布料運(yùn)動(dòng)仿真技術(shù)研究.pdf

1、在過去幾十年里,計(jì)算機(jī)動(dòng)畫一直是人們研究的熱點(diǎn).運(yùn)動(dòng)布料的計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)模擬作為計(jì)算機(jī)動(dòng)畫的一個(gè)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(gè)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(yùn)動(dòng)控制、碰撞檢測(cè)與響應(yīng)處理,研究了基于矩形網(wǎng)格的局部自適應(yīng)細(xì)分與合并的布料模擬方法.該文是對(duì)該項(xiàng)工作的總結(jié)和概括.文章的主要研究?jī)?nèi)容及其成果包括以下幾個(gè)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(diǎn).在此基礎(chǔ)上作者提出改進(jìn)的基于矩形域的質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型,利用該模型統(tǒng)一建立了布料真實(shí)感模擬方程,給出方程中質(zhì)點(diǎn)所受內(nèi)力和外力的組成與表達(dá)式以及動(dòng)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(shí)現(xiàn)算法.改進(jìn)的質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型克服了原有模型對(duì)織物的材料性能表達(dá)單一的缺點(diǎn),考慮了拉伸、剪切、彎曲等力學(xué)性能對(duì)布料外觀的影響,有效提高模擬的真實(shí)感效果.該文接著分析了碰撞檢測(cè)與響應(yīng)算法的研究意義以

3、及技術(shù)難點(diǎn),給出碰撞檢測(cè)一般算法框架和經(jīng)典方法.針對(duì)碰撞檢測(cè)時(shí)間耗費(fèi)量大的問題,該文通過引進(jìn)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(xì)分的碰撞檢測(cè)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(cè)與響應(yīng).其中,通過將布料和場(chǎng)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(cè)歸結(jié)為判斷點(diǎn)-三角形或邊-邊之間是否相交的問題.同時(shí),在自碰撞檢測(cè)中,作者利用三角形表面曲率簡(jiǎn)化計(jì)算.另外,針對(duì)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(xì)節(jié)等問題,該文提出一種基于局部自適應(yīng)細(xì)分與合并的快速布料模擬方法.結(jié)合基于Catmull-Clark機(jī)制的局部自適應(yīng)細(xì)分,設(shè)計(jì)了一種新算法.在布料掉落下來與硬物碰撞時(shí),能夠在局部自動(dòng)細(xì)分生成新粒子加入系統(tǒng),參與運(yùn)動(dòng)模擬.如果粗網(wǎng)格已經(jīng)能較好模擬布料則自動(dòng)合并.針對(duì)自適應(yīng)細(xì)分所涉及的超彈性、裂縫以及細(xì)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(shí)現(xiàn)算法,同時(shí)將SIMD技術(shù)引入到布料模擬中,實(shí)現(xiàn)硬件