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在计算机上进行柔性织物仿真,生成真实感服装,是近十多年来国际和国内计算机图形学界的一个重要的研究方向。它不仅是企业服装CAD/CAM系统的关键组成技术,而且在虚拟现实、计算机艺术、电子商务等方面都有着广泛的应用前景。在本文中,我们对计算机的基于三角域的柔性织物仿真进行研究。首先综合论述近年来柔性织物计算机仿真的基础理论,主要造型方法及研究现状。分别对柔性织物的模型构建,仿真的数值算法等技术进行分析与研究。
对三维柔性织物的模型构建,我们采用了基于三角域的网格结构和粒子模型相结合的方法,将织物进行三角域网格剖分后,把三角域网格的顶点看作是粒子,则整块织物就是由这些粒子组成的。在此基础上,根据织物的形变情况,我们将织物的内部作用力归纳为拉伸力、弯曲力和剪切力三类。结合Kawabata实验的数据结果,推导出相应的能量函数和受力函数。运动微分方程的求解,是实现柔性织物计算机仿真的技术关键,显式解法简单,灵活,易于实现,但稳定性能不足,不能满足柔性织物计算机动画的实时要求;隐式方法稳定性好,允许大步长,但方法复杂,需要求解巨型的线性方程组,直接影响实际仿真效率,所以我们使用预条件的共轭梯度法来加快仿真的速度。在我们的基于三角域的柔性织物仿真中,显式解法和隐式解法都适用,显示解法在求解时只需要知道粒子的受力函数,比较简便;而隐式解法则不但需要知道粒子的受力函数,还要知道粒子的受力函数对位置的偏导,但隐式方法的仿真效果比较好。在模型的实现方面,我们采用面向对象的系统设计方法,利用OpenGL,在VC¨平台上构建了三维虚拟服装仿真模拟系统。论文中的大部分算法均在系统中得以实现。论文最后,介绍仿真系统的整体结构,对象模型,实现流程及功能设计,并给出实际例证。