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服装动画是角色动画的重要组成部分。利用服装动画技术,能够生成逼真的服装运动,使得虚拟角色整体具有非常细腻真实的动画效果。目前,服装动画技术在电影电视、游戏娱乐、虚拟现实等领域得到了广泛的应用。然而,服装动画技术仍面临诸多挑战,特别是在碰撞处理方面,其效率和效果距离实际应用需求还有一定差距。 本文采用基于物理的服装建模方法来对服装运动进行建模,并围绕碰撞检测与碰撞响应这两个方面展开研究,实现了逼真自然的服装动茴效果,研究成果如下: 1.提出了一种精确、鲁棒的碰撞检测方法 由于受数值误差的影响,碰撞检测可能会漏掉碰撞,给后面的仿真带来灾难性的影响。为此,本文引入了离散的碰撞检测,与连续的穿透检测相结合,解决了漏检的问题。同时,本文在判断几何元素之间是否穿透时,还引入一定的余量,克服了数值误差带来的不利影响,使碰撞检测更加准确。为了防止两条边夹角过小使传统的碰撞检测算法失效,本文提出对此情况进行特殊处理,实现了更加鲁棒的碰撞检测。 2.提出了一种新的约束条件更新策略,加快了基于约束的碰撞响应的速度 传统的基于约束的碰撞响应方法,响应效果逼真,但计算量很大。本文提出了一种改进的响应方法,采用新的约束条件更新策略,减少了需要响应的碰撞个数,在保持碰撞响应效果的前提下,提高了碰撞响应的速度,从而减少了服装动画所需的计算时间。 3.实现了服装动画中的一系列经典算法,在此基础上研制了服装动画原型系统 本文采用质点-弹簧模型,建立服装的受力模型。采用隐式的欧拉积分来求解微分方程组,以保证在大步长下的稳定性。为了避免服装与人体、服装与自身的穿透,加入碰撞检测与响应。在上述工作基础上,本文实现了一个服装动画原型系统,能够生成逼真自然的服装动画。