题目：支持多材质的布料仿真方法研究

布料建模及其仿真在服装设计、虚拟试衣、影视制作、数字娱乐、电子商务等行业领域具有重要的应用价值。其中，体现材质特点的布料仿真是涉及虚拟现实、计算机图形学、计算机仿真、增强现实、纺织工程等研究领域及其交叉方向的前沿热点，其难点问题包括“如何模拟适应于多种材质的布料运动”。

本论文围绕支持多材质的布料仿真，深入调研分析了相关研究现状与发展趋势，重点开展了布料材质属性与力学仿真参数相结合的数据集构建、基于材质属性映射的布料仿真等方法研究。具体而言，主要包括以下研究开发工作：

1）设计并构建了布料材质属性与力学仿真参数的联合数据集。首先，根据纤维成分、纱线密度、组织结构、面密度等影响布料运动的材质属性，确定布料材质属性的参数化描述方式；并且，遴选出100种不同材质布料，结合布料织物规格数据，标注每种布料的材质属性参数值。然后，针对每一种布料，运用织物测试工具，测量出布料的形变数据，采集9种外力条件下布料的弯曲形变数据和拉伸形变数据。最后，运用有限元仿真模型，针对虚拟环境的布料三维模型，施加与织物测量相同的外力，通过拟牛顿优化算法，迭代求解出布料的最优力学仿真参数值，使得布料仿真的形变数据接近于织物测量的弯曲和拉伸形变数据。由布料材质属性参数值与最优力学仿真参数值构成的联合数据集，为布料材质属性映射等奠定了数据基础。

2）提出并实现了一种基于材质属性映射的布料仿真方法。首先，根据布料材质属性与力学仿真参数的联合数据集，运用前馈神经网络，学习出布料材质属性与力学仿真参数之间的正向映射关系；并且，结合布料材质纤维成分稀疏性约束与合理性约束等先验知识，学习出布料材质属性与力学仿真参数之间的反向映射关系。然后，针对用户输入的各种布料材质属性参数值，根据正向映射关系，计算出相应的布料力学仿真参数值。最后，根据材质布料的力学仿真参数值，运用有限元仿真模型，生成材质布料的运动仿真效果。此外，该方法针对用户输入的布料力学仿真参数值，根据反向映射关系，也可以解析出对应的布料材质属性值，并识别出布料材质属性。与同类方法相比，该方法的主要特点是：可以仅根据各种布料的材质属性值，直接生成相应布料的运动仿真效果；用户无需编辑布料仿真参数，也无需具备专业的布料仿真知识。

基于上述研究工作，设计并实现了适应于多种材质属性的布料仿真工具，其功能主要包括：“材质属性-仿真参数”正向映射构建、“材质属性-仿真参数”反向映射构建、布料运动仿真等。实验演示验证了本论文方法的正确性及其工具的可用性。