基于位置動(dòng)力學(xué)的布料動(dòng)畫技術(shù)研究.pdf

1、布料動(dòng)畫技術(shù)在圖形學(xué)領(lǐng)域中已經(jīng)有近三十年的研究歷史，因?yàn)樵谟?jì)算機(jī)動(dòng)畫、三維游戲、電影特效以及虛擬現(xiàn)實(shí)等行業(yè)中的廣泛應(yīng)用，布料動(dòng)畫技術(shù)現(xiàn)在仍然是眾多研究者關(guān)注的焦點(diǎn)，歷久彌新。尤其是在計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)高速發(fā)展的當(dāng)下，一些實(shí)時(shí)交互應(yīng)用對(duì)布料動(dòng)畫的仿真質(zhì)量和速度的要求也越來越高。為了實(shí)現(xiàn)布料動(dòng)畫快速、穩(wěn)定、真實(shí)的仿真目標(biāo)以滿足人們?nèi)找嬖鲩L(zhǎng)的需求，如何構(gòu)建簡(jiǎn)單高效的布料模型以及如何選取碰撞檢測(cè)方案成為研究人員們亟待解決的問題。
　　本文從

2、基于物理的布料動(dòng)畫技術(shù)出發(fā)，在比較了常用的布料建模技術(shù)的優(yōu)劣后，著重研究了基于位置動(dòng)力學(xué)方法的布料動(dòng)畫建模技術(shù)，該方法具有穩(wěn)定、快速、易于控制的特點(diǎn)。在深入分析了基于位置動(dòng)力學(xué)方法中的約束動(dòng)力學(xué)模型后，提出了一種新的角度彎曲約束模型作為原有的二面角彎曲約束模型的替代方法，來仿真布料的彎曲變形效果，同時(shí)，還對(duì)該方法中的碰撞檢測(cè)算法進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn)。具體包括：
　　1）首先，探討了一種構(gòu)建虛擬三角形的方法，該方法適用于任意網(wǎng)格剖分形式的

3、布料模型，可以為布料模型中的每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)找到唯一對(duì)應(yīng)的虛擬三角形。然后，就可以在該虛擬三角形的最大角上施加彎曲模型來輕松的仿真出布料的彎曲行為，這使得布料動(dòng)畫的仿真過程不再依賴于布料模型的幾何拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，適用范圍更加廣泛，不再局限于三角面片形式的網(wǎng)格模型。
　　2）在基于位置動(dòng)力學(xué)方法的基礎(chǔ)上，提出了角度彎曲約束模型的構(gòu)建方法，解決了二面角彎曲模型收斂速度慢，彎曲細(xì)節(jié)仿真效果不明顯的問題。該模型將彎曲模型的約束范圍從一對(duì)共邊的三角形縮

4、小到一個(gè)虛擬三角形上，減小了計(jì)算代價(jià)，同時(shí)針對(duì)二面角彎曲約束模型和三角形彎曲約束模型共同存在的對(duì)稱性反映問題，引入了帶符號(hào)三角形面積的解決方案，很好的改善了布料動(dòng)畫的仿真效果。
　　3）研究了剛體與可變形體之間在碰撞檢測(cè)方案選擇上的不同，深入分析了基于位置動(dòng)力學(xué)方法中，可以同時(shí)處理布料與其他物體的碰撞以及布料自碰撞的空間哈希碰撞檢測(cè)算法。結(jié)合空間劃分和層次包圍盒技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，通過對(duì)軸對(duì)齊包圍盒采用“中心-半徑”的表達(dá)方式來降低包圍盒