下真实的运动效果,本文在噪声理论和空气动力学的基础上,引入柏林噪声函数来产生随机风场。首先,通过柏林噪声函数产生的随机数来扰动风场模型的风速。然后,根据空气动力学中使用速度计算力的公式来计算布料网格中每个三角面片所受的风力。最后,使用改进的风力计算公式计算质点所受的平均风力,从而模拟出比较自然的风。和传统风力算法相比,利用柏林噪声函数构造的随机风场模型简单且具有较好的适用性,能够较逼真地模拟出布料及服装在风力作用下的动态效果。本文采用质点-弹簧模型构建了布料的网格模型,先对网格中的质点进行受力分析,内力包含了三种弹簧力及阻尼力,外力包含了重力和风力。完成受力分析后,利用显示欧拉法迭代更新质点的速度和位置,实现布料在随机风场中的动态模拟。然后,为防止布料在风场运动中穿透其他模型,需要对布料与其他模型进行碰撞检测,并对检测出的穿透点做出碰撞响应。本文采用AABB(Axis-Aligned Bounding Box)包围法来对场景中的模型建立包围盒,以此完成布料与其他模型的碰撞检测问题。最后,通过纹理映射增加布料模型的真实感。
【关键词】：动态模拟 随机风场 柏林噪声 碰撞检测 碰撞响应
【学位授予单位】：西南交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TS941.26;TP391.41
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-10
• 第1章 绪论10-16
• 1.1 研究背景及意义10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.3 研究目标及内容13-14
• 1.3.1 研究目标13
• 1.3.2 研究内容13-14
• 1.4 本课题的总体框架设计14
• 1.5 本文结构安排14-16
• 第2章 布料网格模型的构建16-24
• 2.1 质点-弹簧模型的构建16-17
• 2.2 布料模型的力学系统17-19
• 2.2.1 质点受力分析18-19
• 2.2.2 数值积分求解19
• 2.3 超弹性问题19-21
• 2.4 光照设置21-22
• 2.5 纹理映射22-23
• 2.6 本章小结23-24
• 第3章 基于噪声函数的随机风场模型24-31
• 3.1 柏林噪声技术24-25
• 3.2 柏林噪声函数的构造25-26
• 3.3 基于随机噪声函数的风场模型26-30
• 3.3.1 随机风场27
• 3.3.2 风力计算27-30
• 3.4 本章小结30-31
• 第4章 碰撞检测和碰撞响应31-46
• 4.1 布料与小球的碰撞检测及响应31-34
• 4.1.1 布料与小球的碰撞检测33
• 4.1.2 布料与小球的碰撞响应33-34
• 4.2 读取动物模型34-37
• 4.2.1 3DS文件格式分析35
• 4.2.2 3DS文件信息的读取35-37
• 4.3 AABB包围盒的构建37-40
• 4.3.1 AABB包围盒的定义37-38
• 4.3.2 AABB包围盒分割轴的选择38-39
• 4.3.3 构造AABB包围盒39-40
• 4.4 布料与动物模型的碰撞检测及响应40-45
• 4.4.1 碰撞检测41-42
• 4.4.2 碰撞响应42-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第5章 仿真结果演示与分析46-60
• 5.1 实验环境与程序开发工具46
• 5.2 布料建模及其在风场作用下的实验结果46-55
• 5.2.1 布料建模及其风场作用下程序调用流程46-48
• 5.2.2 各步骤功能介绍48-53
• 5.2.3 布料与动物模型仿真结果53-55
• 5.3 实验对比与分析55-59
• 5.3.1 有无风场环境的实验对比与分析55-57
• 5.3.2 风力算法研究的实验对比与分析57-58
• 5.3.3 碰撞处理的实验对比与分析58-59
• 5.4 本章小结59-60
• 结论60-61
• 致谢61-62
• 参考文献62-66
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果66

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 吕佳佳;侯进;张平;;基于衣片网格局部变形的服装多样性研究[J];计算机应用研究;2014年12期

2 梁秀霞;韩慧健;张彩明;;基于物理仿真的布料动画研究综述[J];计算机研究与发展;2014年01期

3 顾沁婷;李艳梅;刘翔;;基于质点弹簧模型的织物形象化仿真技术与展望[J];纺织学报;2013年03期

4 杨宇科;;一种风场作用下粒子系统火焰的动态模拟[J];计算机应用与软件;2013年01期

5 石敏;毛天露;夏时洪;王兆其;;布料动画方法研究进展及问题[J];计算机学报;2012年12期

6 王青松;刘箴;;一种考虑随机风场作用的布料动画研究[J];计算机仿真;2012年10期

7 韩丽;贾s，

本文编号：920081