基于改进的质点—弹簧模型的织物模拟

目前,织物模拟方法普遍存在实时性不高、真实感不强等问题.针对存在的超弹性现象,提出了改进的质点-弹簧模型.与传统的质点-弹簧模型相比,改进的模型增加了两个约束条件:轻杆和轻绳.实验表明该方法不仅有效地解决了现存的超弹性现象,而且模拟了织物撕裂现象,模拟效果更加真实.     

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.     

虚拟环境中的织物纹理映射算法

在织物动态模拟中，纹理映射是实现真实感的关键。该文采用了质点-弹簧模型进行建模，提出一种快速、实用的方法，把纹理空间中的三角形单元映射到景物空间中三角形单元上，并实现了反走样。实验结果表明，该算法达到了较好的实时性和真实感。     

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。     

基于改进弹簧质点模型的织物模拟算法

提出了一种基于改进弹簧质点模型的织物模拟算法。该算法首先引进刚性杆代替结构弹簧,对弹簧质点模型进行了改进。其次基于改进的弹簧质点模型,实现织物模型的建立。将织物看成是由分布均匀的质点组成,通过对模型中的质点进行受力分析,建立织物的力学方程。最后运用显式欧拉方程法对模型质点的空间位移进行数值求解,并在求解过程中运用动态约束算法改善超弹性问题。实验结果表明,提出的方法在确保织物模拟稳定和效率高的基础上,实现了对织物的高效模拟。     

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.     

柔性物体动态变形的实时仿真

在计算机动画和虚拟现实技术中,基于物理的建模方法是高真实感地模拟物体受力变形和运动的有效途径,用简化的质点-弹簧模型具有物理真实感地动态的模拟柔软物体变形过程.质点的运动满足拉格朗日运动方程,采用了微分方程组来表示质点的运动规律,同时还将一个简单的柔软物体碰撞处理方法应用在质点-弹簧模型中,实验结果表明该方法是简单有效的.     

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.     

真实软组织特性的肝脏组织物理建模及受力分析优化

为解决人软组织系统物理建模过程中存在的精确性与实时性之间的矛盾,选择典型的人体软组织——肝脏为实验对象,建立了一套满足实时性的复杂软组织物理建模方法.首先在基于表面模型的质点-弹簧系统基础上引入了体弹簧,采用能够满足体行为模拟的质点-弹簧模型;在质点质量分配方面,采用体离散化的方法完成了质点质量的确定,同时提出了基于层次包围盒的重心修正方法;在弹簧参数设定方面,通过真实软组织生物力学实验和参数分析,提出分段线性化弹簧参数设定方法;最后提出了作用力影响范围的受力优化分析方法,以提升变形仿真的速度.实验结果表明,该方法能够更好地模拟软组织的形变,并提高模拟仿真的实时性.     

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。     

Research problems in clothing simulation

Clothing simulation and animation are of great importance in computer animation. If cloth simulations could be improved to the point that they could generate realistic cloth motion in real-time, they would find uses in many aspects of daily life such as in fashion design and manufacturing. The area of cloth simulation and animation is full of technical challenges: creating more realistic results, achieving faster run-times, and developing methods capable of constructing and simulating more complex garments. This paper provides an overview of the key procedures involved in the creation of clothed characters, describes the current state-of-the-art techniques, and proposes the research problems that most require further study. Three technical aspects of cloth simulation are considered in this paper: garment construction, physically based simulation, and collision resolution.     

布料仿真技术在游戏中的设计和实现

近几年来,布料仿真技术广泛应用于游戏开发中,本文针对游戏在实时性和交互性方面的特殊需求,结合“网络游戏公共技术平台关键技术研究”项目,对布料的物理模型、模型求解以及碰撞检测和处理等方面进行了分析和设计,并在此基础上实现了几种布料动画的模拟。     

服装动态效果的仿真技术

真实性和实时性一直是服装动态效果仿真所追求的目标.为了对服装的动态效果进行真实的仿真,就必须对织物的所有主要参数进行精确的模拟,如弹力和粘力.实时服装动画的一个难点就是对服装褶皱的模拟,以及相应的碰撞检测问题.对服装动态效果仿真技术的现状进行了介绍,并对未来的发展提出了一些看法.     

基于角色几何碰撞体估计的实时服装仿真

提出了一种快速处理三维服装仿真中角色与服装碰撞的方法.该方法能够满足交互式实时仿真环境的需求.在预处理阶段,根据蒙皮动画的特点,将角色的几何形状以球和简化凸包等简单碰撞体进行估计.在实时模拟阶段,这些碰撞体跟随骨架运动并代替角色模型网格完成与虚拟服装之间的碰撞处理.此外,为了能够快速计算碰撞响应信息,该方法还利用外围映射机制进一步开发了相交测试的空间局部性.实验结果表明,应用该方法可以有效避免衣片与角色模型之间的相互穿透,同时大幅度地减少碰撞处理计算量.实时仿真系统对于复杂服装网格仍然保持了较高的模拟帧速率.     

