專(zhuān)利名稱(chēng)：一種動(dòng)態(tài)布料仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維織物動(dòng)態(tài)仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到用一種動(dòng)態(tài)布料仿真方法。
背景技術(shù)：
由于柔性織物真實(shí)感仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用背景，因而吸引了眾多計(jì)算機(jī)圖形學(xué)家和紡織學(xué)家為此進(jìn)行深入研究，他們分別從不同角度，采取多種研究方法進(jìn)行研究，并已取得了一定的進(jìn)展。從目前的研究結(jié)果來(lái)看，對(duì)織物仿真的建模有如下一些方法。Jerry Weil采用余弦曲線(xiàn)及草幾何變換模擬懸垂布料。將布料懸掛在一些約束點(diǎn)上，利用懸鏈線(xiàn)計(jì)算布料自由懸掛時(shí)的形狀，根據(jù)實(shí)際需要，通過(guò)對(duì)懸鏈線(xiàn)和約束點(diǎn)構(gòu)成的三角形不斷細(xì)分產(chǎn)生織物皺褶，取得了較好模擬效果。但該方法只能模擬懸垂織物的外形， 無(wú)法反映織物的真實(shí)屬性。B. K. Hind利用純幾何變換進(jìn)行織物形態(tài)模擬。構(gòu)造了基于等距面的交互服裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)，將服裝作為一組圍繞人體模型連接在一起的衣片進(jìn)行生成。服裝的褶皺通過(guò)參數(shù)上附加調(diào)和函數(shù)(正弦曲線(xiàn)等)產(chǎn)生。然而這種方法僅適用余合體服裝的三維涉及，當(dāng)涉及寬松服裝時(shí)，直線(xiàn)與褶皺成為主要因素，此時(shí)該方法不能正確定義服裝曲面，而且沒(méi)有考慮服裝織物的物理性質(zhì)，不能真實(shí)展現(xiàn)服裝質(zhì)感和懸垂感。針對(duì)幾何模擬技術(shù)的缺陷，基于物理和能量特性的織物模擬仿真方法得到人們的廣泛重視。盡管模擬計(jì)算復(fù)雜度很高，但該方法不僅能夠反映柔性織物的外形特征，而且通過(guò)對(duì)柔性織物的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的深入分析，可以得到較為逼真的織物空間狀態(tài)。Breen提出了織物的粒子模型(Particle Model)，該模型假設(shè)織物是一種不連續(xù)的物質(zhì)，織物的經(jīng)線(xiàn)與緯線(xiàn)每個(gè)交叉點(diǎn)被視為一個(gè)粒子，所有這些粒子集合的整體構(gòu)成織物，織物的物理特性由粒子與鄰近的四個(gè)粒子間的相互作用決定。采用能量最小化原理，求解織物最小能量狀態(tài)，即最終平衡的狀態(tài)。Terzopoulos在薄板彈性變形方程基礎(chǔ)上提出了對(duì)所有彈性體都適用的通用形變模型(Elastically Deformation Model)。把物體形狀和運(yùn)動(dòng)的描述統(tǒng)一起來(lái)，該模型采用拉格朗日運(yùn)動(dòng)學(xué)方程描述變形體的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。Provot采用彈簧-質(zhì)點(diǎn)模型來(lái)模擬柔性織物?？椢锸紫缺浑x散為規(guī)則的四邊域網(wǎng)格，網(wǎng)格交點(diǎn)為質(zhì)子，質(zhì)子間以無(wú)質(zhì)量彈簧相連。運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律，給出運(yùn)動(dòng)方程。由于利用線(xiàn)性形變的彈簧去模擬非線(xiàn)性的織物形變，會(huì)出現(xiàn)失真情況，Provot采用了基于反演動(dòng)力學(xué)的直接修正法，解決了該問(wèn)題?；谖锢砗湍芰刻匦缘目椢锬M仿真方法，常常要涉及到大量復(fù)雜微分方程組的求解，成為影響仿真效率的主要問(wèn)題，研究人員提出了各種積分方法來(lái)解決這一任務(wù)。顯式積分方法簡(jiǎn)單靈活，易于實(shí)現(xiàn)，但受穩(wěn)定因素影響，無(wú)法實(shí)現(xiàn)具有剛性特征的織物動(dòng)態(tài)模擬；隱式積分方法穩(wěn)定性好，卻忽略了非線(xiàn)性因素，而且計(jì)算復(fù)雜，直接影響到仿真的最終結(jié)果和實(shí)際效率。因此需要一種考慮系統(tǒng)受力形變的線(xiàn)性和非線(xiàn)性特征，最大限度地利用了時(shí)間域和空間域上的模擬局部參數(shù)，協(xié)調(diào)好計(jì)算效率和布料系統(tǒng)模型的穩(wěn)定性方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決現(xiàn)有動(dòng)態(tài)布料仿真方法存在仿真散亂失真現(xiàn)象、仿真效果差的問(wèn)題，提供了一種仿真效率好、不存在失真現(xiàn)象的動(dòng)態(tài)布料仿真方法。本發(fā)明的技術(shù)方案一種動(dòng)態(tài)布料仿真方法，其步驟如下1、構(gòu)建布料的物理模型，布料模型是基于質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型的粒子系統(tǒng)，將布料抽象成一個(gè)由mXn個(gè)虛擬質(zhì)點(diǎn)組成的網(wǎng)格，網(wǎng)格中每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)與其周?chē)噜彽乃膫€(gè)質(zhì)點(diǎn)通過(guò)剛性的結(jié)構(gòu)彈簧相連，與其對(duì)角線(xiàn)上的質(zhì)點(diǎn)之間則通過(guò)剛性較小的剪切彈簧相連，質(zhì)點(diǎn)與其空間上間隔一點(diǎn)相鄰的質(zhì)點(diǎn)間則通過(guò)非線(xiàn)性的彎曲彈簧相連；布料的類(lèi)型和運(yùn)動(dòng)取決于質(zhì)點(diǎn)間的彈簧力和布料的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，布料受到的作用力與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系可以由動(dòng)力學(xué)方程來(lái)表示，如下式
