正确的质点间距，根据约束条件通过施 加位移补偿来调节，这可以直接沿着弹簧的方向把质点推开或者拉近来完成，推开或拉近 根据错误的间距是过小还是过大来决定。
[0086] 定义1；^=?' ^'，为预测的弹簧新的向量，那么质点坐标的补偿向量可用公式 (3)表示：
[0089] 下面通过一组实施例对本发明做进一步说明：
[0090] 如图8所示，本发明所述仿真方法的仿真流程图
[0091] 第一步输入服装三维模型，读入三维模型文件，读取模型的顶点、三角面，主要是 利用3DS Max等通用建模软件创建的模型文件。不失一般性，在实验中使用了各个软件都 普遍支持的FBX格式。
[0092] 第二步根据FBX文件中模型的顶点和三角面数据，将顶点和三角面映射成质点弹 簧模型，利用技术方案中的方法实现任意服装模型的质点弹簧初始化工作。读入模型的顶 点与三角面的集合，根据映射关系计算质点间的结构弹簧与弯曲弹簧，并初始化质点的位 置：p (t+ Δ t) = p (t) = p (t- Δ t) 〇
[0093] 第三步计算质点的重力与外力，对质点施加外力，包括重力、风力、人工力等。重力 是持续存在，外力可以在迭代的过程中通过人机交互的方式施加。如果合力不为零，预测质 点的新坐标P(t+At);
[0094] 第四步预测质点的运动位置。依据技术方案中的Verlet质点运动方程计算下一 帧的位置坐标，因为此步计算的数值可能会造成布料的过拉伸或者与其它物体的碰撞，所 以不能作为最终的坐标值，称之为预测值。
[0095] 第五步根据弹簧刚性值进行抗拉伸计算。技术方案中对所述质点的运动轨迹进 行约束和补偿方法，对抗拉伸的弹簧刚性约束，并根据约束条件，对预测坐标进行位置补偿 A p〇
[0096] 第六步碰撞检测，即检查每个弹簧的状态是否符合约束条件。此步骤计算服装质 点是否与外部物体有表面冲突（即碰撞）。碰撞检测不在本次研究之内，故实验中使用了相 对简单的衣架物体。当质点与衣架发生碰撞后，恢复以前位置值，并重新进行抗拉伸计算。
[0097] 第七步更新质点的运动位置。根据最后计算的值更新质点的当前位置p (t)，并根 据质点集合更新模型的顶点数据，重新进行服装场景的渲染。清空当前的施加外力，转向第 三步继续迭代。
[0098] 本申请中算法利用Visual C#和Unity3D在Windows 8. 1条件下进行仿真计算。 实验中使用了重力与风力。模拟效果如图9所示，左图为模型在重力条件下的原始状态，中 图为风力值为1. 〇时的状态，右图为风力值为10. 〇时的状态。因为计算简便，模拟效果画 面流畅，体现了在效率上的优势，可以实时处理外力对服装的影响。
[0099] 在这个例子中，服装模型使用的通用建模软件导出的文件，是由大量不规则三角 面所组成。实验结果表面，弹簧的映射较好地模拟了布料在外力作用下的形变。因为使用 了防止过拉伸的强力约束，超弹现象得到了很好的遏制。经过计算，所有弹簧的变形波动不 超过1%。
[0100] 为了检验算法的执行效率，实验中也采用了具有不同精度的模型。具体做法是将 同一件服装模型作不同精度的减面处理，分别得到10600, 5280,1028三种模型。如图10所 示，为三种模型的运行时间对比图。粒子系统模型是最接近织物本质的一个模型，粒子网 格划分得越细，就越接近织物内部非连续单元的尺寸，模拟的结果就越逼真。
[0101] 综上所述，本发明所述技术方案对任意服装三维模型进行了设计，满足了通用性 的要求。本发明基于三维模型不是规则的网格质点结构的特点，将不规则三角面映射成结 构和弯曲弹簧模型；本发明引入质点运动的预测机制，不对质点的移动速度进行显式的计 算，提高了算法的可靠性，并为约束计算和位置纠偏提供了机会；本发明使用简便易行的方 法实现了刚性弹簧变形，有效解决了过拉伸现象，更加符合服装布料的物理特性；本发明无 需计算质点运动中的速度数据，只需计算三角面片顶点的位置信息，在执行速度上具有优 势，为实时地服装仿真奠定了基础。本发明所述技术方案具有简洁性和可模块化的优势。
