基于弹簧—质点模型的服装模拟建模方法研究与实现

摘要

模型建立的好坏直接影响到最终的模拟效果和速度，在对服装布料建模的过程中涉及到网格剖分、受力分析、力学方程的建立、数值求解、超弹性约束等诸多因素，这些因素都对模型的建立有直接的影响。 首先，本文对三类常见的建模方法(几何方法、物理方法、综合方法)进行了分析比较，并归纳了建模过程中出现的主要问题。 其次，对建模过程中涉及的内容进行以下几方面的研究： (1)在网格剖分过程中，本文根据栅格法思想，对位缝合关系，采用了效率较高的经纬扫描线点填充算法进行网格剖分。 (2)对模型中的质点进行了详细的力学分析，并根据牛顿第二定律建立了服装布料模拟的动力学方程。 (3)在分析比较各种数值求解方法的基础上，采用了显欧拉公式对该模型进行了数值求解。 (4)对于在模拟过程中出现的超弹性问题，本文分析比较了几种常规解决方法的优缺点，同时将速度调整和位置调整结合起来，有效的解决了模拟过程中出现的超弹性现象。 (5)在接口问题上，本文分析介绍了作为接口文件的3DS文件及其数据格式。 最后，本文的模拟实验程序在 Microsoft Visual C++6.0集成环境中开发，三维图形渲染绘制与动画使用 OpenGL。在开发的过程中自始至终的贯彻了面向对象的思想，实现了基于弹簧-质点模型的服装布料建模，并为后续的碰撞检测、纹理映射、对位缝合等打下了良好的基础。

目录

文摘

英文文摘

声明

1绪论

1.1研究背景

1.2服装模拟典型的几类建模方法

1.2.1几何方法

1.2.2物理方法

1.2.3混合方法

1.2.4几类建模方法比较

1.3建模过程中存在的困难

1.4本文的主要内容及章节安排

2服装布料的信息获取及网格剖分

2.1衣服片数据信息的获取方法

2.1.1通过参数曲线来确定衣服片的外形轮廓线

2.1.2通过读取特定格式的文件来得到衣服片的数据信息

2.2构建衣服片外形轮廓线

2.2.1衣服片轮廓曲线的离散逼近

2.2.2边界处不规则点的修正

2.3网格剖分方法

2.3.1栅格法思想

2.3.2经纬扫描线点填充算法

2.4对位缝合

2.5网格剖分的具体步骤

2.6本章小结

3弹簧-质点模型的建立与受力分析

3.1弹簧-质点模型

3.1.1服装布料的机械物理特性

3.1.2弹簧-质点模型的建立

3.2弹簧-质点模型的受力分析和力学方程的建立

3.2.1弹簧-质点模型的内力分析

3.2.2弹簧-质点模型的外力分析

3.2.3弹簧-质点模型力学方程的建立

3.3本章小结

4力学方程的数值求解与超弹性约束

4.1力学方程的数值求解

4.1.1显式解法

4.1.2隐式解法

4.1.3时间性能分析

4.2利用显欧拉公式对弹簧-质点系统进行数值求解

4.3超弹性约束

4.3.1超弹性发生的原因

4.3.2约束超弹性现象的方法

4.4本章小结

5建模方法的实现

5.1开发环境

5.1.1 OpenGL简介

5.1.2 OpenGL的工作结构

5.1.3 OpenGL的功能及操作

5.2在实现过程中所建立的主要的数据结构

5.2.1 3DS文件读取的数据结构体

5.2.2建模中的数据结构体

5.2.3建模的实现流程

5.2.4部分模拟效果图

5.2.5实验结果分析

5.3本章小结

6结论

6.1本文总结

6.2今后的工作与展望

6.2.1现存研究的若干问题

6.2.2展望

致谢

参考文献

附录