虚拟服装仿真技术研究.pdf

虚拟服装仿真技术研究齐敏,李文娟,王毅,郝重阳西北工业大学电子信息学院,陕西西安,710072 ******@nwpu. 摘要:虚拟服装仿真己成为虚拟现实领域研究的热点和难点。本文对基于自适应网格的服装仿真算法中弹簧一质点模型和服装真实感模拟方程进行了改进,并对动态系统进行了求解。从而对传统算法从多方面改进后,所实现的虚拟服装仿真系统效果逼真,生成画面的真实感较满意,并兼顾了实时性。关键词:服装仿真,,,碰撞检测,局部自适应细化与合并 1引言随着虚拟现实技术突飞猛进的发展,虚拟服装仿真作为虚拟现实应用的一个分支在人们的日常生活中显得越来越重要。虚拟服装仿真技术是对布料的仿真利用,是服装设计技术与虚拟现实技术的理想结合。目前,已广泛用于立体时装设计及服装工业、三维电影、电视、计算机广告特技制作等领域。在虚拟服装仿真领域中,布料的真实感模拟是整个环节的关键。由于自然织物的特殊性和复杂性,布料仿真的计算代价十分昂贵。庞大的数据量、频繁复杂的碰撞都使布料仿真只能在实时性和真实感两方面达到折中意义下的统一。由于布料本身的特殊属性,任何重叠、穿透都会导致严重的视觉后果,这就要求碰撞检测必须具有高精度,但高精度同时又会导致昂贵的计算代价,使碰撞检测成为整个仿真的瓶颈。另一方面,由于布料上褶皱部分和平滑部分是共同存在的,如果使用传统的统一分辨率网格米模拟布料就会造成大量的数据浪费。本文针对基于自适应网格的服装仿真中的布料造型、运动控制、碰撞检测与响应处理、网格的局部自适应化处理、实时渲染输出等内容进行了深入分析。其中对碰撞检测算法进行了改进,改善了 ,提高了碰撞检测效率;引入局部自适应网格技术,降低了原统一分辨率方法的局限性,增强了仿真结果的真实感。 2 布料物理模型的建立 。一般说来,布料内部有三种相互作用:拉压、剪切和弯曲,可以分别使用结构弹簧、剪切弹簧和弯曲弹簧来模拟。具体构成如图 1所示。’扎。\户·: 氏/\k:≯; ,可以将所有作用于粒子上的力(包括布料的内部作用力和外部作用力)相加,来决定加速度: ^2y 小=—}t‰(x,f)+墨nt(z,f) (1) 式中X表示粒子的位置矢量,X∈R3,是求解目标;m表示粒子的质量;Fc。。(X,t)表示粒子所受外力,Fi。。(X,t)表示粒子所受内力,它们均随粒子位置和时间的变化而变化。 内力在弹簧一质点模型中,唯一被考虑的内力是弹簧的弹性变形力。由于采用的是理想的弹簧一质点系统,因此可以利用胡克定律来计算弹簧的弹性变形力?。本文对此做出改进:将三种弹簧分别与布料的拉压性能、剪切性能和弯曲性能对应起来,对待不同的弹簧采用不同的弹簧刚度;对同一类型弹簧, 也根据其变形程度采用不同的弹簧刚度。 ,为了模拟布料的自然掉落并与障碍物发生碰撞运动,往往还要考虑重力、空气阻尼力、风力等自然世界里真实存在的外力。本模型中,考虑了如下几种外力:重力,惩罚力,阻尼力。 (1)进行整理