基于自适应网格的虚拟服装仿真技术研究

摘要

本文分析了基于自适应网格的服装仿真的基本步骤，包括布料造型、运动控制、碰撞检测与响应处理等，研究了基于三角形网格的局部自适应细分与合并方法，是对虚拟服装仿真技术的总结和概括。主要工作和创新点包括以下几个方面： 1.比较分析了用于布料造型的几何法、物理法以及混合法各自的优缺点，在此基础上提出了改进的弹簧一质点模型，并根据牛顿力学理论统一建立了布料仿真的动力学方程，分析、给出了方程中质点所受内力和外力的组成与表达式。改进的弹簧一质点模型克服了原有模型对织物材料性能表达单一的缺点，将不同的弹簧与织物的不同性能对应起来，并根据弹簧种类和形变情况对弹簧赋予不同的弹性强度，有效提高了仿真的真实感效果。 2.分析了当前碰撞检测与响应的经典方法，并从多方面改进了基于k-DOPs层次包围盒的碰撞检测方法，开发了适合织物模型的碰撞检测与响应机制。引入膨胀包围盒的概念，能够较早发现潜在碰撞，实现了预检测，进一步避免了穿透发生；另一方面，改进了包围盒和层次树的更新算法，优化了原有的碰撞检测算法。同时，引入表面曲率准则及法向量锥的概念，提高了自碰撞检测效率。 3.为了在较短的计算时间内实现真实的服装仿真、体现布料的复杂表面性，提出了一种适合布料仿真的动态自适应三角形网格，并采用平主根3-细化方法自下而上地进行局部自适应细化。细化层次树实时构建，不需要预计算和存储，节省了系统空间。采用曲率标准作为局部网格细化和合并的衡量准则，并较好处理了裂缝、边界问题。 4.本文的仿真程序在：Microsoft Visual Studio.NET 集成环境中开发，使用DirectX渲染引擎来实现图形绘制和动画演示。最终实现的系统界面友好、仿真效果比较逼真，生成画面的真实感比较满意。

目录

文摘

英文文摘

第一章绪论

1.1论文的研究背景

1.2国内外研究的现状

1.3论文研究目的和意义

1.4论文内容安排

第二章布料物理模型的建立

2.1布料的物理机械特性

2.2布料的造型方法

2.3弹簧-质点模型的建立

2.4弹簧-质点系统的力学模型

2.4.1内力

2.4.2外力

2.4.3整个系统受力分析

第三章模型求解方法

3.1数值积分方法简介

3.2显式欧拉方法及改进

3.3用显式欧拉方法进行数值求解

第四章布料碰撞检测与响应

4.1经典碰撞检测算法

4.2 k-DOPs包围盒

4.2.1 k-DOPs(Discrete Orientation Polytopes)的定义

4.2.2膨胀k-DOPs包围盒

4.2.3有向膨胀k-DOPs包围盒

4.3 k-DOPs包围盒树

4.3.1包围盒树的层次结构

4.3.2树的度

4.3.3包围盒树的构造方法

4.3.4节点分割

4.3.5包围盒树的更新

4.4法向量锥

4.5基于k-DOPs的碰撞检测过程

4.5.1服装/人模碰撞检测

4.5.2服装自碰撞检测

4.6碰撞响应

第五章布料网格局部自适应化处理

5.1自适应网格

5.2基于三角形网格的自适应化处理

5.2.1层次树数据结构

5.2.2√___3-细化规则

5.2.3合并过程

5.2.4物理属性的变化

5.2.5裂缝

5.2.6边界

5.2.7匹配网格

第六章虚拟服装仿真系统的实现

6.1DirectX简介

6.2系统实现流程

6.3结果分析

第七章总结与展望

7.1论文工作总结

7.2未来工作展望

参考文献

读研期间参加的科研项目及完成的学术论文

1.参加的科研项目

2.完成的学术论文

致谢

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