[发明专利]一种基于纱线模型的织物仿真方法

说明书

本发明涉及一种基于纱线模型的织物仿真方法，给出了一种机织物离散化建模方法，并在进行受力分析，给出了该模型织物所受内力以及外力的表达式。在模型表示方面，采用连续纱线模型，其质量在纱线上连续分布，更符合真实的织物。针对织物仿真中可能出现的超弹性问题给出了相应的解决方法，将形变约束与运动方程相结合，可以在不修改物理仿真模型的前提下，在运动积分过程中进行形变约束求解，从而获得良好的仿真效果。其步骤是(1)基于织物的结构特性对织物进行离散建模；(2)从拉格朗日动力学方程出发，分析织物受到的内力与外力；(3)采用半隐式积分方案对织物进行运动积分，实现动态仿真的目的；(4)对织物的形变进行约束。

技术领域

本发明涉及一种基于纱线模型的织物仿真方法，属于织物仿真技术领域。

背景技术

织物是在日常生活中随处可见的东西，如毛巾，窗帘，桌布，旗帜，服饰等。在计算机动画领域，织物仿真也是增强动画真实性，提高人们视觉体验等众多关键技术中的一项。虽然织物仿真是一项具有广阔应用前景的技术，但是由于织物变形模拟的难度比较大，目前的仿真方法都不能十分准确的模拟织物的运动，而是对织物运动的一种近似表示，其中基于物理的仿真方法考虑了织物的物理特性，在描述织物的材质与变形方面有着独特的优势。

在以往的研究工作中，常用的仿真模型有弹簧质子模型、有限元模型和基于位置的动力学模型。这三种方法在比拟的织物结构上都不相同，所以在织物仿真的效果上都各有优缺点。近来的研究从织物的细微结构出发，对织物的编织模式与纱线进行模拟，织物仿真的效果就越来越具有真实感。

以往织物仿真方法主要存在以下问题：

(1)传统织物物理仿真方法原理简单，但要得到织物的褶皱等细节效果，就需要精细的网格，在精细网格上进行物理仿真比较耗时。

(2)传统织物物理仿真方法采用的模型是对织物的一种近似表示，没有考虑到织物的结构。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于纱线的物理仿真方法针对织物仿真，提高织物仿真结果的真实感和加快模拟速度，能够反映织物的动态运动，更具有真实感。

本发明采用的技术方案：第一步对织物进行建模，获得计算机可以处理的离散结构模型表示；第二步对织物受到的内力与外力进行分析，列出运动学方程，以获取动态仿真效果；第三步对运动学方程进行积分求解，得到某一时刻织物对应的运动状态；第四步是针对织物的超弹性现象求解约束方程，从而获得更真实的仿真效果。

该方案实现的步骤：

(1)基于织物的结构特性对织物进行基于纱线模型的离散建模，获取计算机可以处理的结构模型；

(2)对纱线间的复杂受力进行了简化分析，分析织物受到的内力与外力，既提高了仿真速度，也可以取得较贴近现实的效果；

(3)对织物进行运动积分，实现动态仿真的目的；

(4)对织物的形变进行约束，获取动态仿真效果。

具体如下：

(1)基于纱线模型的经纬编织结构，对织物进行建模，获得计算机处理的离散结构模型表示；

(2)对织物的离散结构模型所受到的内力与外力进行分析，得出运动学方程；

(3)对运动学方程进行积分求解，得到某一时刻织物对应的运动状态；

(4)对所述织物形变进行约束，并根据织物形变和其运动状态获取动态仿真效果。

所述步骤(1)中，对织物进行建模的方法如下：