[发明专利]一种面向无拉伸布料仿真的质点-弹簧模型约束方法

权利要求书

1.一种面向无拉伸布料仿真的质点-弹簧模型约束方法，其特征在于：基于该方法的无拉伸布料仿真过程包括以下步骤：

(1)布料及虚拟环境初始化；

(2)质点受力分析：根据质点-弹簧所处的状态，分析质点所受结构弹簧的拉力、剪切弹簧的剪切力、弯曲弹簧的弯曲力、空气阻尼力、布料内部阻尼力、重力等；

(3)质点位置预测：采用基于位置和加速度的积分方法预测质点位置；

(4)无拉伸约束实施：利用质点-弹簧模型约束方法，修正质点位置，实现弹簧形变约束；

(5)布料自碰撞及碰撞处理：采用罗伯特提出的鲁棒的布料自碰撞及碰撞处理方法实现；

(6)布料及虚拟环境渲染：采用OPENGL实时渲染和POV-RAY离线渲染两种方式渲染布料及其环境；

(7)判断下一个时间步是否到达，若是，返回第(2)步骤；若否，则结束；

其中，步骤(4)中所述的质点-弹簧模型约束方法的具体步骤如下：

(A1)根据单根结构弹簧的形变，计算两端点质点沿弹簧方向的位置修正量的分量，位置修正量的分量简称为分量；

(A2)基于弹簧与质点的邻接关系，将属于同一质点的分量叠加在一起；

(A3)基于质点-弹簧模型中结构弹簧的拓扑结构、结构弹簧形变、质点分量叠加之和，估算最优松弛因子；

(A4)将分量叠加之和与最优松弛因子相乘，结果作为质点的位置修正量；

(A5)根据获得的质点位置修正量更新质点位置，实现弹簧形变修复。

2.根据权利要求1所述的一种面向无拉伸布料仿真的质点-弹簧模型约束方法，其特征在于：步骤(A1)中所有质点的分量是在同一状态下求解的，确保弹簧形变修复过程中能够保持布料的线动量和角动量守恒，使得仿真的布料非常稳定。

3.根据权利要求1所述的一种面向无拉伸布料仿真的质点-弹簧模型约束方法，其特征在于：步骤(A2)中属于同一质点的分量，是根据连接该质点的结构弹簧形变计算得到的；因此，分量叠加是局部的而非全局的，布料的大多数细节在约束实施中能够保持下来，仿真的布料具有大量褶皱。

4.根据权利要求1所述的一种面向无拉伸布料仿真的质点-弹簧模型约束方法，其特征在于：步骤(A3)所述的基于质点-弹簧模型中结构弹簧的拓扑结构、结构弹簧形变、质点分量叠加之和，估算最优松弛因子，具体地说，最优松弛因子是由两个因素：质点分量叠加之和的模与结构弹簧形变量总和的比值、质点-弹簧模型中结构弹簧构成的四邻域拓扑结构，以及这两个因素的简单组合估计得到的。

5.根据权利要求1所述的一种面向无拉伸布料仿真的质点-弹簧模型约束方法，其特征在于：步骤(A4)所述的位置修正量的分量叠加之和与最优松弛因子相乘，获取质点的位置修正量，使弹簧形变约束的收敛速度加快，而且估计获得的最优松弛因子可以重复应用于同一时间步内弹簧形变约束迭代实施，从而提高弹簧形变约束实施的效率。