三维CAD中的变形体造型方法研究及应用

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1、中山大学博士学位论文三维CAD中的变形体造型方法研究及应用姓名：由芳申请学位级别：博士专业：计算机软件与理论指导教师：罗笑南;李毅2003.5.22三维CAD中的变形体造型方法研究及应用摘要摘要本论文主要针对于三维cAD中的变形体造型方法进行了深入的理论研究，并且结合服装模型，将基于物理模型的变形体细分技术成功地应用于三维服装功能性CAD中。本论文首先对计算机图形学中的重要研究课题之一：变形体造型技术，进行了历史背景和研究内容的系统回顾。并以其新的研究发展方向一体细分变形的研究综述为切入点，进一步分析了基于物理模型的体细分技术的研究概况和发展，，+在此基础上引申出

2、本文的研究课题。，本论文在以下几个方面进行了深入的研究，l其主要贡献可概括如下：＼一三变量的占样条曲面在连续型几何造型中，是实体变形造型技术中的传统方法之一。我们基于多元占形式曲面及口网表示的方法，通过对￡及∥曲线性质的讨论，证明了三变量的口样条曲面是多元B形式中的曲面，并进一步证明和讨论了多元B形式中的有理形曲面及其相关性质。通过分析细分方法的分类及思想来源，提出了两种新的六面体上的插值体细分方法。首先构造了张量积四点法体细分形式，并进一步推广至旋转体造型的情况；其次我们从四点法曲线和蝶形曲面细分方法的推导思想出发，在高一维的体中构造了非张量积形式的六面体插值体

3、细分方法。基于以上推导的体细分几何模型，我们赋予体中离散网格点一定的物理属性，建立起基于物理模型的变形体细分方法。使用扩展的弹簧一质子模型和离散的拉格朗日动力学方程，控制体上特征网格点的运动，对达到变形要求后的特征网格点进行细分，进行变形后的体造型。这种变形体细分算法避免了繁琐的调整控制网格的过程。在基于物理模型的插值变形体细分实现的同时，我们提出了体上的体的概念，针对于插值分布在体中的离散几何点及物理属性值，计算出实体中分布的物理场，并通过计算机图形的方式显示出来。我们将基于物理模型的变形体细分方法成功地运用于纺织及服装产品的机械力学工程设计系统(Mechani

4、calSensoryEngineeringDesignSystemforTextile三维CAD中的变形体遣型方法研究及应用摘要andApparelProducts，简称为MEDS)中，并结合服装的物理模型，实现了系统相应的核心功能模块。MEDS系统是一个三维功能性服装计算机辅助设计系统，并且首次提出了针对服装压强分布进行模拟和计算的功能性服装设计模型。我们首先分析了MEDS系统的理论设计基础和功能性设计要求，然后将基于物理模型的插值体细分方法运用于系统中，以体中的弹簧一质子模型和服装中的质子模型为基础，通过建立弹性人体模型和弹性大变形下的服装模型，实现了人体在穿

5、着紧身服装时的动态体变形过程及服装的穿着压强的分布计算及模拟。、———7’～总之，)本文针对三维CAD中的变形体造型的研究和应用方面，作了认真和有／益的探索，不仅在计算机辅助几何设计及计算机图形学的角度上提出了自己的新的研究思路和见解，而且结合服装模型，将其成功她扩展和应用于服装功能性CAD中。这不仅在为几何形体造型、变形及动画制作提供了新的方法，而且对功能性服装CAD、计算机动画、工业产品造型设计等领域的发展具有一定的参考价值。关键词：三维CAD、变形体造型、功能性服装CAD、多元别形式、插值体细分、服装压强分布模拟、服装物理模型Ⅱ巡、六面体三丝!竺!塑壅丝堡垫

6、型查兰翌壅墨生旦——型堡翌!型三ABSTRACTInthisthesis，weconcentrateonthestudyingonvolumedeformationmodelingmethodanditsapplicationinthefunctionalCADof3DGarment，withthephysics．basedmodelingofdeformablevolumesubdivisionandthephysics-basedclothingmodeling．Asoneofthemostimportantresearchissuesinthecompute

7、rgraphics，thehistoryanditsclassificationofvolumedeformationarereviewedfirstly,andthenthesubdivisiontechniqueofdeformablevolumeisfurtheranalyzedasanewtrendsinthisrealm．Basedonthereviewandanalyzetheresearchdevelopingofphysics-basedmodelingofdeformablevolumesubdivision，wefocusonseveralre

8、searc