布料动画关键技术研究

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1、浙江大学计算机科学与技术学院博士学位论文布料动画关键技术研究姓名：周川申请学位级别：博士专业：计算机科学与技术指导教师：金小刚20090401浙江大学博士学位论文摘要题。◆建立了一种基于织物细观编织结构的布料物理模型。织物细观不连续结构是织物区别于其它轻薄柔软材料的最关键特征，而且它几乎会影响织物所有的变形行为。然而，以前布料动画模型都没有考虑织物细观结构对织物变形的影响。通过研究织物纤维经历平面剪切作用中的运动和变形情况，我们建立了一种基于细观结构的织物剪切模型。利用这个模型，我们模拟得到的布料具有了正确的平面变形行为，并且可以真实再现织物特有的剪切屈曲现象。◆我们将织物屈曲问题分为

2、剪切屈曲和结构屈曲两类。前者是由面内拉伸引起的，而后者则是由压缩产生的。结构屈曲(弯曲)是布料表面褶皱产生和变化的主要原因。我们采用薄壳理论建立了一种新的弯曲模型一动态结构屈曲模型，并且利用动态刚度方法将这个模型应用子弹簧一质点系统中。相比其它弯曲模型，利用动态屈曲模型产生的布料动画具有更加真实而生动的布料褶皱效果。关键词：布料动画，基于物理的动画，力学模拟，半隐式积分方法，薄壳，剪切，剪切屈曲，结构屈曲，弯曲，稳定性浙江人学博士学位论文AbstractClothmodelingandsimulationbasedonphysicalprinciplesiswidelyusedinma

3、nyapplications，suchascomputeranimation，filmindustry,computergame，virtualreality,garmentindustry,andSOon．Althoughclothanimationhasachievedimportantprogressesinpast20years，itisyetoneofthemostimportantchallengingproblemsincomputergraphicscommunity．Efficiency,stability,qualityandrealityarethemainiss

4、uestobeconsideredinclothsimulation．Comparedwithotherresearchesforsimulatinggeneralelasticobjects，variousproblemswillarisewhenwetrytosolveaboveissues．Clothmodelingusingcontinuummechanicshassufferedseriousdifficultiesandproblemsbecauseitinvolvessolvingcomplexmechanicalproblemssuchaslargedisplaceme

5、nts，largerotationsandlargestrains．Moreover,clothhascomplexmicro—interweavedstructurescomparedwithcontinuummaterialsandthisleadstosignificantlydifferentmechanicalbehavior．Furthermore，simulatingthinflexiblematerialssuchasclothhastosolvestiffproblemswithdynamicsystems，whichmakesthenumericalsolution

6、ofthegovemingequationhardtomaintainstability．Inaddition，interactiveclothsimulationneedstoconsidercomplexinteractionsbetweenclothandotherobjectsorselfinteractions，suchasconstraint，collision，frictionandSOon，astheyhavegreatinfluencesontheefficiencyandrealityofclothanimationsystems．Untilnow,itisstil

7、ladifficultproblemtoproducefast，stableandrealisticclothanimation．Thisthesisfocusesonsomekeytechniquesonimprovingtheperformanceandrealityforclothanimation，andpresentssomepracticalsolutions．Themaincontributionsarelistedinthefo