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织物动感模拟的算法研究与实现

刘智斌  
【摘要】:随着虚拟现实和计算机动画技术的发展以及服装CAD等领域的迫切需要,织物的动感模拟成为一个愈来愈重要的研究方向。 织物建模是织物动感模拟的基础。本文通过对织物的性能和各种物理模型的分析,采用质点-弹簧模型,并对其进行了动力学分析,得出了微分方程。本文采用了四阶龙格-库塔法对微分方程进行求解,获得了织物在三维空间中的运动形态。质点-弹簧模型在应用中存在过度拉伸的问题,本文指出了传统方法处理这个问题的缺陷,构造了用于调整织物模型过度拉伸的非线性函数,有效地解决了这一问题。 动态显示对织物的模拟效果有重要影响。本文提出了一种动态处理风的函数和算法,大大提高了运算效率、增强了显示效果。 碰撞检测和碰撞响应是织物动感模拟中的关键问题。本文利用层次包围盒的思想对织物碰撞检测算法进行了研究,解决了碰撞检测和自碰撞检测的实时处理问题。在碰撞检测算法的基础上提出了一种思路,将织物自碰撞检测问题通过递归归结为碰撞检测问题来讨论。同时,讨论了基本几何元之间的碰撞检测问题,将其归结为点—三角形法。检测到有碰撞发生后,利用力学原理,对质点进行碰撞响应处理。 纹理映射是实现真实感织物的重要环节。本文研究了2D到3D的纹理映射方法,并将二维的纹理图像映射到织物模型上,使其具有织物的纹理特征。 本项目以VC++6.0和OpenGL为开发工具,在开发中自始至终贯彻了面向对象的编程思想,以建模、数值求解、碰撞检测和碰撞响应、纹理映射为次序实现了织物的动感模拟。结果显示,以上方法实现了织物动感模拟的逼真性并达到了实时的效果,为下一步开发打下了基础。


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