基于改进的弹簧-质点模型的三维服装模拟

针对三维服装造型与效果仿真中存在的模型复杂、模拟效率低、忽略服装的结构特征等问题,提出了改进的弹簧-质点模型.利用该模型统一建立了2D→3D映射和服装真实感模拟方程,给出方程中质点所受内力和外力的组成与表达式以及动态系统的推导和求解过程,并且描述了模拟的具体实现算法.改进的弹簧-质点模型克服了原有模型对服装织物的材料性能表达单一的缺点,考虑了拉伸、剪切、弯曲等力学性能以及省/褶等结构因素对服装外观的影响,实现了较复杂的服装外型.通过从效率与效果两个方面与其他模拟系统进行比较,发现该技术的模拟效率较高而且模拟结果较为真实.该模拟技术已经在服装企业推广应用,用户反映良好.     

基于简化的质点弹簧模型的布料模拟

首先运用质点弹簧系统建立布料的面模型,针对布料模拟中经典的质点弹簧模型效率不高的问题,提出了简化的质点弹簧模型,通过减少弹簧的数量来简化模型提高效率;为提高数值求解的计算效率,用显式欧拉法对模型进行数值求解;针对模拟过程中存在过度拉伸的问题,通过构造约束变形进行了合理解决,选用层次包围盒法对布料进行碰撞检测;最后在确保模拟的稳定性的基础上,高效.逼真的模拟出了布料.     

基于简化的质点-弹簧模型织物变形仿真研究

研究织物变形特定性优化问题,针对织物形状动态改变提出了一种基于物理模型方法仿真织物变形,对织物采用质点-弹簧模型进行建模,解决织物变形在实际中的真实特用性,对质点-弹簧模型作了简化,即在模型中减少一部分剪切弹簧.在求解模型中,采用简单的显式欧拉积分法来求解织物的变形方程.同时对织物与环境之间进行了碰撞检测与处理.仿真结果表明,设计的模型稳定性和实时性好,为实际实现提供了参考.     

三维织物动感模拟及碰撞检测方法研究

基于质点-弹簧模型建立织物的物理模型，采用中值积分法对微分方程进行积分以取得更高的模拟精度。碰撞检测是织物仿真中的重点之一，使用了基于AABB的层次包围盒树来实现快速的碰撞检测，达到了动感实时的织物模拟效果。     

虚拟肩关节镜手术中软组织形变的模拟

为实现虚拟肩关节镜手术中软组织的形变模拟,提出一种改进的质点-弹簧模型.通过自适应采样及K阶最邻近节点快速查询算法,建立表面质点密度高而中心质点密度低的拓扑结构模型,在传统质点-弹簧形变模型的基础上,增加防止弹簧翻转的复原力,采用计算统一设备构架实现图形处理器的加速.模拟结果表明,该模型能够实现较真实的形变模拟.     

织物动感模拟的研究与实现

织物的动感模拟是虚拟现实、计算机动画以及3D游戏等领域中的一个热点问题。为了实现织物动感模拟的实时性和真实感,选用质点-弹簧模型进行物理建模。然而,质点-弹簧模型在应用中存在过度拉伸的问题,针对这个现象进行了处理,提出采用平滑过度的方法来解决此类问题。同时,提出了一种风力模拟算法,简化了运算,增强了织物在风中运动的显示效果。实验证明,这些方法使织物动感模拟达到了较强的实时性和真实感。     

基于改进弹簧振子模型的软组织形变仿真

研究虚拟手术中软组织形变的特定性优化问题。传统弹簧振子模型由于采用线弹力方程及显示欧拉积分法求解,导致的真实性低、计算复杂、实时性差的问题。为解决形变动特性问题,提出一种改进弹簧振子模型的形变方法,采用四面体网格弹簧振子模型进行建模,并通过定义质点间弹簧的非线性弹力方程以及作用于质点的体积力方程,来减弱超弹性现象的发生,提高真实性。模型求解时,采用一种改进显式欧拉积分的动态局部算法来求解形变方程。实验结果表明,所提算法提高了形变仿真的真实性、实时性和稳定性,可为软组织形变动态仿真系统的设计提供参考。     

