不同材質(zhì)的多形態(tài)布料的實時渲染仿真.pdf

1、基于物理的布料模擬和渲染方法在3D圖形學(xué)領(lǐng)域被廣泛的應(yīng)用，但由于布料具有結(jié)構(gòu)復(fù)雜、質(zhì)地柔軟等特性，布料的模擬也成為了計算機(jī)圖形學(xué)的一大研究熱點與難點。不同材質(zhì)的布料體現(xiàn)出不同的動力學(xué)特征，如何實時模擬出不同的布料材質(zhì)以及實現(xiàn)不同材質(zhì)的布料的運動特征具有重要的意義。
　　首先，實現(xiàn)不同材質(zhì)布料的運動，關(guān)鍵在于使用合適的模型來構(gòu)建布料的結(jié)構(gòu)。我們使用以三角形為載體的質(zhì)點彈簧模型進(jìn)行布料建模，在這個模型中，將布料看作是一個包括質(zhì)點和彈簧

2、的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，每兩個質(zhì)點之間通過一根彈簧進(jìn)行連接。質(zhì)點之間的運動遵循牛頓第二運動定律，本文使用改進(jìn)后的歐拉積分法對其進(jìn)行數(shù)值求解，在當(dāng)前時刻與下一個時刻中間再進(jìn)行一次速度與位置的計算，不僅會減小大時間步長下的誤差，還會提高整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　其次，為了模擬不同形態(tài)的布料，本文引入 Perlin噪聲函數(shù)構(gòu)建一個速度可變的隨機(jī)風(fēng)場，真實且實時地模擬出布料在不同速度的風(fēng)場中的運動。當(dāng)布料與剛體發(fā)生碰撞之后，使用球體包圍盒進(jìn)行碰撞檢測，

3、根據(jù)檢測結(jié)果進(jìn)行碰撞響應(yīng)，使其不發(fā)生穿透現(xiàn)象，實時模擬出不同硬度的布料與剛體碰撞后的形態(tài)。
　　再次，為了有效實時地模擬出不同材質(zhì)的布料，本文使用一種基于物理的光照模型—BRDF模型與法線貼圖相結(jié)合的方法對布料的材質(zhì)進(jìn)行渲染。BRDF模型可以很容易地建立出在不同光照環(huán)境下都接近真實的材質(zhì)來。其中主要是對照射到布料上的光線的反射和散射進(jìn)行計算，反射的計算為高光的計算，包括法向分布項、陰影-遮罩項以及菲涅爾反射項；散射的計算為漫反射計

4、算。同時，對現(xiàn)有的獲取不同布料材質(zhì)表面反射數(shù)據(jù)的方法進(jìn)行分析比較，使用法線貼圖來獲取布料材質(zhì)表面的法線，不僅不需要昂貴的設(shè)備和復(fù)雜的方法，還可以加快材質(zhì)渲染的速度。
　　最后，本文使用Windows系統(tǒng)，在Unity3D4.6引擎平臺上結(jié)合C＃語言和Shader渲染，設(shè)計開發(fā)不同材質(zhì)布料的多形態(tài)實時渲染仿真系統(tǒng)。本文的方法能夠模擬以質(zhì)點彈簧為布料模型的不同材質(zhì)的布料的多形態(tài)效果，且模擬的細(xì)節(jié)度、真實感都能得到加強，并且也滿足實時性