计算机动画是计算机图形学中一个重要的分支,而布料、衣服等柔性可变形体又是计算机动画中的前沿研究热点。在电子游戏、电影特效、虚拟试衣等领域的强力推动下,不再是简单布料动画的模拟,而是服装的动态模拟。基于物理的服装动画能够逼真地再现衣服的运动变形效果,然而,随着真实感和实时性双重目标的提出,服装动画面临着新的挑战。由于基于物理的服装动画计算量大,难以满足实时性要求,导致基于物理的服装动画还未得到广泛的实际应用。本文对基于物理的服装动画进行了深入而广泛的研究和分析,总结出了服装动画的模拟流程,包括衣服建模、数值求解以及碰撞与自碰撞检测三大技术模块。具体的过程是:首先构建对象的物理模型,对物体的运动进行动力学分析,构建常微分方程,然后用数值积分器对该常微分方程进行数值求解,最后对物体实行碰撞与自碰撞检测。本文的主要工作和贡献如下:1.针对传统的质点-弹簧模型是基于四边形网格的问题,提出了在三角形网格中构建结构弹簧和弯曲弹簧的方案。2.提出了在位置约束的基础上采用基于高度信息的预处理算法,优化了位置约束法对弹簧的处理顺序敏感的问题。3.提出一种结合龙格-库塔法和Verlet积分法的改进算法,相比于传统的Verlet积分法,提高了算法的精度。4.提出了简化人体与衣服碰撞检测的思想,把人体部位用简单的几何体表示,即球体和柱体,简化人体与衣服的碰撞检测为球体碰撞检测和柱体碰撞检测,有效的提高了效率。5.提出了一种基于法向量锥和非穿透滤波器碰撞检测的改进算法,在基于非穿透滤波器的碰撞检测算法的基础上,可有效的剔除曲率小的、平坦的衣服区域。通过上述的工作,本文实现了基于物理的服装动画系统,并对实验结果进行了分析,达到了预期的目标。