[发明专利]一种布料仿真方法、系统、电子设备及存储介质

说明书

本发明公开了一种基于弹簧质点模型的各项异性材质的布料仿真方法、系统、电子设备及存储介质，属于仿真技术领域，包括对布料进行离散化的三角形网格划分，获得布料上每个三角形顶点坐标；将布料在二维纹理坐标系中展开铺平，获得三角形顶点的二维纹理坐标；对每个三角形顶点进行弹簧质点形变计算，获得每个时间节点上的新坐标；计算出表面的法向量并进行渲染，实时仿真地绘制出动态形变可视化的效果；对三角形顶点进行质点弹簧迭代形变计算包括三角形顶点中任意两个顶点之间弹力，弹力的强度系数包括位于二维纹理坐标系中X轴和Y轴方向。本发明引入了各项异性弯曲方法，使得布料仿真通过调节局部材质方向二维参数控制布料的各向异性行为。

技术领域

本发明涉及仿真技术领域，尤其涉及一种基于弹簧质点模型的各项异性材质的布料仿真方法、系统、电子设备及存储介质。

背景技术

现实世界中布料的材质属性往往是各项异性的，布料的拉伸、弯曲属性在不同方向是不一致的，增强了布料表面的褶皱等细节的多样性。

为了考虑各项异性，布料仿真往往利用有限元技术进行复杂的建模与运算，如Data-Driven Elastic Models for Cloth:Modeling and Measurement；这些方法可以精确建模布料局部的各项异性拉伸与各项异性弯曲，但是往往计算量较大并且需要布料有一个非常好的三角形网格表达。

实际工程中，考虑到计算效率、代码简单性、运行稳定性、参数可控性等因素，往往会使用弹簧质点模型：把布料建模三角形网格的每条边建模为一根弹簧，然后基于此来进行后续物理仿真。但是现有弹簧质点模型无法有效支持各项异性材质。

发明内容

针对上述问题中存在的不足之处，本发明提供一种基于弹簧质点模型的各项异性材质的布料仿真方法、系统、电子设备及存储介质。

为实现上述目的，本发明提供一种基于弹簧质点模型的各项异性材质的布料仿真方法，包括：

对初始状态下的布料进行离散化的三角形网格划分，获得所述布料上每个三角形顶点坐标；

将初始状态下的所述布料在二维纹理坐标系中展开铺平，获得每个所述三角形顶点的二维纹理坐标；

按照牛顿力学以及胡克定律，对每个所述三角形顶点进行弹簧质点形变计算，获得每个时间节点上的每个所述三角形顶点的新坐标；

根据所述三角形顶点的新坐标以及拓扑连接关系，计算出表面的法向量并进行渲染，实时仿真地绘制出动态形变可视化的效果；

其中，对每个所述三角形顶点进行质点弹簧迭代形变计算包括每个所述三角形顶点中任意两个顶点之间弹力，所述弹力的强度系数包括位于所述二维纹理坐标系中X轴和Y轴方向。

优选的是，对初始状态下的布料进行离散化的三角形网格划分，获得所述布料上每个三角形顶点坐标的步骤包括：

对所述布料的不同面分别离散化并缝合，形成由三角形面片组成的离散化表示；

采用改进误差扩散算法，在离散化曲面上按一定的密度进行初始布点；

采用基于空间距离的粒子动力松弛算法对点云进行初步均匀化；

采用基于曲面距离的k均值算法进行再次均匀化；

对均匀的点云求基于曲面距离的Voronoi图，并获得三角网格；

对三角网格进行拓扑优化；

采用弹簧质点法对三角网格进行光顺优化。

优选的是，对每个所述三角形顶点进行弹簧质点形变计算，获得每个时间节点上的每个所述三角形顶点的新坐标步骤包括：

根据弹性材质方程公式：