【摘 要】
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近年来,布料仿真技术已经越来越成为计算机图形学领域研究的热点。现如今布料仿真技术已应用于许多我们熟悉的领域,在计算机动画、游戏、虚拟服装展示以及虚拟模特的着装,甚
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近年来,布料仿真技术已经越来越成为计算机图形学领域研究的热点。现如今布料仿真技术已应用于许多我们熟悉的领域,在计算机动画、游戏、虚拟服装展示以及虚拟模特的着装,甚至高级服装设计系统,布料仿真都是这些领域的一项关键技术。本文对布料的建模技术进行了研究对比后,采用了基于物理的方法进行布料的仿真模拟,该方法提供了较高的实时性和简易的建模方法。基于物理的方法主考虑布料的质量、拉伸、摩擦系数和弹性系数等物理特性,把整块布料看作是厚度为0的空间曲面,将布料按照经向和纬向划分为若干单元,假定每个单元质量相同,并认为布料的所有质量都浓缩到这些单元上,称为质点,质点之间有一根模拟的弹簧相连,基于上面的考虑对布料建立了弹簧-质点模型。布料的运动,可以看作是各种作用力的作用下质点运动的结果。本文采用基于力学的布料模拟技术从质点的空间运动方程入手,通过确定时间序列上的质点的空间位置,找到质点随时间变化的运动轨迹,来模拟布料的行为状态。通过弹簧-质点模型的受力情况解其相应的运动学方程,得到每个时刻质点的速度和位移变化,从而实现对布料的实时性模拟。本文使用四阶龙格-库塔方法来解运动方程,得到了比较稳定的模拟效果。同时为了增强真实感,在模拟布料运动问题上,还引入了当今在游戏中广泛使用的NVIDIA的PhysX物理引擎,通过PhysX中的一套模拟机制来对布料的运动形态进行模拟。在对布料进行建模以及实现运动仿真以后,选取当前已有图案库中的图案,使用纹理映射技术将图案映射到模型上去,实现了对布料的仿真过程。此外,在涉及到布料与场景中刚性物体的碰撞时,本文使用了碰撞检测技术中的一种基于AABB包围盒的适合布料和物体模型的比较简单、快速的碰撞检测算法,解决了布料和物体之间的碰撞问题。为了更好地体现虚拟仿真中的真实感,还引入了一些约束条件和交互手段,如添加阴影,调节风速、光照,鼠标拖拽布料等,构建了窗帘、桌布、旗帜等场景。
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