[0102] 显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对 本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可 以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发 明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。
【主权项】
1. 基于质点弹簧结构的通用服装三维模型仿真方法，其特征在于，该方法的步骤包括 获取服装模型的顶点和三角面的信息； 通过所述顶点和三角面的信息，构建邻接关系，并建立该服装的质点弹簧结构模型； 基于数值求解算法，将所述弹簧模型中质点的位置和力学量展开，并进行迭代运算获 得质点在t时刻的运动轨迹，即服装的三维仿真模型。2. 根据权利要求1所述的服装三维模型仿真方法，其特征在于，该方法的步骤进一步 包括对所述质点的运动轨迹进行约束和补偿。3. 根据权利要求1所述的服装三维模型仿真方法，其特征在于，所述邻接关系包括邻 接点和邻接面； 所述邻接点是以任意点为顶点，通过边与该点连接的周边的点； 所述邻接面是以任意三角面为中心面，与该中心面共边的三角面。4. 根据权利要求3所述的服装三维模型仿真方法，其特征在于，所述步构建邻接关系 包括 利用边将每个顶点的邻接点连接，并将所有边作为结构弹簧； 在每个三角面及其邻接面中的所有顶点中，选取三个顶点作为弯曲弹簧的质点。5. 根据权利要求4所述的服装三维模型仿真方法，其特征在于，所述选取的三个顶点 的入度为2。6. 根据权利要求4所述的服装三维模型仿真方法，其特征在于，利用所述基于质点弹 簧结构的弹簧模型对服装仿真时，只采用结构弹簧和弯曲弹簧作为仿真参数，忽略剪切弹 簧。7. 根据权利要求2所述的服装三维模型仿真方法，其特征在于，所述对所述质点的运 动轨迹进行约束和补偿的步骤包括 假设某弹簧两质点分别为1和V ,，其初始弹簧L1,满足：L 1]= p 新的坐标位置的弹簧向量为L' p' i_p' ，则质点坐标的补偿向量为：8. 根据权利要求7所述的服装三维模型仿真方法，其特征在于，所述利用迭代算法进 行模型的仿真迭代的步骤进一步包括 在每次迭代之后，检查每个弹簧的状态是否符合约束条件；如果不符合，则对新的坐标 位置进行补偿修正，以修正后的坐标作为迭代后的结果。9. 基于质点弹簧结构的通用服装三维模型仿真系统，其特征在于，该系统包括 服装信息获取模块，用于获取服装模型的顶点和面的信息； 弹簧模型构建模块，通过所述点和面的信息，构建邻接关系，并建立该服装的基于质点 弹簧结构的弹簧模型； 运动轨迹解析模块，基于数值求解算法，将所述弹簧模型中质点的位置和力学量展开， 获得质点在t时刻的运动轨迹； 迭代模块，基于所述弹簧模型和质点t时刻的运动轨迹，利用迭代算法进行模型的仿 真迭代，获得服装的三维仿真模型。10.根据权利要求9所述的服装三维模型仿真方法，其特征在于，该系统进一步包括约 束模块，用于执行以下步骤 假设某弹簧两质点分别为1和V ,，其初始弹簧L1,满足：新的坐标位置的弹簧向量为则质点坐标的补偿向量为：
【专利摘要】本发明公开了一种基于质点弹簧结构的通用服装三维模型的仿真方法，该方法通过获取服装模型的顶点和三角面的信息，构建邻接关系，并建立该服装的质点弹簧结构模型；基于数值求解算法，利用迭代运算获得质点在t时刻的运动轨迹。本发明进一步公开了一种基于质点弹簧结构的服装三维模型仿真系统。本发明将弹簧模型简化为结构弹簧和弯曲弹簧，在不影响仿真结果的同时，减少了计算量，提高了仿真效率；本发明引入了质点运动预测机制，提高了仿真的可靠性和仿真的纠错能力，使仿真结果更加符合服装布料的物理特性；本发明无需对质点的速度数据进行计算，仅需计算三角面上顶点的位置，提高了仿真的速度。
【IPC分类】G06T17/30
【公开号】CN105354879
【申请号】CN201510659113
【发明人】刘正东
【申请人】北京服装学院
【公开日】2016年2月24日
【申请日】2015年10月12日