[发明专利]一种布料形变实时模拟方法

说明书

本发明公开了一种布料形变实时模拟方法，包括如下步骤：将布料参数初始化，并建立布料的质点弹簧模型；对所述布料的内部力和外部力进行受力计算；根据质点运动方程进行数值积分，求解得到所述布料上的各所述质点的位置。本发明通过求解布料上各质点的运动速度和位移，可动态模拟出布料形变，而且具有较高地形变逼真度。另外，由于算法计算量不大，可以在目前主流的计算机上实现实时的布料形变模拟，可用于CAD服装设计或实时动画影视领域。

技术领域

本发明涉及布料仿真技术和动画领域，具体涉及一种布料形变实时模拟方法。

背景技术

柔性物体变形仿真技术是计算机动画中一个非常重要的研究方向，在虚拟现实、应试动画和服装CAD等技术领域中都有广泛的应用，其中布料是最具代表的柔性物体。布料在自身内部力和外部力的作用下，各质点状态会发生变化，从而导致布料外观形状变化。在布料变形中，当质点的受力非常大，布料会出现“超弹性”过度拉伸的问题。另外运动中的布料与球体等刚体对象发生碰撞时，需要避免布料发生进一步穿透的问题，所以布料仿真仍然是计算机图像学中的一个具有挑战性的问题。现有的布料形变实时模拟方法所模拟出的布料形变逼真度不高，形变模拟效果较差。另外，现有的布料模拟，计算量都很大，基本无法做到实时模拟，也因此限制了应用场景和范围。

发明内容

本发明的目的在于提供一种布料形变实时模拟方法，以解决上述技术问题。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

提供一种布料形变实时模拟方法，包括如下步骤：

步骤S1，将布料参数初始化，并建立布料的质点弹簧模型；

步骤S2，对所述布料的内部力和外部力进行受力计算；

步骤S3，根据质点运动方程进行数值积分，求解得到所述布料上的各所述质点的位置；

步骤S4，通过约束弹簧拉伸更新所述质点的位置；

步骤S5，检测是否有阻碍所述质点运动的障碍物，

若是，则结合障碍物碰撞情况动态更新所述质点的运动位置；

若否，则按照动态质点修正法动态更新所述质点的运动位置；

步骤S6，判断布料形变模拟过程是否结束，

若是，则退出布料形变模拟过程；

若否，则返回所述步骤S2。

作为本发明的一种优选方案，所述质点弹簧模型为基于四边形网格的质点弹簧模型或基于三角形网格的质点弹簧模型。

作为本发明的一种优选方案，所述步骤S2中，通过以下公式计算所述布料的所述内部力：

上式中，F_intertal(i)表示所述布料的所述内部力，所述内部力包括所述布料的弹性力和所述布料的弹簧内部的阻尼力

j是与质点i相连的质点；

为质点i与质点j间的弹簧刚度；

为质点i与质点j间的阻尼系数；

质点i和质点j在所述布料上的位置分别为x_i和x_j；

质点i和质点j的位移速度分别为v_i和v_j；

质点i和质点j两质点间的弹簧原长为

为质点i到质点j的单位向量。