随着三维互联网应用的迅速发展,虚拟环境中布料动画的需求越来越多。无论是在计算机3D游戏动画领域,还是在三维动画影视等领域,人们对于逼真性高、交互性强等动画效果的要求越来越高。众多学者经过多年的研究,已经取得了一些显著的成果,然而现有的布料动画技术难以满足其高实时性、高逼真性的现实要求。在布料动画技术中,有两个关键评价指标,一是实时性,二是真实感。但是这两个因素在布料动画中是一种矛盾的存在,真实感的基础在于复杂的物理计算,而大量的计算又注定会影响实时性。因此在布料动画中如何兼顾实时性和真实感,取得有效的折中是目前仍需解决的主要问题。本文基于以上研究背景与问题,对布料实时动画中所用关键技术进行研究。首先对布料建模方法、质点-弹簧模型中的受力分析和数值积分计算等内容进行对比分析,然后建立动力学方程,并且选取隐式欧拉法对其进行微分求解,最后使用一种基于区域预处理的方式对布料进行碰撞检测与响应。本文所做的具体工作如下:1.研究布料区域划分策略,提出一种新的区域划分的方法。根据布料与其它物体之间的距离对布料划分三个区域,分别为几何区域、弱物理区域和强物理区域,对每个区域使用不同的仿真方法,使其在保证真实感的基础上,最大限度提升模拟效率,增强实时性。2.研究物理方法的原理,提出一种“弱物理”方法。基于传统物理方法的模拟方法,结合布料某些区域的特殊属性,对传统物理方法进行简化。针对某些区域的布料物理细节较少,即使使用传统的物理方法也不会产生较多的褶皱等信息,因此使用简化的物理的方法不仅可以减少计算量,提升模拟效率,增强实时性,而且真实感也不会因此减弱。3.研究AABB包围盒算法,并在此基础之上进行改进,提出一种基于区域预处理的AABB包围盒算法。该算法通过预处理的方式对AABB包围盒进行简化,将碰撞时具有相似性最小几何元素聚合至一起,使若干个最小几何元素作为一个整体存放在一个AABB包围盒叶子节点中,参与碰撞检测与响应。此算法有利于提高系统的计算性能,进一步增强布料动画的实时性。总之,本文围绕保证布料模拟真实感、增强布料模拟实时性的思路,提出两种布料动画的优化算法,并且通过仿真实验验证了两种方法的实用性。本文研究成果不仅为布料动画的生成提供新的理论和方法,还对虚拟现实、3D游戏动画、电影等领域的基础理论和技术提升具有重要意义。