视觉可信的机织布湿润过程实时绘制的算法研究

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由于现实生活中布料与水的丰富的物理现象,二者一直是计算机图形学领域研究的热点。布液交互的过程也有丰富的表现,但是目前关于布料湿润效果的仿真研究并不丰富。针对生活中常见的机织布湿润过程,对机织布和液体交互过程的不同织物紧度和各向异性扩散的特征两方面进行研究。首先,为了更好地实现机织布和液体交互模拟仿真的实时性,针对建模对象双向耦合的现象,采用统一的基于粒子的模型。使用基于位置动力学方法(Position based dynamics,PBD)对粒子建立不同的约束,在布料粒子的距离约束和液体粒子的密度约束上建立机织布和液体的约束,对这两种对象进行建模,以提高计算效率。在此基础上,完成交互过程的模拟。其次,针对机织布这种多孔介质的可渗透的特征,结合混合理论对液体在布料上的运动过程进行计算,结合该理论建立机织布多孔模型。以体积分数表示布料从未饱和到完全浸透的过程,引入自定义孔隙比例因子,并在湿润过程中计算孔隙部分对液体的吸收和滴落,展示不同织物紧度的丰富表现。再次,为了对机织布和液体交互过程进行具有真实性的模拟,分析液体在机织布上扩散行为的特征,针对经纬各向异性,将扩散分为纱内扩散和跨纱扩散,根据浓度差和经纬扩散系数进行计算,以得到可信的流体运动的微观表现,有效表现机织布湿润细节。最后,利用Unity3D游戏引擎和高级着色语言Cg设计并实现视觉可信的机织布湿润仿真系统,所有效果均为实时计算渲染得到。设计并实现了多组实验,实验结果分析对比表明:采用文中方法能仿真出视觉上可信的机织布湿润过程,具有较好的实时性。
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