[发明专利]一种布料撕裂动态模拟系统

摘要

本发明涉及一种布料撕裂动态模拟系统，所述系统利用质点弹簧模型建立布料模型，使布料分解为多个三角面片完成布料的撕裂。在建模同时加入Half‑edge数据结构，存储布料顶点的位置、边与顶点的关系及边的长度和面和顶点的关系及面的邻接关系的相关信息。创建一种基于欧氏距离的包围盒距离场，用来完成碰撞检测，提高布料撕裂模拟的效率。创建钢体模型并给刚体或布料附加重力加速度，使刚体与布料完成碰撞并产生撕裂。本发明可广泛应用于设计制造和影视娱乐中的布料动态仿真模拟。

主权项

1.一种布料撕裂动态模拟系统，其特征在于，所述系统包含布料建模单元、信息采集单元、优化布料模型单元、碰撞检测单元、布料撕裂单元；布料建模单元用于建立包含质点弹簧模型三角网格的布料模型；信息采集单元是采集布料模型的顶点的位置、边与顶点的关系、边的长度与面和顶点的关系、面的邻接关系并存储起来，用这些信息建立Half‑edge数据结构；优化布料模型单元用于给原始布料模型添加纹理贴图、改变光照参数、调节布料属性，完成对特定材质的布料仿真；碰撞检测单元用于创建距离场并设定碰撞响应的距离条件，时刻检测布料与刚体的点与面的距离；布料撕裂单元用于控制刚体的运动或布料的运动，使布料与刚体碰撞并产生撕裂；所述系统的具体模拟过程如下：步骤1，利用质点弹簧模型建立布料模型，使布料分解为多个三角面片完成布料的撕裂；在建模的同时加入Half‑edge数据结构，存储布料顶点的位置、边与顶点的关系、边的长度与面和顶点的关系、面的邻接关系的相关信息；并确定其网格大小、精细程度、纹理贴图；步骤2，调节布料模型属性，所述属性包括布料的Bending Stiffness即调节布料的柔软度、Streting Stiffness即调节布料的拉伸能力、Damping即控制布料的阻尼系数、Thickness即控制布料的表面厚度，通过调节上述属性的参数值使布料达到对某种材质布料的仿真，完成对布料材质的模拟；步骤3，如果是布料与规则刚体的碰撞即不给布料添加重力属性，并把布料固定悬垂或水平；如果是布料与不规则物体的碰撞即给布料添加重力属性水平放置；步骤4，创建刚体，若是规则刚体，则给刚体添加重力加速度；若是不规则刚体则固定到界面中；步骤5，调节刚体与布料的x,y,z三维坐标，使布料与刚体能够发生撕裂；步骤6，布料与规则刚体碰撞时引入Half‑edge数据结构，将布料的结构信息存储起来，用于之后撕裂过程中相关元素的快速查询；根据物理原理设定布料撕裂的规则，同时构建撕裂算法；布料与不规则刚体碰撞时，创建一种基于欧氏距离的包围盒距离场计算算法确定并规划碰撞范围，距离场对布料和刚体进行碰撞检测，达到碰撞条件时启动碰撞响应完成撕裂模拟；所述布料模型是由网格构成的，当某块区域内的网格发生变化即网格边的长度超过规定的阈值时，则定义为布料产生撕裂，布料模型的网格某一点发生撕裂，在撕裂过程中当前边的长度变化超过阈值，则比较这条边的两个顶点的质量，进而选取质量较大的顶点作为分裂的顶点，删除当前边和当前顶点，加入新的顶点和边，并将新的顶点的质量变为原来的一半，将新生面加入布料的结构；在建立布料模型时给模型添加了Half‑edge数据结构，可使布料在撕裂过程中快速找到顶、边和面之间的关联从而完成撕裂模拟；布料与规则刚体碰撞时引入Half‑edge数据结构计算，具体算法如下：步骤6‑1‑1，参数表示为任意两点间边长，表示为提前设定好的阈值，即一旦边长超过阈值就会被检测出发生了撕裂；步骤6‑1‑2，，表示碰撞区域选取的两条边，点表示这两条边中质量最大的一个点，点表示这两条边中质量最小的一个点；步骤6‑1‑3，连接点得到线段；步骤6‑1‑4，以线段为法线创建过点的平面；步骤6‑1‑5，用于判定整块布料中所有的n个三角面片的中心点与整块布料的中心点位置，利用平面方程判定，若，则撕裂三角面片位于整个布料的右侧，若则撕裂三角面片位于整个布料的左侧；步骤6‑1‑6，由点开始撕裂并删除点和与之相关的边；步骤6‑1‑7，增加两个新的顶点，并且顶点的质量仅为点的一半，然后将顶点的状态设为不可撕裂的状态；步骤6‑1‑8，由于从一点中开始撕裂然后生成新的三角形网格，因此需要增加新的两条边，；步骤6‑1‑9，布料模型自动重新添加其他相关结构和Half‑edge数据结构，完成撕裂运算。