基于振动力和风力作用的服装仿真研究

摘要

近年来，虚拟现实技术已经广泛应用到各行各业，在服装领域的应用研究备受关注。虚拟人服装动画能够模拟服装模型跟随虚拟角色的肢体动作产生相应的运动、变形等三维动画效果，随着三维技术的不断发展和广泛应用，三维虚拟服装动态仿真逐渐成为虚拟现实领域研究的热点和难点。在动漫影视、3D网络游戏、虚拟试衣和虚拟时装表演等领域中，我们可以感受到三维服装带给我们的强烈视觉效果。三维服装的深入研究不仅具有广阔的应用前景和经济价值，还可以促进和推动相关学科的发展和创新。
　　为了真实地模拟服装在外力作用下的动态效果，本文提出了一种基于四元数产生振动运动的方法。该方法首先利用椭圆的参数方程，自上而下逐层的快速构造服装模型，接着为模型添加质点-弹簧结构，服装最上两层质点的相对位置保持不变，弹簧的弹性系数非线性逐层变化。然后利用四元数的旋转特性实现裙子顶层质点的旋转，并给出了由服装顶层质点产生振动运动的过程。最后通过定义两个四元数分别控制振动运动的幅度和频率，振动力的作用可以通过弹簧自上向下传递，调节不同的仿真参数，仿真出裙子在振动力下的动态效果。
　　本文实现服装在振动力和风力作用下的动态效果。首先对布料的动态仿真进行研究;接着利用参数方程快速构建裙子模型，然后对其添加质点-弹簧模型，添加重力、振动力、风力的作用;最后，利用欧拉积分更新质点位置、速度等信息，仿真出一系列外力作用下裙子的动态效果，实现动态服装快速逼真的仿真。

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

1．2．1 服装仿真研究现状

1．2．2 四元数应用于计算机图形学的研究现状

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 基于位置约束的布料仿真

2．1 位置约束法介绍

2．1．1 约束动力学

2．1．2 位置约束法

2．2 布料的约束模型

2．3 约束动力学系统

2．3．1 约束求解

2．3．2 质点受力分析

2．3．3 数值积分求解

2．4 光照设置

2．5 纹理映射

2．6 本章小结

第3章 服装模型的构建

3．1 利用参数方程构造服装模型

3．2 服装的质点-弹簧模型

3．3 服装模型的动力学系统

3．3．1 质点受力分析

3．3．2 数值积分求解

3．4 光照设置

3．5 纹理映射

3．6 本章小结

第4章 实现振动运动和添加风场模型

4．1 四元数

4．2 四元数的旋转原理

4．3 基于四元数旋转原理的振动运动

4．4 添加风力

4．5 本章小结

第5章 仿真结果演示与分析

5．1 实验开发环境

5．2 布料仿真

5．2．1 布料仿真系统程序调用框图

5．2．2 功能介绍及仿真结果

5．3 服装仿真

5．3．1 服装仿真系统

5．3．2 功能介绍

5．3．3 服装有无重力作用的仿真结果

5．3．4 服装在振动力作用下的实验对比与分析

5．3．5 服装在风力作用下的实验对比与分析

5．3．6 服装在不同风力方法下的实验对比与分析

5．4 人体着装的仿真结果

5．4．1 读取3DS文件显示人体服装模型

5．4．2 人体着装在风力作用下的仿真

5．5 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