面向服装变形的三维布料仿真技术研究与实现

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随着计算机软件和硬件技术的不断发展,计算机网络已然成为了人们日常生活中不可或缺的部分,尤其基于计算机网络的虚拟仿真技术也成为了现在主流的研究方向。在虚拟仿真领域,计算机服装辅助设计、基于电子商务的服装模拟技术也成为了日益重要的研究方向。在计算机网络日益强大的今天,用户对于在虚拟现实中实现布料仿真的要求也越来越高,对于服装仿真的真实性和实时性有了更高的追求。但是目前的仿真模拟技术不足以满足这些要求,在服装模拟的真实性方面很多仿真效果还没有达到理想的状态。本文针对动态模拟技术,对于服装模拟真实性的问题进行了研究和分析,主要包括以下几个方面。首先采用了基于布料内部物理特性进行建模的弹簧质点模型为基本的布料模型,然后基于物理力学对模型内部的各个质点进行受力分析,根据对于布料的物理特性分析以及根据实际状态中布料所受力的分析可以得出布料所受内力和外力。在确定了布料内质点所受内力和外力后,根据力学公式以及合力的大小,可以列出动态布料仿真中的微分方程式。为了解析这些微分方程式,本文采用了三种显式积分方法和Verlet积分方法自适应地实现最终服装的效果。传统的布料模拟会采取单一的积分方式而不能根据结果选取更加合适的方法,本文通过四种积分方式能够比较得出更加适合本文摆裙模拟的解析方法。对于在布料仿真过程中所产生的超拉伸现象,本文采用了改进的质点约束法进行超拉伸现象的修正,该方法根据判断条件,对弹簧两端质点进行位置修正或者速度修正,并且本文详尽的阐述了速度修正方法和依据。该方法能够更加有效的模拟布料的运动,能够较好的避免超拉伸现象,使得模拟效果更加真实。本文针对摆裙模型进行了有效的仿真模拟,不同于其他以矩形为主要仿真原形的布料,本文提出了基于弹簧质点模型的圆形布料的仿真。针对摆裙在人体腰部上的模拟效果,本文提出了以椭圆形为人体的腰部模型的思想,最终模拟了圆形布料在椭圆形腰部模型上的摆裙效果。在模拟过程中,进行完相应受力分析后,作为最终结果的效果的比较,本文分别采用了四种积分方式进行布料模型的仿真解析。本文所获得的最终的模拟效果,根据积分方式的不同模拟出了不同形状的摆裙,并且模拟效果逼真,有真实的悬垂褶皱感。
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