布料運動仿真技術(shù)研究.pdf

1、在過去幾十年里,計算機動畫一直是人們研究的熱點.運動布料的計算機實時模擬作為計算機動畫的一個重要組成部分,吸引了越來越多的研究.雖然布料模擬非常重要,并且已經(jīng)有了大量的研究,但是快速并且理想的布料模擬直到現(xiàn)在仍然是一個挑戰(zhàn).作者分析了基于物理模型的布料模擬的基本步驟包括造型、運動控制、碰撞檢測與響應(yīng)處理,研究了基于矩形網(wǎng)格的局部自適應(yīng)細分與合并的布料模擬方法.該文是對該項工作的總結(jié)和概括.文章的主要研究內(nèi)容及其成果包括以下幾個方面:首先

2、比較分析用于布料造型的幾何法、物理法以及混合法各自的優(yōu)缺點.在此基礎(chǔ)上作者提出改進的基于矩形域的質(zhì)點-彈簧模型,利用該模型統(tǒng)一建立了布料真實感模擬方程,給出方程中質(zhì)點所受內(nèi)力和外力的組成與表達式以及動態(tài)系統(tǒng)的推導(dǎo)和求解過程,并且描述了模擬的具體實現(xiàn)算法.改進的質(zhì)點-彈簧模型克服了原有模型對織物的材料性能表達單一的缺點,考慮了拉伸、剪切、彎曲等力學(xué)性能對布料外觀的影響,有效提高模擬的真實感效果.該文接著分析了碰撞檢測與響應(yīng)算法的研究意義以

3、及技術(shù)難點,給出碰撞檢測一般算法框架和經(jīng)典方法.針對碰撞檢測時間耗費量大的問題,該文通過引進碰撞狀態(tài)開發(fā)了適合該文模型的基于局部自適應(yīng)細分的碰撞檢測與響應(yīng),包括基于AABB樹的層次包圍盒技術(shù)和基本幾何元素的碰撞檢測與響應(yīng).其中,通過將布料和場景中的其他物體都由三角網(wǎng)格表示,從而將他碰撞和自碰撞檢測歸結(jié)為判斷點-三角形或邊-邊之間是否相交的問題.同時,在自碰撞檢測中,作者利用三角形表面曲率簡化計算.另外,針對布料造型與效果仿真中存在的模型

4、復(fù)雜、模擬效率低、忽略布料細節(jié)等問題,該文提出一種基于局部自適應(yīng)細分與合并的快速布料模擬方法.結(jié)合基于Catmull-Clark機制的局部自適應(yīng)細分,設(shè)計了一種新算法.在布料掉落下來與硬物碰撞時,能夠在局部自動細分生成新粒子加入系統(tǒng),參與運動模擬.如果粗網(wǎng)格已經(jīng)能較好模擬布料則自動合并.針對自適應(yīng)細分所涉及的超彈性、裂縫以及細分層次等問題提出相應(yīng)的解決辦法.最后,該文給出了這種技術(shù)的實現(xiàn)算法,同時將SIMD技術(shù)引入到布料模擬中,實現(xiàn)硬件