基于三维网格卷积的布料仿真模拟

针对当前布料仿真中模拟成本高且耗时长的问题,提出一种直接对三维布料网格卷积的布料模拟方法。对三维布料网格进行螺旋卷积,使用点填充方法增加采样点,存储局部域;采用顶点抽取算法对局部块进行池化,使用基于Gauss-Bonnet定理曲率的惩罚因子对顶点抽取算法进行增强,当局部块数量小于开始时数量的60%时停止顶点抽取;最后训练神经细分网络对抽取后的整体网格进行上采样,其中使用改进的蝶形细分算法生成新顶点。实验结果表明,与目前已有方法相比,该布料模拟方法能够保留丰富真实的褶皱,减少模拟成本和时间,是一种高效的布料模拟方法。

基于弹簧质点模型的三维布料仿真

随着游戏、动画、工业等商业领域的快速发展,较多研究者尝试使用计算机模拟真实世界物体形变,其中布料仿真是物体形变研究中的热点和重点。文章是基于欧拉显式积分和Verlet积分在布料模拟中的研究和实现。文章通过对比两种不同积分算法的研究,表明欧拉显式积分所获取的效果更具有真实性,但会出现超弹性现象,而Verlet积分所获取的效果具有稳定性,但存在失真性。当两种算法在布料模拟中的质点数较多时,文章采用通用图形处理器(General-Purpose computing on Graphics Processing Units,GPGPU)计算来弥补算法的不足。

融合QPSO算法的多精度布料仿真建模方法

在布料建模领域,如何快速模拟布料形变之后的褶皱细节是研究的热点。通过使用多精度布料建模方法,在布料的不同形变区域使用不同精度的网格,可以有效平衡建模的精度和速度,已有的工作主要是在布料形变过程中,动态计算出布料质点邻域的曲率,依据人为设定的阈值,划分出布料的多精度区域,而在大部分场景中,布料的变形模式没有规律,固定不变的阈值可能会影响布料的仿真效果。针对该问题,首先将基于量子行为的粒子群算法引入建模过程,通过粒子群算法对布料表面的搜索,提高了布料弯曲部位的搜索效率,优化了多精度布料的建模速度和精度,其次针对布料仿真运动过程进行研究,参考布料受空气阻力的数学模型,以及粒子动力学中的数值积分方法,优化布料运动的仿真计算方法。实验证明,与现有布料多精度方法相比,该方法能较快检测到布料褶皱区域并判断是否需要细化,且能较好地表现出布料仿真过程中空气阻力对布料造成的形变。

面向Remeshing的混合材质布料仿真

目前布料仿真所采用的布料模型主要是单一材质的,导致了布料的真实性和多样性没有得到很好体现。从布料材质的多样性角度出发,对Narain提出的自适应Remeshing方法进行改进和扩展,使其适合于混合材质问题。首先提出一种交互方法对布料模型进行分割,然后通过材质属性库为分割的区域填充不同的材质,设计出混合材质的布料模型,并通过改进的自适应网格法来克服布料模型材质单一性的限制,得到真实感较强的混合材质布料仿真效果。

基于PhysX物理引擎的布料仿真技术的研究与实现

运用布料仿真技术中的物理方法来实现对布料印制效果的三维展示。首先对布料建立弹簧—质点模型,分析弹簧—质点模型的受力状况,以牛顿第二定律作为理论基础,用PhysX物理引擎中的模拟函数模拟布料的运动,并解决了仿真中与刚体的碰撞问题与布料自身的碰撞问题。最后通过生成多个仿真效果和加入多种交互功能,构建了适用于印花图案设计产品的虚拟展厅。