權(quán)利要求
1. 一種動(dòng)態(tài)布料仿真方法，其步驟如下1、構(gòu)建布料的物理模型，布料模型是基于質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型的粒子系統(tǒng)，將布料抽象成一個(gè)由mXn個(gè)虛擬質(zhì)點(diǎn)組成的網(wǎng)格，網(wǎng)格中每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)與其周?chē)噜彽乃膫€(gè)質(zhì)點(diǎn)通過(guò)剛性的結(jié)構(gòu)彈簧相連，與其對(duì)角線(xiàn)上的質(zhì)點(diǎn)之間則通過(guò)剛性較小的剪切彈簧相連，質(zhì)點(diǎn)與其空間上間隔一點(diǎn)相鄰的質(zhì)點(diǎn)間則通過(guò)非線(xiàn)性的彎曲彈簧相連；布料的類(lèi)型和運(yùn)動(dòng)取決于質(zhì)點(diǎn)間的彈簧力和布料的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，布料受到的作用力與其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的關(guān)系可以由動(dòng)力學(xué)方程來(lái)表示，如下式
2、已知當(dāng)前t時(shí)刻的布料模型中所有粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)0ct，vt)，通過(guò)自適應(yīng)混合積分方法對(duì)式( 進(jìn)行求解獲得一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)h后布料模型的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(xt+h，vt+h)；所述自適應(yīng)混合積分方法如下設(shè)定一剪切或彎曲彈簧，定義其剛度為ks、阻尼系數(shù)為kd，原始長(zhǎng)度為L(zhǎng)，每一空間網(wǎng)格間距h是變化的，或者說(shuō)局部網(wǎng)格參數(shù)m，L，ks，kd均是可變的，一個(gè)自適應(yīng)的時(shí)間步長(zhǎng)計(jì)算方法如下
3、根據(jù)當(dāng)前t時(shí)刻的布料模型中所有粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(xt，vt)以及求解得到的一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)h后布料模型的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(xt+h，vt+h)，布料模型的動(dòng)態(tài)仿真完成。
全文摘要
一種動(dòng)態(tài)布料仿真方法，在已知當(dāng)前t時(shí)刻的布料模型中所有粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(xt，vt)，通過(guò)自適應(yīng)混合積分方法求解獲得一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)h后布料模型的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(xt+h，vt+h)；所述自適應(yīng)混合積分方法通過(guò)一個(gè)自適應(yīng)的時(shí)間步長(zhǎng)計(jì)算方法來(lái)確定是通過(guò)顯式積分求解方法還是隱式積分求解方法對(duì)一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)h后布料模型的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(xt+h，vt+h)的求解，求解后根據(jù)當(dāng)前t時(shí)刻的布料模型中所有粒子的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(xt，vt)以及求解得到的一個(gè)時(shí)間步長(zhǎng)h后布料模型的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(xt+h，vt+h)，布料模型的動(dòng)態(tài)仿真完成。本發(fā)明的有意效果仿真后的動(dòng)態(tài)布料逼真，仿真不存在散亂失真現(xiàn)象。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102156785SQ20111009664
公開(kāi)日2011年8月17日 申請(qǐng)日期2011年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月18日
發(fā)明者李偉, 沈才樑 申請(qǐng)人:浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院