角色动画中布料的模拟与渲染研究

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在过去的二三十年里,随着计算机图形学的迅猛发展,计算机动画成为了人们研究的热门领域。而物理的布料模拟是计算机动画的一个非常重要的组成部分。布料模拟在三维服装模拟设计、虚拟现实技术、游戏和影视等领域中得到了广泛的应用。虽然经历了几十年的发展,布料的实时模拟仍然是当前图形学领域中具有挑战性的课题。早期的模拟是采用几何的方法,这种方法比较简单,而且快速,但是适用范围有限,模拟的质量不是很高,往往还需用户自己干预。后来,基于物理的布料模型占据了该领域的重要位置。基于物理的模型中,质点-弹簧模型由于其计算的高效率,模拟效果的高逼真度,而且算法容易实现等特点,得到了广泛的应用。本文的布料模拟就是采用了该模型。本文首先介绍了布料模拟技术的发展状况以及应用前景,接下来分析了布料的物理特性,比较了用于布料仿真系统建模的几何,物理,混合等方法的优劣。并且对质点-弹簧模型进行了受力分析,受力分析后,文章介绍了布料模拟中的几种数值求解方法,比较了各种数值求解方法的性能。故我们采用一种改进的基于Verlet的布料模拟方法对人物布料进行模拟和仿真。本项目将深入研究基于Mass-Spring柔体模型所建立的布料模型和采用改进Verlet算法所进行的布料模拟仿真。最后,为了具有真实的模拟效果,用了OpenGL图形软件接口,对模型进行了光照和纹理映射,实验证明,本文实现对布料的实时性,效率性和稳定性和效果上取得了一定的优势。
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