基于弹簧质点模型的布料仿真及碰撞处理方法

该文对布料仿真方法进行了研究。首先运用弹簧--质点系统建立布料的面模型,将柔性布料离散为分布均匀的质点,进而对整个系统进行了动力学分析。为获得高效的算法,采用了显式欧拉方法对微分方程进行数值积分。碰撞问题是布料仿真研究中的重要内容,该文针对具体碰撞对象设计了高效的碰撞检测方法,采用二分法作为碰撞响应算法,最后进行了布料产生碰撞后趋于稳定及滑落的动态仿真演示。该方法在达到较高计算效率的基础上,确保了仿真系统的稳定性。

布料仿真中基于精确力学公式的粒子模型

推导了一种用于布料仿真的粒子模型。该模型使用精确的力学公式构建布料模型平面内的拉伸与剪切变形,以及平面外的弯曲变形方程,并加以适当的简化。模型使用的参数全部具有物理意义,并且适用于任何三角面片网格,克服了传统的弹簧-质点模型中弹簧的弹性系数没有物理意义,并且只适用于规整网格的缺点。实验表明该模型具有良好的仿真效果。

一种新型布料仿真算法的研究

随着计算机技术的发展,布料仿真技术在许多领域中得到了广泛的运用,然而由于仿真过程中大量的数值计算导致其算法效率的低下。针对该问题,文中提出一种基于质点-弹簧系统的简化布料仿真模型与简化隐式积分方法对布料进行仿真。该模型与积分方法简化了计算的受力方向,并利用质点上一个时间步长的状态估算当前状态,简化了隐式积分方法。该模型与方法能够有效降低布料仿真算法的复杂度,减少计算量。实验结果表明,提出的简化模型与数值积分方法能够有效进行布料的仿真,提高布料仿真的效率,且能够满足实时性的要求。

布料仿真中的自适应各向异性应变限制研究

布料仿真技术旨在通过计算机生成逼真的布料动态效果,在虚拟现实、服装动画等领域有着广泛的应用前景.为了避免仿真过程中布料的过度形变并且提高布料应变的准确性,在布料模拟过程中为布料添加了自适应的各向异性应变限制约束.首先将布料模型离散化为三角形网格,在每一帧都对布料进行网格重划的基础上,通过定义内积倒数映射,将规定的布料全局应变限制转化为各个三角形形变主轴的局部应变限制,保证了在每次网格重划之后局部应变限制仍然能够和全局应变限制保持一致.另外在求解过程中,提出了结合罚函数与拉格朗日乘子法的改进方法求解算法得到的约束非线性规划方程.实验表明,本文所提出的方法有效地提高了应变限制的准确性.

等几何连续介质弹性模型的带厚度布料仿真方法

目的布料仿真是计算机动画领域的一个研究热点和难点,基于粒子系统的模型快速高效却难以准确描述布料真实的物理特性,这些物理属性可以由连续介质的弹性模型利用有限元方法来实现,但所需网格单元较多,求解复杂且耗时。现有方法通常将布料建模为曲面和壳模型,对较厚布料的仿真能力较弱。针对这些常用模型在几何建模、物理真实性和仿真速度上难以兼顾的问题,提出了一种带厚度的布料仿真模型,能够更真实地表达不同厚度布料的形变行为,并利用等几何分析方法进行基于物理的快速动态仿真模拟。方法将有厚度的布料建模为三变量B样条体表示的薄板模型,利用等几何—伽辽金方法,推导出在给定边界条件下三维连续介质线弹性力学方程的弱形式,将B样条体的控制网格作为计算网格进行仿真分析,最后在隐式动力系统框架下对线性方程组直接求解。结果对本文布料模型进行了多方面的讨论和分析。首先,与几种主流的离散模型下的模拟效果进行了光滑度的对比,本文方法的NURBS(nonuniform rational B-splines)建模有着明显的光滑性优势;并在不同自由度下比较了与经典有限元连续介质模型的计算时间,结果表明模拟结果的平方根误差(root mean squared error,RMSE)小于0.04时,本文方法至多能减少90.23%的自由度和99.43%的计算时间;与同厚度面料的连续介质壳模型相比,计算时间减少约30%。其次,对于经典场景如悬布、旗帜和接触问题,实现了逼真快速的动态模拟效果。此外,还展示和讨论了控制网格的密度、基函数的阶数和物理参数等的选择对模拟效果的影响,验证了通过适当的几何参数和物理参数,使用更高分辨率的控制网格或更高阶的基函数将会促进更多的模拟细节效果。结论本文提出的等几何方法模拟的厚布料模型是同时满足仿真效果和速度基本要求的有效方法,并且样条基能保持布料的光滑度,实现了更高的动态模拟效率。

