[发明专利]基于CUDA架构的针织布料仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形学中的计算机动画和物理仿真，特别是针对针织布料的运动仿真方法。

背景技术

布料运动仿真是近年来计算机图形学的研究热点之一，通过对布料的结构和受力进行分析，然后使用计算机计算出布料的运动和形变，最终在屏幕上显示出逼真的布料运动效果。布料运动仿真被广泛应用于电子游戏领域和影音娱乐领域，给人们的生活带来极大的便利。如图1所示，说明了布料运动仿真方法的分类，以及每个分类的建模方法。本发明则主要针对针织布料的运动仿真。

在针织布料的运动仿真中，有多种仿真模型：1）质点—弹簧结合的模型虽然计算速度快，实时性好，但是不能反映布料的局部特征，模拟效果不好；2）针织节和质点—弹簧结合的模型计算速度快，同时能表现一些细节，但它不能真实反映出针织节的受力特性，因而模拟效果不是很真实；3）针织节模型能够真实的反映针织物的微观结构，但是需要对每个针织节进行受力分析，计算量较大，实时性差。

早期由于计算机处理能力的限制，在针织布料的运动仿真中很少有研究者采用针织节模型。随着近年计算机硬件的飞速发展，使用针织节模型来实现快速而逼真的针织布料运动仿真成为可能。

针织布料是由多个针织节互相缠绕而成，布料的运动就是多个针织节互相作用的过程，这就是针织节模型。在已有的基于针织节模型的针织布料运动仿真中，采用NURBS曲线对单个针织节建模，接着对单个针织节进行受力分析，获得单个针织节的形变，然后扩展到多个针织节，最后得到整块布料的形变。这种方法能够展现针织布料的局部细节，能够很好的表现出针织布料的变形特性，但是计算量太大，不能满足实时性的要求。

发明内容

基于上述现有技术存在的问题，本发明提出了一种基于CUDA架构的针织布料仿真方法，针对中等规模的针织物进行仿真，基于已有的针织布料仿真技术，通过简化受力分析且采用并行计算的方法，力求实现快速而逼真的运动仿真，以解决针织布料仿真的实时性问题。

本发明提供的一种基于CUDA架构的针织布料仿真方法，利用针织节模型实现针织布料的运动仿真，其特征在于，该方法包括以下步骤：

建立单个针织节模型：将所要进行仿真的针织面料的编制工艺和针织结构作为仿真输入参数，根据该输入参数确定针织节模型的空间型值点；根据空间型值点，求取曲线的控制点和节点向量，根据这两个参数，调用OpenGL中的NUBRS曲线绘制函数绘制单个针织节模型绘制；

将单个针织节模型假定为处于一个固定形态，对针织节受力分析进行简化，设定该针织节的初始位移和速度，转化为控制点的位移和速度；计算控制点的受力和位移；隐式积分法求解；计算新控制点的新位移和速度，计算控制点的应力和阻力，绘制出新的针织节模型，该步骤基于CUDA指令集架构（ISA）以及GPU内部的并行计算引擎实现；