一种基于混合模型的实时虚拟人服装动画方法

实时服装动画生成技术能够为三维虚拟角色实时地生成逼真的服装动态效果,在游戏娱乐、虚拟服装设计展示等领域有着广泛的应用前景.其难点在于如何建立服装动画计算模型,在实时计算的前提下获得最佳的服装动画生成效果.在对服装模型与人体模型在运动过程中发生的位置冲突(collision,也称碰撞)进行分析的基础上,研究并提出了一种基于混合模型的实时虚拟人服装动画计算模型.首先,根据服装动画样本数据中服装与人体发生位置冲突的信息,对服装与人体的运动相关性进行分析;在此基础上,提出并实现一种新的混合策略,将具有较好服装动态模拟效果的动力学计算模型与具有较高计算效率的几何变形方法进行混合,建立支持实时计算且效率可动态控制的服装动画计算模型.实验结果表明,该计算模型能够实时地生成具有较好视觉逼真性的服装动画.     

布料仿真建模研究进展

布料仿真一直是计算机动画中的研究热点与难点,对提高计算机动画质量以及用户体验具有重要意义,布料是一种非常经典的柔性材料物体,遍布于人们的日常生活中。虚拟世界中虚拟角色强烈的视觉真实感主要来源于逼真的虚拟人物的服装动画,这在很大程度上可以增强用户的体验感,在游戏娱乐、电影电视和动画制作等领域有着十分广泛的应用前景。布料仿真的质量与速度直接决定了计算机动画的整体水平,而布料的模拟水平则起着至关重要的作用。随着计算机软硬件的不断发展和计算机动画市场需求的提高,对布料仿真建模方法的研究受到越来越多的关注,布料仿真建模方法也因此有了较大发展。本文通过回顾布料仿真建模方法的相关工作,对国内外方法的研究进展进行综述,从布料仿真中数值积分方法的改进、多分辨率网格的改进和机器学习方法的使用等方面对布料仿真方法的发展进行简要阐述,并根据不同方法在布料模拟应用上的特性,对几大类改进方法进行了相应的总结与展望。同时选取几种算法进行对比,并给出建议。     

织物动态仿真中改进的粒子模型

针对三维织物动态仿真中存在的超弹性现象,考虑到织物的高度非线性材料性能,提出了一种改进的粒子模型。该模型内力表达式中不仅考虑了材料线性刚度的作用,而且增加了非线性项作用,使所建立的模型更加符合织物的物理特性。在外力计算方面,考虑了实际风力作用下粒子间存在的遮挡情况,并给出了相应的风力计算算法。仿真研究表明,该改进模型能较好地反映织物的力学性能,所获得模拟结果也更加真实。     

Realistic and stable animation of cloth

Researchers have proposed various techniques for cloth simulation in the last decades. The crucial problem in interactive animation for cloth is how to speed up simulation with a stable system. In this paper, we describe a realistic and stable scheme for cloth simulation based on mass‐spring system. This scheme modifies semi‐implicit integration used in cloth simulation system with an efficient damping method. Semi‐implicit integration methods have been widely used in dynamic simulation because of acceptable speed and stability. However, internal damping forces are generated with respect to rotational rigid motions, which are only depending on relative velocities. Undesirable change in global movement of dynamic cloth could result in damping artifact. We replace the internal damping forces with an optimal damping method which is based on iterative spring damping but the limit can be computed directly. The method provides simple damping parameter estimation and guarantees conservation of global movement. As a result, complex clothes can be realistically and stably simulated in real time. Copyright © 2015 John Wiley & Sons, Ltd.     

一种有效的隐式约束动力学布料动画方法

布料动画中,通常采用施加约束的方式限制布料的过度拉伸.已有的研究工作没有充分考虑拉伸约束与弯曲形变之间的关系,构造的动画模型并不完善,无法模拟布料无拉伸而多褶皱的"刚柔"相混的复杂变形效果.针对此问题,提出一种基于隐式约束力的布料动画方法.首先,建立有效的布料弯曲受力模型,并提出一种动态适应性约束方法,能够同时处理布料运动过程中结构和剪切2种不同类型的拉伸,避免单一结构拉伸约束导致的"过剪切"变形或者过约束导致的"刚性"失真效果;建立碰撞约束,避免局部调整穿透质点引起的过度拉伸问题.其次,将各种约束以隐式约束力的形式增加到动力学系统中,采用约束型迭代精化的方法进行求解.实验结果表明,该方法稳定有效,能够在保持布料弯曲形变的前提下,将拉伸控制在合理范围内,真实地刻画布料"易弯抗拉"的变形特征,实现逼真的布料变形动画模拟.