虚拟手术仿真中人体软组织形变技术的研究

对虚拟手术仿真中人体软组织形变技术进行深入研究,利用OpenGL三维图形标准建立了基于质点-弹簧物理模型的虚拟人体软组织形变系统。围绕虚拟手术仿真中人体软组织形变的逼真度和实时性两大要素展开研究,通过对比四边形网格结构提出了改进的基于质点-弹簧模型的正六边形几何拓扑结构,并对软组织形变动力学模型及其数值积分算法、软组织形变力反馈计算模型进行了讨论,针对以往的虚拟手术器械与软组织表面接触时作用点的最近邻质点求取算法存在的不足,提出了改进的求取算法。实验结果表明,改进的算法在模拟软组织形变时具有较好的稳定性和实时性。     

基于质点-弹簧模型碰撞检测算法的改进

碰撞检测技术在织物的模拟等方面中有着广泛的应用.在采用质点-弹簧模型对柔性表面进行建模,对网格曲面进行三角划分后,为环境中的物体建立各自的方向包围盒(OBB).用改进的碰撞检测和自碰撞检测算法对柔性织物及其所处三维空间中的物体进行处理,提高了柔性织物动态仿真的速度.     

基于虚拟环境中织物碰撞检测仿真研究

研究织物碰撞检测真实性问题.碰撞检测应体现织物碰撞真实性.织物仿真方法普遍存在实时性不高、真实感不强等问题.针对传统的质点-弹簧模型容易产生超弹性现象,特别是在织物动感仿真中,为了实现真实性和快速性,提出了一种改进型的建模方法.先采用质点弹簧的方法对织物进行建模.首先对织物采用质点弹簧建模,然后采用混合层次包围盒的碰撞检测算法进行碰撞检测,对检测到得碰撞加以响应,用改进算法建模简单,充分利用包围球计算简单和紧密性好的优点来构建物体的混合层次包围盒结构.仿真结果表明,算法是有效可行的,提高了实时性和鲁棒性,性能优于传统碰撞检测算法,并实现了较强的真实感.     

基于弹簧质点模型的二维/三维映射算法*

提出了一种用于服装设计的二维/三维映射算法.该算法基于弹簧质点变形模型,服装裁剪片二维到三维映射及三维到二维映射可以在该模型中得到统一的实现.在服装裁剪片二维到三维的映射过程中,二维裁剪片被放置在人体模型附近的初始位置,在缝合力的作用下,裁剪片自动变形并缝合到人体模型上.在服装裁剪片三维到二维映射的过程中,三维裁剪片被初始映射到指定的平面内,在弹性变形力的作用下,逐步变形并得到最终的二维裁剪片.在进行服装裁剪片二维到三维映射的过程中,考虑了干涉检验的问题.     

应用改进的弹簧质点模型进行图像滤波的算法

为了克服单一使用中值滤波方法去除脉冲噪声会造成图像细节信息丢失的缺陷,提出一种基于弹簧质点模型检测的迭代中值滤波算法.首先将被检测点作为中心点,其周围8个方向的像素点对该中心点的拉力组成一个平面内的弹簧质点模型,根据弹簧质点模型的稳定条件,即平面汇交力系的平衡原理来检测像素点是否为噪声点;然后通过迭代方法,只用信号点来修改噪声点的像素值.实验结果表明,与传统的滤波算法相比,文中算法可以更有效地去除图像中的脉冲噪声并且保留原图像的细节.     

基于弹簧-质点模型曲面展开的改进算法

为了提高现有弹簧-质点模型曲面展开算法的速度和稳定性,提出了自适应时间步长方法.通过计算模型中各质点的惩罚力,实现了三角片翻转区域的整体调整;同时结合了考虑初速度和忽略初速度2种方法的优点;最后对一些参数的计算方法做了改进.实验结果表明,该算法能够有效地消除初始展开及优化过程中出现的翻转三角片,提高了复杂曲面的展开质量.     

基于自适应Runge-Kutta法的织物动态模拟

运动微分方程的数值求解，是实现基于物理模型的织物仿真的技术关键。针对具有高精度要求的织物动态仿真，提出利用显式Runge-Kutta高阶方法解决仿真过程中运动微分方程的求解问题，并采用内嵌的Cash-Karp计算格式，从自动调整步长和控制精度两方面优化算法。实验证明，基于内嵌的Runge-Kutta自适应法精度高，易实现，具备良好的稳定性，并可直接获取误差，自动调整步长确保精度，使系统的求解效率得以进一步提高。     

