[发明专利]用于模拟多根纤维的方法和计算机可读介质

说明书

本发明公开了一种用于模拟多根纤维的计算机实施方法。该方法具体地可应用于模拟一束毛发或满头毛发、织造或非织造织物、刷子或掺入纤维材料的其它产品的机械行为。该方法包括：提供用于描述纤维的机械行为的计算模型；获得与预定类型的纤维相关联的纤维机械参数组以与计算模型一起使用；获得描述要模拟的多根纤维的形状和位置的几何信息；以及使用计算模型模拟纤维机械参数组和几何信息、多根纤维的配置变化，以产生第二几何信息。

技术领域

本发明涉及一种用于模拟多根纤维的计算机实施方法。该方法具体地可应用于模拟一束毛发或满头毛发的机械行为。它还可应用于模拟织造或非织造织物、刷子或掺入纤维材料的其它产品。

背景技术

已知的是，尝试模拟例如用于计算机图形动画的纤维集合，诸如一束毛发或满头毛发。然而，已知的方法不够现实。具体地，它们不是趋于以物理上准确的方式捕获纤维的机械行为。期望以更加贴近于现实世界中那些纤维的机械行为的方式来模拟纤维诸如毛发。

发明内容

本发明由权利要求定义。

根据本发明的一个方面，提供了一种用于模拟多根纤维的配置变化的计算机实施方法，该方法包括：

提供用于描述纤维的机械行为的计算模型；

获得与预定类型的纤维相关联的第一组纤维机械参数以与计算模型一起使用；

获得描述要模拟的多根纤维的形状和位置的第一几何信息；以及

使用计算模型模拟第一组纤维机械参数和第一几何信息、多根纤维的配置变化，以产生第二几何信息，

其中第一组纤维机械参数包括以下中的至少一者、任何两者或全部三者：

在预定类型的纤维之间的一个或多个摩擦系数；

预定类型的纤维之中的内聚力的测量值；以及

预定类型的纤维之中的粘合力的测量值。

本发明人已经认识到通常需要更好地表征纤维的机械参数，并且具体地毛发纤维的机械参数。尽管先前的方法关注于单根纤维的刚度或柔韧性，但是本发明人已经发现，纤维之间相互作用的准确表征对于多根纤维的模拟的总体准确度是重要的。由纤维制成的物体的行为受到纤维之间复杂的碰撞网络(接触点)以及纤维碰撞时如何相互作用的影响。已经发现摩擦、内聚和粘合是控制纤维之间相互作用的三个最重要的参数。

粘合力是指抵抗彼此接触的两根毛发纤维分离的力，其中在接触点处不存在液体。

内聚力是指抵抗彼此接触的两根毛发纤维分离的力，其中它们之间在接触点处存在液体。内聚力取决于毛细管力和拉普拉斯压力。

内聚力和粘合力优选地通过纤维机械参数组中的接触面积而归一化。

优选地，第一组纤维机械参数包括两个或更多个摩擦系数，其中每个摩擦系数属于不同的相互取向。这可允许描述各向异性摩擦效应。

第一组纤维机械参数优选地还包括以下中的至少一者、任何两者或全部三者：与预定类型的纤维相关联的杨氏模量；与预定类型的纤维相关联的剪切或扭转模量；以及与预定类型的纤维相关联的弯曲模量。

表征纤维之间相互作用的参数优选地与单根纤维的机械特征的准确表征组合。具体地，足够详细地表征单根纤维的柔韧性是有利的。在这方面，已发现杨氏模量、弯曲模量和扭转模量是最重要的参数。扭转模量与剪切模量有关。

第一组纤维机械参数优选地还包括以下中的至少一者、任何两者或全部三者：与预定类型的纤维相关联的直径；预定类型的纤维的材料密度；以及与预定类型的纤维相关联的横截面形状或椭圆度

将这些其它纤维机械参数与上面讨论的参数组合是有利的，从而表征相互作用并且表征单根纤维的柔韧性。