布料仿真建模研究进展

布料仿真一直是计算机动画中的研究热点与难点,对提高计算机动画质量以及用户体验具有重要意义,布料是一种非常经典的柔性材料物体,遍布于人们的日常生活中。虚拟世界中虚拟角色强烈的视觉真实感主要来源于逼真的虚拟人物的服装动画,这在很大程度上可以增强用户的体验感,在游戏娱乐、电影电视和动画制作等领域有着十分广泛的应用前景。布料仿真的质量与速度直接决定了计算机动画的整体水平,而布料的模拟水平则起着至关重要的作用。随着计算机软硬件的不断发展和计算机动画市场需求的提高,对布料仿真建模方法的研究受到越来越多的关注,布料仿真建模方法也因此有了较大发展。本文通过回顾布料仿真建模方法的相关工作,对国内外方法的研究进展进行综述,从布料仿真中数值积分方法的改进、多分辨率网格的改进和机器学习方法的使用等方面对布料仿真方法的发展进行简要阐述,并根据不同方法在布料模拟应用上的特性,对几大类改进方法进行了相应的总结与展望。同时选取几种算法进行对比,并给出建议。

基于表面曲率特征的自适应网格布料建模研究

服装布料模拟可用于服装设计、虚拟现实、游戏影音等领域,具有广泛的应用场景。为了提高布料模拟的效率与真实性,采用自适应网格策略来进行布料模拟,并针对当前自适应网格细分准则只能采用较小的阈值和容易引发过度细分的问题,提出了基于表面曲率特征的自适应细分准则。首先,根据表面曲率的大小对布料网格进行自适应细分;其次,根据曲率变化率对细分层次进行限定,避免产生冗余的精细网格。实验表明:相比于传统的基于曲率的细分准则,采用表面曲率和曲率变化率的双重细分标准可减少冗余网格10%左右,提升仿真速度约15%左右;与基于规则网格的布料模拟相比,仿真时间提升了19%,同时可以获得更好的细分效果。

采用等几何质点-弹簧模型的布料动态仿真方法

为了高效实时地模拟出布料的动态效果,提出一种基于等几何分析思想的布料动态仿真方法.首先使用张量积Bézier曲面来构建布料几何模型;然后对布料的质点进行受力分析,并直接在该曲面上进行质点-弹簧模型数值求解;最后将更新后的质点的位置和速度变换到等几何布料曲面的控制顶点上,进行实时的碰撞处理.实验结果表明,该方法无需预先对布料进行三角网格剖分,可精确地表示布料几何模型;同时在较少的自由度数目下,可得到高精度的动态仿真效果,提高了仿真效率;可在CPU仿真环境下进行实时的动态仿真,适用于对实时性要求较高的虚拟试衣等工程应用领域.

基于物理模型的可交互的布料变形方法

布料变形的主要目标为视觉上真实感和操作上可交互。基于经典的Mass-Spring布料模型,主要研究有:改进模型中的弹簧常数,约束弹簧拉伸范围,解决布料变形仿真中在强大外力作用下"超弹性"的非真实拉伸问题;使用Verlet数值积分法,求解质点微分运动方程,由于该积分法不显式计算速度,因此布料变形系统的总体性能稳定且快速;在系统仿真中,允许用户添加风力和用户虚拟外力,模拟窗帘推拽和悬挂布料随风飘动等布料变形效果;提供基于GPU加速的布料碰撞处理算法,通过布料变形系统的实验,验证了交互式布料变形算法具有良好的性能,满足布料变形系统的可交互性和逼真感。

