基于人体混合层次包围盒的动态服装仿真

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基于物理模型的人体服装仿真是计算机图形学中的一个热点研究课题,它在虚拟试衣、人体模拟、电影以及游戏等领域中得到了广泛的应用,因此对该仿真技术的研究具有重要的研究价值。现有动态服装仿真中,存在的主要问题是冲突碰撞计算量大,同时为了服装的动态效果又要求实时性很高。如何解决好这些问题成为人体服装实时模拟的关键。为了解决计算速度与实时效率的瓶颈问题,本文提出了基于人体混合层次包围盒的动态服装仿真。在构建人体动态服装仿真模型时,根据人体不同部位的具体形态特性来制定贴近且效率尽可能高的包围盒,并进行快速碰撞检测与处理成为本文需要解决的主要研究内容。具体研究工作如下:(1)本文对动态服装仿真的研究现状进行了详细的分析,并且讨论了其重要的研究意义和广泛的前景。(2)本文对于一个给定的三维人体模型,先运用MCASG图算法做初分割处理,得到人体模型的头部、手部、腿部以及躯干部。再通过运用K均值聚类算法,将人体模型进一步细分,得到如上手臂、下手臂、上腿部、下腿部、躯干以及女性胸部等部位。(3)本文根据人体不同部位的具体形态特性来制定贴近并且碰撞检测效率尽可能高的包围盒,如对腿部和手部采用圆柱体包围盒,躯干部采用椭圆柱包围盒,臀部和女性胸部采用圆球包围盒。包围盒确定过程中,运用对人体做切片的方式和最小二乘法来获得必要参数。该做法可以利用较少的包围盒数量构造相对贴近人体外形的碰撞检测区域。(4)本文运用了基于三角形面片的弹簧质点模型对服装进行动态仿真,并运用了Runge-Kutta法对弹簧质点系统的内力与外力做数值积分,其仿真速度快且效果可靠。(5)本文最后运用人体混合层次包围盒并对基于三角形面片的弹簧质点模型的人体服装仿真进行了实验。从实验效果图可以看出,人体服装仿真系统的冲突碰撞处理速度得到提高,动态仿真效果逼真。
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