專利名稱：一種動態(tài)布料仿真方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及三維織物動態(tài)仿真技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及到用一種動態(tài)布料仿真方法。
背景技術(shù)：
由于柔性織物真實感仿真技術(shù)的廣泛應(yīng)用背景，因而吸引了眾多計算機圖形學(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)果來看，對織物仿真的建模有如下一些方法。Jerry Weil采用余弦曲線及草幾何變換模擬懸垂布料。將布料懸掛在一些約束點上，利用懸鏈線計算布料自由懸掛時的形狀，根據(jù)實際需要，通過對懸鏈線和約束點構(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， 無法反映織物的真實屬性。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。服裝的褶皺通過參數(shù)上附加調(diào)和函數(shù)(正弦曲線等)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，直線與褶皺成為主要因素，此時該方法不能正確定義服裝曲面，而且沒有考慮服裝織物的物理性質(zhì)，不能真實展現(xiàn)服裝質(zhì)感和懸垂感。針對幾何模擬技術(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，而且通過對柔性織物的內(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)線與緯線每個交叉點被視為一個粒子，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)。把物體形狀和運動的描述統(tǒng)一起來，該模型采用拉格朗日運動學(xué)方程描述變形體的機械運動。Provot采用彈簧-質(zhì)點模型來模擬柔性織物。織物首先被離散為規(guī)則的四邊域網(wǎng)格，網(wǎng)格交點為質(zhì)子，質(zhì)子間以無質(zhì)量彈簧相連。運用牛頓運動定律，給出運動方程。由于利用線性形變的彈簧去模擬非線性的織物形變，會出現(xiàn)失真情況，Provot采用了基于反演動力學(xué)的直接修正法，解決了該問題。基于物理和能量特性的織物模擬仿真方法，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題，研究人員提出了各種積分方法來解決這一任務(wù)。顯式積分方法簡單靈活，易于實現(xiàn)，但受穩(wěn)定因素影響，無法實現(xiàn)具有剛性特征的織物動態(tài)模擬；隱式積分方法穩(wěn)定性好，卻忽略了非線性因素，而且計算復(fù)雜，直接影響到仿真的最終結(jié)果和實際效率。因此需要一種考慮系統(tǒng)受力形變的線性和非線性特征，最大限度地利用了時間域和空間域上的模擬局部參數(shù)，協(xié)調(diào)好計算效率和布料系統(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、仿真效果差的問題，提供了一種仿真效率好、不存在失真現(xiàn)象的動態(tài)布料仿真方法。本發(fā)明的技術(shù)方案一種動態(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-彈簧模型的粒子系統(tǒng)，將布料抽象成一個由mXn個虛擬質(zhì)點組成的網(wǎng)格，網(wǎng)格中每一個質(zhì)點與其周圍相鄰的四個質(zhì)點通過剛性的結(jié)構(gòu)彈簧相連，與其對角線上的質(zhì)點之間則通過剛性較小的剪切彈簧相連，質(zhì)點與其空間上間隔一點相鄰的質(zhì)點間則通過非線性的彎曲彈簧相連；布料的類型和運動取決于質(zhì)點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動狀態(tài)的關(guān)系可以由動力學(xué)方程來表示，如下式
權(quán)利要求
1. 一種動態(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-彈簧模型的粒子系統(tǒng)，將布料抽象成一個由mXn個虛擬質(zhì)點組成的網(wǎng)格，網(wǎng)格中每一個質(zhì)點與其周圍相鄰的四個質(zhì)點通過剛性的結(jié)構(gòu)彈簧相連，與其對角線上的質(zhì)點之間則通過剛性較小的剪切彈簧相連，質(zhì)點與其空間上間隔一點相鄰的質(zhì)點間則通過非線性的彎曲彈簧相連；布料的類型和運動取決于質(zhì)點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動狀態(tài)的關(guān)系可以由動力學(xué)方程來表示，如下式
2、已知當(dāng)前t時刻的布料模型中所有粒子的運動狀態(tài)0ct，vt)，通過自適應(yīng)混合積分方法對式( 進(jìn)行求解獲得一個時間步長h后布料模型的運動狀態(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，原始長度為L，每一空間網(wǎng)格間距h是變化的，或者說局部網(wǎng)格參數(shù)m，L，ks，kd均是可變的，一個自適應(yīng)的時間步長計算方法如下
3、根據(jù)當(dāng)前t時刻的布料模型中所有粒子的運動狀態(tài)(xt，vt)以及求解得到的一個時間步長h后布料模型的運動狀態(tài)(xt+h，vt+h)，布料模型的動態(tài)仿真完成。
全文摘要
一種動態(tài)布料仿真方法，在已知當(dāng)前t時刻的布料模型中所有粒子的運動狀態(tài)(xt，vt)，通過自適應(yīng)混合積分方法求解獲得一個時間步長h后布料模型的運動狀態(tài)(xt+h，vt+h)；所述自適應(yīng)混合積分方法通過一個自適應(yīng)的時間步長計算方法來確定是通過顯式積分求解方法還是隱式積分求解方法對一個時間步長h后布料模型的運動狀態(tài)(xt+h，vt+h)的求解，求解后根據(jù)當(dāng)前t時刻的布料模型中所有粒子的運動狀態(tài)(xt，vt)以及求解得到的一個時間步長h后布料模型的運動狀態(tài)(xt+h，vt+h)，布料模型的動態(tài)仿真完成。本發(fā)明的有意效果仿真后的動態(tài)布料逼真，仿真不存在散亂失真現(xiàn)象。
文檔編號G06F17/50GK102156785SQ20111009664
公開日2011年8月17日 申請日期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 申請人:浙江工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院