織物的三維動態(tài)仿真研究.pdf

1、織物仿真是指對紡織品靜態(tài)和動態(tài)的計(jì)算機(jī)模擬,是當(dāng)前的一個重要研究方向。目前,織物的三維動態(tài)仿真己被廣泛應(yīng)用于服裝CAD、電子商務(wù)等各種領(lǐng)域。然而,織物作為一種柔性體,具有材質(zhì)多樣性、結(jié)構(gòu)復(fù)雜性和形狀不規(guī)則性的特點(diǎn),因此如何有效和逼真地模擬織物的運(yùn)動是一個極具挑戰(zhàn)性的課題。
　　 本文從織物物理模型的建立及受力分析、計(jì)算機(jī)視覺中非剛體的三維重建這兩個角度來研究織物的三維動態(tài)仿真。首先,基于當(dāng)前的主流模型彈簧-粒子模型,本文提出改進(jìn)

2、并構(gòu)建出織物的三維結(jié)構(gòu),實(shí)現(xiàn)了織物在真實(shí)環(huán)境下的多種仿真效果;然后,基于三維重建的理論知識,本文從SFM(Structure form Motion,運(yùn)動恢復(fù)結(jié)構(gòu))的角度研究織物的三維仿真,提出在軌跡空間中基于奇異值分解(Singular Value Decomposition,SVD)的織物三維重建算法,為織物的三維動態(tài)仿真研究提供一種新的思路和方法,提高了織物的三維重建技術(shù)水平。本文的主要工作有:
　　 1、對經(jīng)典的彈簧-粒

3、子模型提出改進(jìn),并建立布料的三維動態(tài)仿真系統(tǒng)。在模型參數(shù)的設(shè)置上充分考慮了織物的彈性性能,使用實(shí)時可調(diào)的彈性系數(shù)和阻尼系數(shù)反映織物的不同形變。針對其他仿真系統(tǒng)實(shí)例缺乏、用戶交互性差的特點(diǎn),本系統(tǒng)增添了織物自由懸垂、四角拉伸、翻轉(zhuǎn)等仿真效果,實(shí)現(xiàn)了用戶通過鼠標(biāo)自主設(shè)計(jì)、控制織物的仿真功能。
　　 2、提出非剛體三維結(jié)構(gòu)的軌跡基表示法,并驗(yàn)證它與形態(tài)基表示法具有對偶性。基于非剛體三維特征點(diǎn)的時間平滑性,它的時間序列可以被表示為軌跡基

4、的加權(quán)線性組合。本文從數(shù)學(xué)上推導(dǎo)證明了軌跡基表示法和形態(tài)基表示法滿足對偶定理,并就SVD基進(jìn)行了闡釋。軌跡基表示法的可行性為定義獨(dú)立于物體的軌跡基提供了理論依據(jù),同時為下文的研究工作做鋪墊。
　　 3、提出在軌跡空間中基于SVD的織物三維結(jié)構(gòu)重建算法。對二維圖像序列矩陣進(jìn)行SVD分解,在旋轉(zhuǎn)矩陣的秩約束條件下求解織物的三維結(jié)構(gòu)及運(yùn)動信息。算法中使用預(yù)定義的軌跡基,不僅增大了內(nèi)部約束條件,而且能夠避免重建誤差的累積,提升了結(jié)構(gòu)估計(jì)