一种新的基于改进弹簧质点模型的图像边缘检测方法*

针对传统边缘检测算法不能准确定位图像的边缘和检测出的图像边缘连续性较差的不足,在基于改进 的弹簧质点模型基础上提出一种新的、简单和有效的图像边缘检测算法。在该算法中,将被检测的像素点作为中心点,其周围八个方向的像素点对该中心点的弹簧拉力组成一个平面内的弹簧质点模型。根据胡克定律,可以计算出作用在中心点上的合力大小,如果作用在中心点上合力大小超过设定的阈值, 则认为该中心点为边缘上的点。实验结果表明,提出的算法能够有效地克服传统算法的不足,而且具有一定的噪声滤波效果。     

融合神经网络的布料碰撞检测算法

目的 针对当前在虚拟环境中布料柔体碰撞检测效率慢和准确性低的问题,提出一种根节点双层包围盒树结构和融合OpenNN （open neural networks library）神经网络加速预测碰撞检测的算法。方法 首先改进了碰撞检测常用的包围盒技术,提出根节点双层包围盒算法,减少包围盒的构造时间。其次使用神经网络优化碰撞检测技术,利用神经网络可以处理大量数据的优势,每次可以检测大量基本图元是否发生碰撞,解决了碰撞检测计算复杂性高的问题。最后准确地找到碰撞粒子并做出碰撞响应。结果 在相同的复杂布料模型情况下,根节点双层包围盒算法在运行速度上比传统混合包围盒算法快,耗时缩减了5.51%~11.32%。基于OpenNN算法的总耗时比根节点双层包围盒缩减了11.70%,比融合DNN （deep neural network）的自碰撞检测算法减少了6.62%。随着碰撞检测难度的增大,当布料模型的精度增加84%时,传统物理碰撞检测方法用时增加96%,融合DNN的自碰撞检测算法用时增加90.11%,而本文基于神经网络的算法用时仅增加了68.37%,同时表现出更高的稳定性,满足使用者对实时性的要求。结论 对于模拟场景中简单模型的碰撞,本文提出的根节点双层包围盒算法比传统的包围盒方法耗时短。对于复杂模型,基于OpenNN神经网络的碰撞检测算法在效率上优于传统的包围盒算法和融合DNN的自碰撞检查算法,而且模拟效果的准确性也得以保证,是一种高效的碰撞检测方法。     

基于质点约束算法的窗帘动态模拟

针对传统质点位置修正方法在处理超弹性现象时的布料抖动问题,提出一种基于质点—弹簧模型的质点约束方法。在每次迭代中只对拉伸最长的弹簧进行位置修正,其余过度拉伸的弹簧只作质点速度调整。算法以窗帘动态模拟为例,快速逼真地模拟了窗帘在外力作用下的飘动效果。实验结果表明,该方法能够抑制超弹性现象的发生,并能有效地避免布料不切实际的抖动,具有较强的稳定性。     

带阴影布料的实时模拟

介绍了如何使用弹簧-质点系统对布料进行模拟,虽然该方法速度较快,但是会出现数值计算不稳定的现象。该文提出了隐欧拉方法,结合shadow volume算法,解决了柔软物体的实时阴影生成问题。该方法运行速度较快,生成的阴影边缘齐整,视觉效果较好。     

纤维可控的质感布料三维建模与服装仿真

传统布料和服装动态仿真主要通过网格模型进行模拟,并通过光照、材质和颜色设置进行渲染,布料与服装质感效果通常不能体现.本文提出一种新的基于纤维的质感布料建模与服装仿真算法.首先使用集合球约束粒子扰动的方法模拟纤维轮廓,然后根据纱线加捻的动力学和运动学原理模拟基于纤维的纱线构造方法,接着将纱线经纬编织组织结构与弹簧-质点模型结合起来,构造基于纤维块的织物布料模型,最后通过建立人体混合层次包围盒进行快速碰撞检测,实现由质感布料生成的服装动态仿真.实验结果验证了该方法可靠,有效,生成的布料能体现织物外观纤维级别的细节,对应的服装几何纹理和质感效果得到增强.     

动力学修正的柔性体复合变形算法

传统柔性体变形算法存在动力学仿真不足的问题,为此,提出一种基于物理意义的复合变形算法.使用填充球模型丰富柔性体的动力学性质,解耦模型的局部变形和整体变形.柔性体外表面采用弹簧-质点模型,通过虚拟力的分层渲染,增强操作者的触觉感受.同时采用Shape Matching算法对模型的重心位置进行修正,解决由局部向全局传递形变...