三维服装仿真中的数值解法研究与应用.pdf

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1、山东农业大学学报(自然科学版)，2013，44(3)：456—460JournalofShandongAgriculturalUniversity(NaturalScience)三维服装仿真中的数值解法研究与应用张宗国，王灿(山东商业职业技术学院信息技术学院，山东济南250103)摘要：随着计算机仿真的发展，柔性织物仿真得到了众多科研人员的重视，可是柔性织物的特有属性决定了这个课题的巨大挑战。本文对传统的弹簧一质点模型做了重要改进，针对不同的弹簧使用不同的弹性系数，保证了仿真的真实性。本文给出了自适应Runge—Kutta方法对柔性织物仿真进行数值求解，并使用FDH解决了碰撞检测

2、的真实性与执行效率之间的问题。通过实验证明了自适应Runge—Kutta方法和FDH方法的优越性，真正实现了对柔性织物的实时动态仿真。关键词：改进的弹簧一质点模型；自适应Runge—Kutta法；FDH中图分类号：0242．1文献标识码：A文章编号：1000—2324(2013)03—0456一O5RESEARCHANDAPPLICATIONOFNUⅣIERICALSoLUTIoNIN3DFLEXIBLECLoTHZHANGZong—guo，WANGCan(ShandongInstituteofCommerceandTechnology，Jinan，250103，China)Ab

3、stract：Withtheimprovementofcomputersimulation，moreandmorescientistsattachimportancetosimula-tionoftextile．Becauseoftheparticularproperty，textilesimulationhasenormouschallenge．ThisPaperusethemodifiedmass—springmodel，diferentSpringuserdifferentcoefficientofelasticity，theSimulationismorefac·tual

4、ly．AchieveRunge—kuttamethod，solvethequestionofcollisiondetection．Wetestifythesuperiorityofself—adaptiveRunge—kuttamethodandFDHmethod．Themethodachievesreal—timedynamicsimulationofcloth．Keywords：ModifiedMass—Springmode1；self—adaptiveRunge—Kuttamethod；fixeddirectionhul1．服装作为一种柔性织物，用一种简单的模型来描述是非常

5、困难的，于是建模出现了百家争鸣的态势，其中弹簧一质点模型以其良好的真实性占据了重要的位置。可是对于织物运动微分方程的求解问题和碰撞检测问题，依然是困扰科研人员的两大难题。1改进的弹簧一质点模型随着人们对仿真质量的要求，先后出现了很多的织物数字模型，其中代表性的有弹性体模型、粒子系统模型和有限体积元模型等。在粒子模型中，由Xprovot⋯创建的弹簧质点模型，使用起来非常简单，在仿真的过程中，算法也比较容易实现，因此受到了很多研究人员得青睐。在改进的弹簧一质点模型中，根据织物形变的情况，我们可以把弹簧分成三种不同的类型-2J，质点与质点之间所受的弹簧作用力相应的也分为三类：第一种称之

6、为结构弹簧，即一个质点和横向、纵向上紧密相邻的四个质点之间的弹簧，在结构弹簧上，存在的作用力称为拉伸力与排斥力。第二种称之为剪切弹簧：一个质点和对角线方向上紧密相邻的四个质点之间的弹簧，在剪切弹簧上，存在的作用力称为剪切力。第三种称之为弯曲弹簧：一个质点和它在横向、纵向上相隔的四个质点之间的弹簧，在弯曲弹簧上，存在的作用力称为弯曲力。示意图见图l。收稿日期：2012—08—16作者简介：张宗国(1978一)，男，山东潍坊人，主要研究领域是计算机仿真。}通讯作者：Authorforcorrespondence．E—mail：wangean24@126．corn第3期张宗国等：三维服

7、装仿真中的数值解法研究与应用-457·图1拉伸力与排斥力、剪切力、弯曲力Fig．1Stretchingandrepellingforce。shearingforce，bendingforce虽然传统的弹簧一质点模型具有简单、易用、算法容易实现等优点，但是也存在着在仿真的过程中失真的现象，针对与此，对传统的弹簧一质点模型做了如下改进：1．1采用不同的弹性系数=5婵I目}力^Zv在以前的研究过程中，总是假设柔性织物在横向、纵向和对角线上的各向是同性的，也就是说结构弹簧、剪切弹簧和弯曲