[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

摘要

本发明提供一种面向无拉伸布料仿真的质点-弹簧模型约束方法，通过修正质点-弹簧模型的质点位置，实现质点-弹簧模型中结构弹簧的形变修复，具体包括：为加快约束实施的收敛速度，基于质点-弹簧模型中结构弹簧的拓扑结构和结构弹簧形变等，给出最优松弛因子；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；将属于同一质点的位置修正量的分量进行叠加，再将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，然后更新质点位置，实现结构弹簧形变修复。在约束实施过程中，能确保布料的线动量和角动量守恒，能高效稳定地仿真无拉伸布料。本发明可广泛地应用于影视制作、数字娱乐等虚拟现实系统的无拉伸布料仿真。

主权项

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。