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。     

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。     

纺织面料的质点-弹簧三维模型研究

在建立质点-弹簧模型的基础上,借助于Visual C 与OpenGL开发工具,通过受力分析得到织物变形的动力学方程,实现了织物变形仿真.     

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。     

几种数值积分算法在织物仿真中的应用研究

现有的仿真技术可以分为刚性物体的仿真和柔性物体的仿真两大类,织物是典型的柔性物体.在质点-弹簧模型的基础上,根据牛顿经典力学理论建立布料仿真的动力学方程,对几种常用数值积分方法进行了系统的研究.最后通过编程实验对比不同方法各自的优缺点,得出了根据织物仿真系统的具体要求选择合适的积分算法的结论.     

基于质点-弹簧模型的布料仿真研究

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.全面介绍了质点-弹簧模型的织物变形仿真技术,精确构建了织物的力学模型,并对几种不同的显性数值积分方法进行了详细比较,尤其是用RK-4方法对微分方程求解大大提高了解的稳定性.在此基础上,针对质点-弹簧模型在应用中存在过度拉伸的问题,指出了传统方法处理这个问题的缺陷,构造约束变形,合理解决了"超弹性"问题.此织物变形仿真技术已经应用于实际的织物动画仿真软件中,实践证明其仿真技术具有实用性和先进性.     

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.     

动态织物与复杂模型的快速碰撞检测方法

柔性物体因为自身的物理机械性能非常复杂,并且材料的多样性、结构的复杂性、形状的不规则性都给柔性物体的造型和运动仿真带来了很大的困难。该文中,选择常见的柔性物体织物为研究对象,以质点-弹簧模型为织物结构模型,提出了一种利用OpenGL的选择模式,快速获得织物模型上所有质点到多面体模型最短距离,从而实现织物与复杂模型之间碰撞检测的方法,该方法充分利用了图形卡硬件的管道渲染功能,可以应用于织物对任意三维多面体模型间的距离测定及碰撞检测,具有较高的通用性。     

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。     

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。     

Continuum-based Strain Limiting

We present Continuum-based Strain Limiting (CSL) – a new method for limiting deformations in physically-based cloth simulations. Despite recent developments for nearly inextensible materials, the efficient simulation of general biphasic textiles and their anisotropic behavior remains challenging. Many approaches use soft materials and enforce limits on edge elongations, leading to discretization-dependent behavior. Moreover, they offer no explicit control over shearing and stretching unless specifically aligned meshes are used. Based on a continuum deformation measure, our method allows accurate control over all strain components using individual thresholds. We impose deformation limits element-wise and cast the problem as a 6×6 system of linear equations. CSL can be combined with any cloth simulator and, as a velocity filter, integrates seamlessly into standard collision handling.     

布料上污渍效果的真实感模拟

布料上的污渍效果是计算机游戏和影视制作中有待模拟的细节之一.提出一种基于物理的布料上污渍效果的真实感模拟的方法--采用多层模型对布料进行建模.对于污渍在布料上的渗透和扩散运动,提出了NSEAM(Navier-Stokes equations for anisotropie media)模型,它可以模拟污渍和布料之间的相互作用,如扩散作用、蒸发作用、渗透作用等.最后,采用硬件加速的方法对上述过程进行了真实感绘制.实验结果表明,文中方法可以生成不同结构的布料上较为逼真的污渍效果,其绘制效果令人满意.     

基于IMEX的织物动态仿真的近似解法

织物在空间运动的刚性特征始终是困扰织物动态仿真的难题．显式方法简单灵活，易于实现，但受稳定因素影响，无法实现具有刚性特征的织物动态模拟；隐式方法稳定性好，却忽略了非线性因素，而且计算复杂，直接影响到仿真的最终结果和实际效率．针对这一问题，提出了基于隐式一显式的近似解法，该方案从系统受力形变的非线性特征出发，将质点受力分为线性和非线性两部分，线性部分采用隐式解法，非线性部分利用显式解法，线性方程组的求解则运用近似解法．实验结果表明，该方法兼具两种方法的优点，既保留了隐式方法的稳定性，又充分利用了显式方法的简易性处理非线性特征，从而从真正意义上解决织物仿真中的刚性问题．     

Collision avoidance in cloth animation

For cloth modeling and animation, we use a physically based model to simulate the dynamic formation of folds, pleats, and wrinkles and the final static appearance of cloth draped over a rigid object. To simulate the behavior of the cloth and its final static appearance on the model, we propose a new collision and self-collision avoidance method to prevent penetration between the cloth and rigid objects and between parts of the cloth. At each time step, we enforce constraints over those grid points about to penetrate other objects. Our method is easier and more robust than conventional methods at representing interaction between the cloth and various objects.     

隐式积分方法在服装仿真系统中的应用

一般的服装仿真系统都采用普通积分方法为系统建模。常为保证系统的稳定性又不得不采用较小的采样时间间隔 ,这样使系统在仿真过程中要处理大量的数据。该文向大家介绍一种应用于仿真系统的新的积分方法———隐式积分法 ,它既保证系统稳定性 ,又可以采用较大采样间隔 ,然后通过对布片的受力分析 ,解释该方法的具体应用。     

基于可变积分步长的布料仿真

在布料仿真中,积分步长的大小直接影响仿真的效率和稳定性,因此采用较为常用的弹簧—质点系统建模,利用中点积分方法模拟布料的动态过程。在发生碰撞时,采用可变积分步长的方法提高系统的稳定性。实验表明,该方法在不影响仿真效率的情况下,提高了仿真的稳定性。     

Mass-Spring Simulation using Adaptive Non-Active Points

This paper introduces an adaptive component to a mass-spring system as used in the modelling of cloth for computer animation. The new method introduces non-active points to the model which can adapt the shape of the cloth at inaccuracies. This improves on conventional uniform mass-spring systems by producing more visually pleasing results when simulating the drape of cloth over irregular objects. The computational cost of simulation is decreased by reducing the complexity of collision handling and enabling the use of coarser mass-spring networks.