● 摘要
衣物仿真技术已经广泛应用于我们的日常生活中，比如电影、动画、游戏等。在计算机动画中，衣物仿真动画是非常重要的一部分。如果衣物模拟能够达到实时的、逼真的效果，那么这项技术会推广到其他的应用领域中，比如服装设计与制造、网上试衣间等。迄今为止，衣物的动态模拟仍然存在很多技术难题：构建复杂的衣服模型表现形式，实时仿真计算，更接近真实衣服形态的仿真效果。本文的研究主要从三个方面展开，包括衣物网格的物理模型及数值求解方法、衣服接缝模型构建及局部褶皱增强。1、衣物仿真的物理模型及数值求解方法的研究和实现。本文采用质点弹簧模型作为衣物的物理模型。常规的质点弹簧模型是基于四边形网格的，但是四边形的拓扑表示能力有限，应用范围较窄。而三角形的拓扑适应能力更强，而且常用的三维网格是基于三角形面片的。因此本文给出了适用于三角形网格的质点弹簧模型，与四边形质点弹簧结构进行对比研究，针对不同的网格采用不同的模型进行仿真。建立衣物模型后，需要选择合适的数值求解方法进行动力学仿真。数值求解方法分为显式积分方法和隐式积分方法两类，本论文实验了几种常用显式积分方法和隐式积分方法，并给出了一种兼顾准确性和效率的显隐式结合方法。2、衣物接缝建模与仿真。衣服是由布料裁剪出合适的样式后缝合而成的，接缝的缝合方式对于衣物的外观样式有重要的影响。接缝不但影响布料本身的特性比如弯曲刚度等，而且影响相应区域褶皱的形成与显示，因此本文在衣物建模过程中考虑到接缝的影响。本文给出了接缝的质点弹簧模型并嵌入到原始衣物模型中，对整体进行仿真，模拟接缝处的波纹状褶皱效果。3、衣物褶皱细节增强的研究与实现。褶皱是衣物的主要表现形态和细节，通过对衣物模型的物理仿真，可以看到产生的折叠和褶皱等。衣物网格模型质点数越多，计算时间越长，效果越细致，质点数越少，计算越快，效果越粗糙。为了兼顾仿真时间与效果，本文给出了一个褶皱增强算法，针对粗网格的仿真结果进行局部区域网格细化然后再次仿真，从而使衣物的褶皱细节更细致真实。