摘要
摘要
计算机动画是计算机图形学中一个重要的分支，而布料、衣服等柔性可变形体又是计算机动画中的前沿研究热点。在电子游戏、电影特效、虚拟试衣等领域的强力推动下，不再是简单布料动画的模拟，而是服装的动态模拟。基于物理的服装动画能够逼真地再现衣服的运动变形效果，然而，随着真实感和实时性双重目标的提出，服装动画面临着新的挑战。由于基于物理的服装动画计算量大，难以满足实时性要求，导致基于物理的服装动画还未得到广泛的实际应用。
本文对基于物理的服装动画进行了深入而广泛的研究和分析，总结出了服装动画的模拟流程，包括衣服建模、数值求解以及碰撞与自碰撞检测三大技术模块。具体的过程是：首先构建对象的物理模型，对物体的运动进行动力学分析，构建常微分方程，然后用数值积分器对该常微分方程进行数值求解，最后对物体实行碰撞与自碰撞检测。本文的主要工作和贡献如下：
1.针对传统的质点-弹簧模型是基于四边形网格的问题，提出了在三角形网格
中构建结构弹簧和弯曲弹簧的方案。
2.提出了在位置约束的基础上采用基于高度信息的预处理算法，优化了位置
约束法对弹簧的处理顺序敏感的问题。
3.提出一种结合龙格-库塔法和Verlet积分法的改进算法，相比于传统的
Verlet积分法，提高了算法的精度。
4.提出了简化人体与衣服碰撞检测的思想，把人体部位用简单的几何体表
示，即球体和柱体，简化人体与衣服的碰撞检测为球体碰撞检测和柱体碰
撞检测，有效的提高了效率。
5.提出了一种基于法向量锥和非穿透滤波器碰撞检测的改进算法，在基于非
穿透滤波器的碰撞检测算法的基础上，可有效的剔除曲率小的、平坦的衣
服区域。
通过上述的工作，本文实现了基于物理的服装动画系统，并对实验结果进行了分析，达到了预期的目标。
关键词：服装动画，质点-弹簧模型，数值求解，碰撞检测，自碰撞检测
ABSTRACT
Computer animation is an important branch of computer graphics,and deformable object,such as cloth and garment,is a hot topic in computer animation.It is no longer a simple cloth animation simulation,but garment dynamic simulation in video games, movies special effects,virtual fitting and other fields.Physics-bad garment animation can reproduce the clothes to the lift movement deformation effect,however,as the realistic and real-time dual goal,garment animation faced with new challenges.Becau of the large amount of calculation of physics-bad garment animation,it is difficult to meet the real-time requirement;physics-bad garment animation is not yet widely practical application.
In this paper,I have in-depth and extensive rearch and analysis on physics-bad garment animation,summed up the garment animation simulation process,including garment modeling,numerical integration,and collision&lf-collision detection. Concrete process is:first,build a physical model of the object,and the dynamic analysis of the movement of objects,and construction of ordinary differential equations,then u numerical integrator to solve the differential equation,final a collision&lf-collision detection with object.In this paper,the main work and contributions are as follows:
1.Becau the traditional mass-spring model is bad on t嘉庆年间
he quadrilateral meshes,
I put forward the building of structural spring and bending spring in the
triangular grid.
2.Put forward height-bad preprocessing algorithm on the basis of position
constraint,optimized position constraint method is less nsitive to the processing order of spring.
3.In this paper,I put forward an improved algorithm of a combined with
runge-kutta method and Verlet integration method,compared with the traditional Verlet integration method,it improves the accuracy of the algorithm.
4.Put forward the thought of simplified collision detection in the human body
and garment,put the body parts with simple geometry,namely sphere and
cylinder,simplify the collision detection of human body and garment for the sphere collision detection and the cylinder collision detection,it improves the efficiency.
5.Put forward a kind of algorithm bad on normal vector cone and苹果投影仪
non-penetration filter collision,in 全国专科
the collision detection algorithm bad on non-penetration filter,on the basis of which can effectively eliminate small curvature and flat garment area.
Through the work above,this paper implements the physics-bad garment animation system and the experiment results are analyzed,it achieves the expected target.
Keywords:garment animation,mass-spring model,numerical integration,collision detection,lf-collision detection
目录
第一章绪论 (1)
1.1研究背景及意义 (1)
1.2国内外研究世界杯资格赛
现状 (2)
1.3本文的工作与创新摩羯座的男明星
(4)
1.3.1研究内容 (4)
1.3.2主要贡献 (4)
1.4本文的组织结构 (5)
第二章基于物理的服装动画模拟研究 (6)
2.1服装动画的概念 (6)
2.2服装动画模拟方法 (6)
2.2.1有限元法 (7)
2.2.2粒子系统 (8)
2.3服装动画模拟的问题分析 (9)
2.4服装动画碰撞检测技术 (11)
2.5本章小结 (14)
第三章服装动画系统建模 (15)
3.1服装动画系统衣服模型设计 (15)
3.1.1柔性织物的物理模型 (15)
3.1.2质点-弹簧模型 (16)
3.1.3改进的质点-弹簧模型 (17)
3.2服装运动动力学模拟 (18)
3.2.1内力分析 (19)
3.2.2重力分析 (19)
3.2.3风力分析 (20)
3.2.4阻尼力分析 (21)
3.3超弹性约束 (21)
3.3.1位置约束法 (21)
3.3.2速度约束法 (22)
3.3.3本文方法 (23)
3.4实验结果 (24)
3.5本章小结 (26)
第四章服装动画数值求解算法 (27)
4.1服装动画中的数值求解策略 (27)
4.1.1显式欧拉法 (28销售工作计划范文
)
4.1.2隐式欧拉法 (29)
4.1.3隐式-显式混合积分法 (30)
4.1.4中点法 (30)
4.1.5龙格-库塔法 (31)
4.1.6Verlet积分法土豆玉米浓汤
(33)
4.2本文采用的数值求解算法 (33)
4.2.1设计因素 (33)
4.2.2基本思想及流程 (34)
4.3实验结果 (35)
4.4本章小结 (37)
第五章碰撞与自碰撞检测算法设计 (qq会员
38)
5.1碰撞检测优化技术 (38)
5.1.1层次包围盒技术 (38)
5.1.1.1包围盒的类型 (39)
5.1.1.2层次包围盒的构建 (40)
5.1.1.3层次包围盒的更新 (41)
5.1.2基于法向量锥的剔除算法 (41)
5.2人体与衣服碰撞检测算法的简化 (42)
5.2.1人体模型简化 (42)
5.2.2相交检测 (43)
5.3自碰撞检测 (44)
5.3.1精确求交 (44)
5.3.2基于非穿透滤波器的碰撞检测算法 (45)
5.3.3本文采用的自碰撞检测策略 (47)
5.4碰撞响应 (49)
5.5实验结果 (49)
5.6本章小结 (51)
第六章基于物理的服装动画系统实现 (53)
6.1服装动画系统模拟流程 (53)
