三维虚拟服装缝合技术研究

讨论三维计算机辅助服装设计系统中二维衣片转换为三维服装的有关技术问题。针对实现三维场景中服装的缝制及再现服装穿着的真实效果进行了深入研究。对于二维服装衣片的离散问题，提出基于正则栅格法思想的四边域网格剖分算法，界定了对位缝合和褶皱缝合的新概念，通过相应的边界调整方案解决了复杂服装的缝制问题；在缝合模拟过程中，分析衣片缝合前后缝合力的作用，并给出不同阶段的约束处理方法；最后针对服装同人模之间的碰撞，提出一个基于层次剖分法、融合包围盒检测技术特点有碰撞检测加速算法。这些技术均在三维虚拟服装缝制模拟系统中得以验证。     

三维服装物理-几何实时混合模拟

为了获得服装模拟的实时性和真实感效果,提出一种融合几何变形方法和物理变形方法的服装模拟混合计算模型.通过分析服装-人体动态间隙量和服装局部细节复杂度,构造服装区域划分因子;根据区域划分因子将三维服装模型划分为紧身层、浮贴层和宽松层,其中紧身层和浮贴层的变形计算分别采用蒙皮模型和近刚性模型来保证服装模拟的实时计算效率,宽松层采用具备较好服装动态模拟效果的物理模型;最后对不同的计算模型分别实施相应的碰撞处理方法.实验结果表明,文中方法能够获得较为真实高效的三维服装实时模拟结果.     

化学混沌与BZ反应的细观元胞自动机模拟

将所提出的细观元胞自动要应用于化学混沌与ＢＺ反应的计算机模拟,分别制定了８组分和５组分系统中粒子随机运动和反应碰撞的演化规则,建立了Ｗｉｌｌａｍｏｗｓｋｉ－Ｒｏｓｓｌｅｒ化学混沌与Ｂｅｌｏｕｓｏｖ－Ｚｈａｌｂｏｔｉｎｓｋｉ反应的二维元胞自动机模型,并在计算机上对它们进行了成功地动态模拟。     

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.     

机器人C-空间障碍边界建模与无碰路径规划

基于机器人与障碍实体的实际碰撞关系，通过对Ｃ－空间障碍的特性分析，定义了临界碰撞关节角，提出了基于临界碰撞关节角的Ｃ－空间障碍边界建模方法．该方法计算量小，可直接同机器人动态仿真模型相联，便于系统集成．路径搜索利用改进的Ａ＊算法，采用动态变步长并进行目标可见性测试，提高了搜索效率，并利用全局路径优化算法对路径进行了优化．仿真结果表明本文提出的算法对静态结构化环境下机器人操作机的路径规划是切实有效的．     

离散事件动态系统的D－B动机模型

首先引入Ｄ－子集和Ｄ－语言的概念，在此基础上给出了一类离散事件动态系统的一般形式化表述──Ｄ－自动机模型，并讨论了受控系统的动态行为．最后研究了系统的状态可达性问题．     

集成化服装工艺设计系统CAPP—G

为服装ＣＩＭＳ应用工厂开发的集成化计算机辅助服装工艺设计ＣＡＰＰ－Ｇ，以专家系统为核心，按照并行工程的思想，可根据车间设备的实际状况，动态生成服装缝制工艺，且与服装柔性生产系统实现了集成。     

通用三维服装模型的强约束动态仿真方法

随着三维游戏和虚拟试衣要求的不断提高,服装仿真已经从布料模拟向服装动态模拟的方向发展,具有真实性、实时性、通用性与交互性的服装仿真技术有很强的研究和实用价值。针对目前算法研究中普遍存在的实时性与通用性不足,提出了一种针对任意三维服装模型的实时仿真方法,将模型顶点和三角面映射为质点的弹簧模型,以克服传统的布料解算器对三维模型的网格限制。利用简便易行的Verlet积分器提高运算效率,并对质点间的形变进行强约束补偿,防止过拉伸(超弹)现象的发生,提高了系统的稳定性。通过实验验证了算法的高效性和可靠性,并可方便地以插件或模块形式与其它软件整合。     

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.     

纳米碳管的若干动力学问题

以单壁纳米碳管为例,建立了其分子动力学模型,并对(5,5)和(10,10)扶手椅型纳米碳管与刚性壁的正碰撞过程和简谐纵波传播过程进行了模拟.在此基础上,探讨如何用弹性杆模型来研究纳米碳管的动力学问题。研究表明,弹性杆模型可以描述单壁扶手椅型纳米碳管与刚性壁高速碰撞的动力学行为;对于纵波传播中的色散描述,则需在弹性杆模型中计入纳米碳管微结构引起的非局部弹性效应.     