一种提高布料表面相交处理真实性的算法

为了提高布料仿真中布料表面相交处理结果的真实性,提出了一种接近真实的最小化相交轮廓线全局处理优化算法。首先进行前期的布料模型构建、初始条件的设置以及碰撞检测;然后利用最小化相交轮廓线全局方法重点对布料表面相交情况进行了处理,并对处理结果进行了评价和优化;最后进行后期的碰撞响应以及绘制与显示。经过实验验证,该方法在仿真的真实性和实时性方面均高于前人的研究,且在布料动画领域可以提高制作的逼真性。

基于低精度布料采样的多精度布料构建方法

为了兼顾布料仿真的逼真度和计算效率,提出一种基于低精度布料采样的多精度布料构建方法。首先,通过对低精度布料运动仿真实例进行数次采样,获取布料各区域在仿真过程中的平均变形度,用顶点平均变形度和边碰撞标记对其进行表示;再根据平均变形度将低精度网格区域划分为高变形区、中变形区和低变形区;然后利用改进的自适应细分算法对三种变形区进行不同程度的细分,从而构建出低精度布料对应的多精度布料几何模型;最后基于多精度几何模型对布料质点质量和弹簧系数进行定义,得到多精度物理模型。实验结果表明,相对于高精度布料,多精度布料减少了网格数量,提高了计算效率;相对于低精度布料,它又提高了仿真的逼真度。

布料运动模型参数学习方法

为了在布料运动仿真中通过调整其中的模型参数表现不同材质布料的运动差异,提出一种基于实例的布料运动模型参数学习方法.该方法利用运动捕获设备获取布料样本的运动实例数据;通过仿真数据与实例数据对比,利用遗传算法逐步进化、学习得到布料运动模型的全部参数.采用文中方法对6种不同材质布料的运动模型参数进行学习,并利用学习结果合成相应的布料运动模拟数据.实验结果表明,每段布料运动模拟数据(时间长度为5 s)与实例数据间的相对位置误差小于6%;在相同外力驱动下,不同材质布料的运动模拟结果能够较好地反映不同材质布料的运动特性.

基于虚拟三角的布料建模弯曲约束模型

为了解决二面角弯曲约束模型存在的计算复杂和存在局限性问题,提出一种基于位置动力学的弯曲约束模型。所提模型使用角度弯曲约束模型的虚拟三角形构建约束,该约束创建方法受底层网格剖分的影响较小。同时引入全局弯曲参数,该参数与传统的刚度常数相比可以更加精确地控制弯曲变形。实验结果证明:与当前已使用的二面角弯曲约束模型相比,所提模型在虚拟三角形中操作计算,提高了模拟质量和收敛速度。

复杂密林地区植被点云组合滤波方法研究

为提高密林地形激光雷达测量(Light Detection and Ranging,LiDAR)点云数据植被点和地面点精准分类精度,采用5大传统滤波方法对林区点云进行滤波精度评定,借助布料仿真滤波算法实施相应的初始滤波处理,经准确处理后得到地形特征相对完备的初始地表点,再对具有突出植被点的初始地表点实施迭代开运算,由此得出新的地表点。并借助Ⅰ类误差、Ⅱ类误差等一系列的指标获得科学的评估精确度。布料仿真算法与简单形态学算法组合滤波较传统滤波算法Ⅱ类、总误差均明显下降,Kappa系数呈增长趋势。结果表明,该方法适用于林区点云分类,可以获得较好的滤波效果。

基于Kinect的虚拟试衣相关技术的研究

针对当前虚拟试衣技术普遍存在的一些问题,本文提出一套基于Kinect的3D实时虚拟试衣系统。本系统设备成本较低,设备体积小,操作简单,适用于家庭或是个人使用。不需要任何的穿戴就可以完成虚拟试衣的流程,并且试衣效果相对真实,能够实现基于即时演算并且能够反映人衣交互效果的虚拟试衣系统。