[发明专利]基于PCISPH由物理驱动的织物水含量仿真可视化方法

说明书

本发明公开了基于PCISPH由物理驱动的织物水含量仿真可视化方法，该方法包括如下步骤：设置织物结构参数；根据织物结构参数进行织物建模；求解液体粒子动力学方程；仿真计算液体在织物表面的交互过程；根据交互过程计算液体粒子受力情况；根据仿真计算进行结果可视化。本发明从微观液体出发，主要针对液体与不同物理结构和不同物理性质的织物发生接触时的湿润、芯吸、扩散和传输过程，通过仿真计算，可视化微观液体在织物上的扩散过程。

技术领域

本发明涉及微观液体与不同物理结构的织物湿润和吸收的仿真计算和织物水含量可视化领域，具体涉及基于PCISPH(Predictive-Corrective Incompressible SmoothedParticle Hydrodynamics Method，预测矫正光滑粒子液体动力学)由物理驱动的织物水含量仿真可视化方法。

背景技术

目前液体-织物交互的仿真方法主要包括基于粒子-网格交互的方法、基于全粒子的方法和基于表面渲染的方法。

基于粒子-网格交互的方法使用光滑粒子液体动力学方法对液体进行模拟，并将织物构建为三维立体模型，而粒子与织物的交互是基于织物纤维的三角网格。在液体的构建过程中，该方法考虑表面张力和接触角等因素对于液体运动的影响，同时使用动态空间网格的方法来加快SPH粒子寻找邻居粒子的速度，提高计算效率。对于织物模型的构建，该方法设置了物理参数描述织物的纤维半径、孔隙率和材质等，来精确描述织物的物理结构。在液体-织物交互上，该方法以菲克第二定律为基础，将纤维与液体的吸收和析出过程视为一个动态平衡的过程，并且着重考虑毛细管对于液体渗透扩散的影响。该方法的创新之处在于考虑了织物表面属性对于液体吸收过程的影响，通过将接触角和织物含水量对于自身液体吸收速率的影响考虑到扩散过程中，更加真实的模拟了液体在织物的扩散过程。该方法的局限性在于对于织物物理性质参数的设计较少，仅能改变织物的材料、吸收速率和孔隙率，并不能作为一种通用方法。同时，该方法中液体与织物的交互是基于纱线上的三角网格，每次模拟计算都会耗费大量的计算资源。该方法虽然使用的是非线性的扩散模型，但没有考虑到温度和重力对于扩散的影响，因此扩散效果仿真的准确性略有不足。

基于全粒子的方法对于液体和织物的模拟都以粒子为基础，液体与织物的交互过程可以被简化为粒子与粒子间的交互过程，因此该方法对于大尺度的液体与织物的交互有着较好的模拟效果。在液体的仿真上，该方法选择使用仿射质点网格法来进行液体模拟。在织物的模拟上，该方法选用了基于粒子的质点网格法来进行织物的模拟，并设置了如纤维半径、织物密度、孔隙半径和孔隙率等会影响扩散的物理参数。在液体与织物的交互上，由于该方法的织物模型和液体模型均是基于粒子的，因此该方法使用混合物理论来描述织物和液体的交互过程，而织物与液体的水分交换则是基于交互网格实现的，液体粒子将水含量扩散到网格面上，而织物粒子从网格面上吸收水分。

基于全粒子的方法基于网格计算液体与织物的交互过程，使得整个过程的计算效率很高。同时基于粒子的模拟方法，使得液体与织物交互过程中的形变可以被很好的模拟出来。通过对于织物模型设置物理参数和对毛细管力的考虑，也使扩散结果较为精确。因此该方法对于大尺度的液体与织物交互的模拟有着较好的模拟效果，基本可以满足视觉感官上的追求，但是该方法的计算精度较为有限，模拟出的扩散结果与真实的扩散结果有较大的差距。同时，虽然该方法对织物设计了物理参数，但织物并没有真实的三维结构，因此织物物理属性对于扩散的影响并不能很好的表现出来。