浅析虚拟现实技术在布料模拟中的应用研究

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1、福建电脑2017,11(33),40-40+45DOI:10.167O7/j.cnki.Qpc.2017.11.020浅析虚拟现实技术在布料模拟中的应用研究冉维重庆第二师范学院导出/参考文献关注分享收藏打印摘要：本文从布料模拟的基本物理方法进行探讨，分析了布料模拟中的常见问题，例如布料与外部物体的碰撞判断、布料被夹住时如何处理以及模拟屮如何体现布料的质感和细节，也分析了目前布料模拟过程中急需解决的布料间相互干扰的问题。关键词：布料模拟;碰撞;布料运动;基金：虚拟现实技术在真实服装效果实现中的应用，项FI批号:KY201322C虚拟现实技术是一种可以创建和体验虚拟世界的计算机仿真系

2、统，它利用计算机生成一种模拟环境，是一种多源信息融合的、交互式的三维动态视景和实体行为的系统，仿真使用户沉浸到该环境中。娱乐和艺术既是虚拟现实技术重要的应用方向之一，也为虚拟现实技术的快速发展起到了巨大的需求牵引作用。随着计算机技术的发展，我们不仅能拍摄出真实的场景和人物，也可以通过计算机仿真制作虚拟的角色、搭逑虚拟的环境，在虚拟的三维世界中，服装作为凸显人物性格、提示剧情发展、烘托主题的重要道具从一开始就受到了广泛的关注，本文试图通过分析虚拟现实技术在布料模拟中开发与应用，梳理当前主要使用的模拟和计算方法。1.布料模拟的基础方法在三维动両制作软件中，流体、刚体和布料的模拟动両是

3、非常重要的基于物理模拟的动画技术。其中布料模拟是最早开始进行研究的课题之一。经过一系列的研究和设计出的解答方案，最后被广泛认同和采用的方法是“用弹力线连接模型上的各个受力点再用能量守恒定律加以计算”的方法。该方法考虑了三个方面的作用力，一是来自模型内部的能量变化;二是保持伸缩后的状态所产生的反作用力;三是从外部给物体一定的重力、风力等。计算出这些力达到平衡状态时各个受力点的位置，我们就能计算出布料的大体形状。在进行布料模拟时往往会花费大量的时间，为了减少运算的时间，研发者提出了使用隐函数来解决运算时间过长的问题U1，该算法首先经过预测出下一步骤中的位移情况，然后在预测所得结果和现

4、在的位移之间的相对关系基础上算出位移的变化情况。该方法一边预测一边计算，计算量并不会增加，可以顺利得到正确的计算结果。这一方法目前被大量用在布料模拟工作屮。其代表软件就是Maya的Cloth模拟部分。1.布料与外部物体的碰撞判断一般情况下三维动画中需要进行计算的布料有两种情况，一是布料与外部物体发生碰撞、二是如衣服类的布料长时间与外部物体接触。第一种情况首先需要对碰撞进行判定，在确定发生碰撞之后，向可以避开碰撞的方向给一个加速度，如果这样碰撞仍然发生，则需耍给予一个分离的力量使得布料和物体分开。第二种情况下如果同样给予一个分离力使布料与物体分离，虽然能避免布料嵌入物体的情况发生，

5、但是这种方法做山来的效果会给人一种很不自然的感觉，因此，针对该问题，研宄者提出了如下的解决方法:假定用于控制布料运动的受力点的质量随该受力点的运动方向发生变化的话，那么可以通过加大与外部物体发生接触的方向的质量来控制布料在该方向的加速运动。m2.碰撞判定与碰撞反弹在对一般的碰撞进行判定的时候，我们通常会用到形状简化的替代物来提高碰撞判定计算的效率。这种方法也被应用在布料模拟的制作屮，研发人员等花费了大量篇幅论证一种能大幅提高碰撩判定和碰撩回避计算效率的新方法。U1首先记录下碰撞发生后布料上的各个受力点的运动轨迹。然后参照这些轨迹预测出在下一步骤中再次发生碰撞的几率和发生碰撞的可能

6、性最小的方向。接着，根据碰撞发生的几率对模拟步骤的幅度做出相应的调整，并将保持现冇速度的力和发生碰撞几率较低方向的加速力进行合成。这样，可以扩大初期状态时各个步骤的幅度，而且在各个步骤中加入弹力的必要性也降低到了最小限度。所以整个模拟计算的时间也得到大幅度的缩减。这种方法在计算机布料与地面、墙壁等外部物体发生碰撞并表现为不规则位相变化吋的运动轨迹方面效果良好。在《星球大战前传三部曲》中尤达大师穿的衣服就是采用这种计算方法。1.被物体夹住的布料的处理在布料与外部物体发生接触的所有情况中，最为复杂的是布料被几个物体夹住的情况，提出了一种最为实用的解决方法。不考虑布料被物体被紧紧夹住以

7、前的任何运动状态，只考虑经过一段时间的运动之后，布料被多个物体牢牢固定达到稳定状态时的情况。m这样其实布料的运动就是将夹住布料的物体的运动进行平均化之后得到的结果。也就是说，如果夹住布料的两边物体均处于静止状态时，布料也是处于静止状态的，有一边的物体运动，另一边处于静止时候，只要将布料的速度设定为正在运动中的物体速度的一半左右即可。和布料与障碍物发生碰撞时候的判定一样，在计算被物体夹住的布料之间的重叠吋也只需要用覆盖住布料的网格部分就可以提高工作效率。在具体操作中，还需要在已经检