基于OpenGL的织物仿真及交互性研究

摘要

时代在进步技术在提高，随着计算机硬件性能不断改进，计算量较大的基于物理模型的织物仿真研究取得了进一步地发展。如今广泛应用于电子商务、虚拟现实、服装CAD（Computer Aided Design）设计、虚拟展示、动漫娱乐等各个方面。实际生活中织物是作为人的附属品而存在的，传统织物仿真过程中对人与织物地交互性研究较少或比较简单，本文基于这个问题就布料和服装两部分内容进行了相关研究。对于布料仿真，首先基于质点-弹簧模型构建布料的物理仿真模型。然后对质点进行受力分析，包括弹簧力、重力、风力等，求出合力。最后利用显式欧拉法进行单步数值积分求解质点的速度和位置。为了防止多个对象参与仿真时发生穿透现象，加入了碰撞检测与响应。
　　对于服装仿真，首先在CAD软件中构建线形衣片轮廓，并读入到系统中。然后求出衣片轮廓包围盒并进行均匀布点，在去除轮廓外的点后采用Bowyer-Watson算法进行三角剖分。再之后添加结构弹簧、剪切弹簧及缝合弹簧，经受力分析后求出各质点所受的合力。最后导入人体模型并构造椭球包围盒，进行碰撞检测与响应，实现虚拟试穿效果。
　　为了对织物进行交互仿真本文受OpenGL（Open Graphics Library）顶点处理机制启发，以鼠标作为交互媒介，采用相反的过程将鼠标客户区坐标映射到织物质点上。首先创建window窗口，获取鼠标客户区坐标。然后先将客户区坐标转换到相机空间并写成向量的形式，将该向量转换到世界空间作为射线方向，射线起始点为相机位置坐标。最后将质点看作小球，利用射线与小球的相交测试确定交互质点。通过比例变换就能使交互质点随着鼠标的运动而运动。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 研究目标及内容

1．3．1 研究目标

1．3．2 研究内容

1．4 本课题的总体框架设计

1．5 本文结构安排

第2章 布料仿真模型及交互原理

2．1 质点-弹簧模型

2．2 布料力学系统及质点更新

2．2．1 质点受力分析

2．2．2 数值积分求解

2．3 交互原理

2．3．1 空间转换

3．2．3 确定交互质点

2．4 本章小结

第3章 服装仿真模型

3．1 几何衣片模型

3．1．1 DXF文件读取

3．1．2 插值并去除多余点

3．1．3 三角剖分

3．1．4 添加纹理

3．2 物理衣片模型

3．2．1 衣片缝合

3．5 本章小结

第4章 碰撞处理

4．1 布料的碰撞检测与处理

4．2 服装的碰撞检测与响应

4．2．1 最小椭球包围盒

4．2．2 导入人体模型并自适应划分

4．2．3 几何碰撞检测与响应

4．3 本章小结

第5章 仿真实验结果及分析

5．1 仿真实验环境

5．2 布料仿真实验结果

5．2．1 布料受风力作用

5．2．2 布料碰撞检测

5．2．3 布料交互变形

5．3 服装仿真实验结果

5．3．1 服装初始化及缝合

5．3．2 服装试穿效果

5．3．3 实验效果对比

5．3．4 服装交互仿真效果

5．4 本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果