三维服装仿真中的"服装-人体"快速冲突检测及响应算法

维胆装仿真可以为三维人体动画生成逼真的服装动态效果，但其中的冲突检测与仿真计算的时间复杂度太高，其实用性一直受到很大限制．提出了一种快速的“服装-人体”冲突检测友响应算法，在人体运动状态下，快速检测服装与人体之间的位置冲突，其时间复杂度仅为O（n）（n为服装模型上的顶点数目）．在此基础上，提出一种合理有效的冲突响应机制，并实现快速稳定的三维服装仿真，取得了真实的仿真结果．     

碰撞检测在虚拟心脏介入手术中的应用

虚拟手术系统是虚拟现实技术在现代医学的重要应用。碰撞检测是虚拟手术系统的基础问题。基于心脏介入手术中碰撞的特点,提出了结合空间分解和包围盒层次的混合碰撞检测算法。它能够满足虚拟心脏介入手术系统中对碰撞检测的实时性要求。该算法对被检测对象形变引起的更新不敏感,具有天然的解决可变形对象间碰撞检测的能力。     

3D格斗游戏中碰撞检测技术的研究和实现

认真分析了3D游戏软件制作中动态物体之间的碰撞检测方法,重点讨论了基于骨骼系统和蒙皮技术创建的3D格斗游戏人物模型之间的碰撞检测技术。提出了由骨骼系统创建人物碰撞模型,并基于新的碰撞模型实现了碰撞检测方法。实验和分析均表明,该方法在碰撞检测中便于确定人物身体部位且效率高,有很好的理论意义和应用推广价值。     

基于SPH方法的流体粒子与软体碰撞检测

针对虚拟手术系统中流血粒子与软组织器官碰撞检测的问题进行了研究.虚拟手术中流血与软体器官组织进行碰撞检测不同于传统的刚体或者软体之间的碰撞检测,流血模型的拓扑结构变化较大,传统方法通过更新拓扑结构来进行碰撞检测的方法不能够保证碰撞检测的实时性和准确性.提出一种基于空间划分的流血粒子与软体碰撞检测算法,能够处理基于光滑粒子流体动力学（Smoothed Particle Hydrodynamics,SPH）模拟的流体与任意动力学模型模拟的软体之间的碰撞检测.同时,提出了对SPH算法进行最近相邻粒子搜索过程中建立起的均匀空间网格进行重复利用,使空间网格用于碰撞检测的空间划分与流体粒子的定位,从而减少了时间和空间资源的重复消耗.实验结果表明,该算法能够满足虚拟手术中流血粒子与软体之间的碰撞检测对精确性和实时性的要求.     

虚拟物体间碰撞检测系统的设计

X3D是开放式的基于WEB的虚拟现实3D标准,是XML和VRML集成应用技术。首先介绍了X3D的碰撞检测的模型;其次描述了碰撞检测算法;通过X3D规范中提供的可扩展的插件机制,提出了一种用于X3D的碰撞检测系统的结构,通过测试该系统,它能够在具有大量的运动物体的环境中进行较为准确的碰撞检测,实时性和健壮性也基本上达到应用的要求。     

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。     

服装参数化设计中的碰撞检测技术研究

服装参数化设计中的碰撞检测属于静态碰撞检测,具有精确性和实时性的要求,服装约束系统的有效性也需要维护。将服装参数化模型分为4个层次,针对各个层次提出不同的碰撞检测要求。碰撞检测对约束求解产生影响,通过改变约束求解顺序或改变约束链,达到对约束系统有效性的维护。分片构建具有统一拓扑结构的服装初始网格曲面,利用分片细分技术构造服装显示网格曲面,通过对显示曲面的碰撞检测来提高碰撞检测精度,相应地依赖于显示曲面的服装款式切割线,也需要映射到服装初始网格曲面上。服装曲面细分碰撞对速度产生影响,利用分片分区技术并综合多种方法提高碰撞检测速度。对服装曲面的自碰撞检测和具有约束的碰撞精确反应,也给出了多种解决方法。实例表明,本文的算法是健壮和有效的,并在开发的服装3维设计系统中得到应用。     

虚拟维修中表面间碰撞检测问题研究

基于几何约束的虚拟样机中,表面间的碰撞检测是实现维修操作的必要条件.目前有一些公用的碰撞检测工具包,但这些碰撞检测工具包一般支持多面片模型,并没有利用CAD模型中的表面信息,无法确定发生碰撞的表面.该文针对虚拟维修操作的特点,提出了一种新的场景图数据结构.在该场景图下采用表面-三角面片映射和表面-对象映射,在通用的碰撞检测工具包的基础上实现表面间的碰撞检测.最后,描述了约束管理系统的结构,利用该系统可对碰撞检测系统中发生碰撞的表面进行约束识别和求解,从而有效地支持虚拟维修中的装配和拆卸操作.     

基于Vega的虚拟现实系统漫游引擎

分析虚拟现实系统漫游引擎的设计与实现，提出基于Vega的视点与场景的碰撞检测算法，讨论用鼠标和键盘控制虚拟场景的带碰撞检测的漫游引擎，并把该漫游引擎应用到虚拟校园漫游系统的开发，取得预期的效果．     

Java 3D中运动物体间碰撞检测的研究

碰撞检测是虚拟制造中重要的课题之一,文章针对Java3D对三维物体碰撞检测支持的局限性,通过扩展Java3D的功能,构造了一种碰撞检测系统,采用了二叉树层次球模型来表示实体,对运动物体间进行碰撞检测,满足了可靠性和时间的连续性,较好地适应复杂环境的碰撞检测的需求。