[发明专利]反向模拟多根纤维

说明书

本发明提供一种用于反向模拟多根纤维的计算机实施方法。所述方法包括：提供用于描述纤维的机械行为的计算模型；获得描述所述多根纤维的目标配置或动态行为的目标几何信息；以及使用所述计算模型和所述目标几何信息反向模拟所述多根纤维的所述行为，以计算所述多根纤维的目标纤维机械参数组。具有经计算的目标纤维机械参数组的纤维表现出所述目标配置或动态行为。在一些实施方案中，所述反向模拟包括使用综合分析来帮助导出所述目标纤维机械参数组。在一些实施方案中，所述反向模拟使用神经网络从所述目标几何信息推断关于纤维机械参数的信息。本发明还提供一种训练所述神经网络的方法。

技术领域

本发明涉及一种用于反向模拟多根纤维的计算机实施方法。该方法具体地可应用于反向模拟一束毛发或满头毛发。它还可应用于反向模拟织造或非织造织物、刷子或包含纤维材料的其它产品。

背景技术

物理系统的计算机模拟是已知的并且在许多技术领域中使用。模拟应用包括(但不限于)计算机图形和结构模拟。通常希望计算机模拟尽可能真实以便尽可能准确地捕获和预测系统的真实世界行为。

本发明具体地涉及模拟多根纤维。纤维组件可能难以模拟，这是因为要考虑的元件数量庞大以及它们之间相互作用的潜在复杂性两者。希望以更加忠实于现实世界中那些纤维的机械行为的方式来模拟纤维，诸如毛发纤维。更好的纤维模拟可用于毛发的计算机图形动画；用于含纤维的制品，诸如刷子的结构模拟；以及用于许多其它应用。

这种已知的模拟方法使用“正向”模拟过程。这涉及基于关于控制多根纤维的行为的参数的预先存在的知识来模拟该行为。这面临以下问题：对于给定纤维，确定参数可能是困难的，耗时的，或者在一些情况下是不可能的。有时可能需要对真实纤维进行侵入性和/或破坏性测试。在一些情况下，所得参数也可能对测试条件或测量变化敏感，这可能导致不准确。希望找到确定参数的更好的方法。

发明内容

本发明人已经认识到，纤维机械参数可通过反向模拟纤维组件来确定。在这里，“反向”模拟是指正常的正向模拟的反转，其可允许基于对纤维行为的观察使用与用于正向模拟的计算模型类似的计算模型来推断纤维的参数。此类反向模拟在其它应用中也具有更广泛的用途，在这些应用中，分析或预测纤维的机械特征是重要的。

本发明由权利要求定义。根据本发明的第一方面，提供了一种用于反向模拟多根纤维的计算机实施方法，该方法包括：

提供用于描述纤维的机械行为的计算模型；

获得描述所述多根纤维的目标配置或动态行为的目标几何信息；以及

使用计算模型和目标几何信息反向模拟多根纤维的行为，以计算多根纤维的目标纤维机械参数组，使得具有经计算的目标纤维机械参数组的纤维将表现出目标配置或动态行为。

计算目标纤维机械参数组，使得如果向多根纤维赋予那些纤维机械参数，则多根纤维将表现出目标配置或动态行为。

另选地，如果目标配置或动态行为涉及真实的物理纤维，则目标纤维机械参数组可描述那些纤维。

目标几何信息可包括多根纤维的图像或视频。

多根纤维的图像可示出处于稳态静态配置中的纤维。多根纤维的视频可示出纤维响应于机械刺激，诸如脉冲或振荡运动而移动。

目标几何信息可包括对纤维中的每一根的多个段的三维位置的描述。

可提供三维位置信息作为视觉输入，诸如图像或视频的另选方案，但是优选地除了该视觉输入之外还提供三维位置信息。

计算模型可将每根纤维建模为段的链。

几何信息还可包括预定类型的纤维之中的结分布。另选地，结分布可隐含在几何信息中和/或可通过模拟从该几何信息来确定。

几何信息还可包括纤维中的每一根的多个段中的每一段的速度。