柔軟織物的剪切及碰撞仿真研究.pdf

1、過去數(shù)十年中，柔軟織物以其所表現(xiàn)出的獨(dú)特性質(zhì)，使對(duì)其的仿真成為計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的一個(gè)重要領(lǐng)域，基于物理的柔軟織物各種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的仿真成為當(dāng)前的研究熱點(diǎn)。由于可以應(yīng)用于例如影視動(dòng)畫、游戲娛樂、服裝設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)試衣間、漁船模擬器設(shè)計(jì)甚至抗?jié)O網(wǎng)纏繞的螺旋槳設(shè)計(jì)等諸多的場(chǎng)景，產(chǎn)生了構(gòu)建柔軟織物的碰撞及斷裂仿真的需求，這一仿真結(jié)合諸如PhysX的物理引擎可以高效進(jìn)行。但是另一方面，PhysX非開源，不能進(jìn)行對(duì)仿真隨意的拓展以及算法的改進(jìn)，不利于后續(xù)研究的

2、進(jìn)展。因此本論文旨在對(duì)仿真系統(tǒng)中的一部分底層關(guān)鍵技術(shù)算法的研究進(jìn)行最初嘗試，再到結(jié)合PhysX物理引擎構(gòu)建柔軟織物的剪切及碰撞仿真系統(tǒng)，以便從原理上對(duì)其剖析。這些關(guān)鍵技術(shù)包括相關(guān)建模方法、碰撞檢測(cè)算法以及切割后的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更新與重組算法，并將本論文具體展開為如下部分：
　　首先，建立柔軟織物的模型。本課題在分析基本的質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型并介紹其受力分析后，采用面片級(jí)別結(jié)合紗線級(jí)別的混合質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型構(gòu)建柔軟織物的力學(xué)模型，以便能夠較為方便

3、地描述織物切斷后的更多細(xì)節(jié)。此外，為更快速、高效、穩(wěn)定地解決模型動(dòng)態(tài)位移及織物模型形變，采用 Verlet積分結(jié)算方法，而非常見的歐拉算法。同時(shí)，本文也采用了射線法有效的利用鼠標(biāo)拾取織物的方法。最后通過實(shí)驗(yàn)結(jié)果，驗(yàn)證了verlet積分結(jié)算方法相較于簡(jiǎn)單歐拉結(jié)算方法的優(yōu)越性以及采用射線發(fā)利用鼠標(biāo)拾取織物上的點(diǎn)的可行性。
　　其次，設(shè)計(jì)柔軟織物的斷裂過程。在對(duì)織物模型進(jìn)行受力分析后，設(shè)定彈簧受力的最大范圍，當(dāng)外作用力超過閾值后，布料模

4、型由此處的彈簧斷裂，網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)改變，并設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的更新及重構(gòu)算法。
　　再次，設(shè)計(jì)新型高效的碰撞檢測(cè)算法。在利用質(zhì)點(diǎn)彈簧模型建立的柔軟織物初始模型的基礎(chǔ)上，導(dǎo)入剪刀剛體的3D幾何模型，并利用二叉樹結(jié)構(gòu)的層次AABB包圍體對(duì)其封裝，使其轉(zhuǎn)化為物理模型，并檢測(cè)其與柔軟織物的碰撞。同時(shí)，當(dāng)柔軟織物在碰撞后產(chǎn)生折痕、褶皺時(shí)，采用加速的邊-邊檢測(cè)方法進(jìn)行自碰撞的檢測(cè)。為了證明算法的可行性，最后給出了構(gòu)建包圍盒以及圖元相交測(cè)試的