角色动画中布料的模拟与渲染研究

论文摘要

在过去的二三十年里，随着计算机图形学的迅猛发展，计算机动画成为了人们研究的热门领域。而物理的布料模拟是计算机动画的一个非常重要的组成部分。布料模拟在三维服装模拟设计、虚拟现实技术、游戏和影视等领域中得到了广泛的应用。虽然经历了几十年的发展，布料的实时模拟仍然是当前图形学领域中具有挑战性的课题。早期的模拟是采用几何的方法，这种方法比较简单，而且快速，但是适用范围有限，模拟的质量不是很高，往往还需用户自己干预。后来，基于物理的布料模型占据了该领域的重要位置。基于物理的模型中，质点-弹簧模型由于其计算的高效率，模拟效果的高逼真度，而且算法容易实现等特点，得到了广泛的应用。本文的布料模拟就是采用了该模型。本文首先介绍了布料模拟技术的发展状况以及应用前景，接下来分析了布料的物理特性，比较了用于布料仿真系统建模的几何，物理，混合等方法的优劣。并且对质点-弹簧模型进行了受力分析，受力分析后，文章介绍了布料模拟中的几种数值求解方法，比较了各种数值求解方法的性能。故我们采用一种改进的基于Verlet的布料模拟方法对人物布料进行模拟和仿真。本项目将深入研究基于Mass-Spring柔体模型所建立的布料模型和采用改进Verlet算法所进行的布料模拟仿真。最后，为了具有真实的模拟效果，用了OpenGL图形软件接口，对模型进行了光照和纹理映射，实验证明，本文实现对布料的实时性，效率性和稳定性和效果上取得了一定的优势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 本文研究的背景及意义
• 1.2 应用前景
• 1.3 国内外研究现状
• 1.4 研究内容
• 1.5 结构安排
• 第二章 布料模拟方法综述
• 2.1 布料的外观和内部结构
• 2.2 布料力学特性
• 2.3 布料的模型
• 2.3.1 几何模型
• 2.3.2 物理模型
• 2.3.3 混合模型
• 2.3.4 其他模型
• 2.4 小结
• 第三章 布料的运动模拟
• 3.1 模型受力分析
• 3.1.1 内力
• 3.1.2 外力
• 3.2 布料模型的数值积分方法
• 3.2.1 显示欧拉法
• 3.2.2 隐式积分法
• 3.2.3 半隐式积分法
• 3.2.4 其他方法
• 3.2.5 本文使用方法
• 3.3 布料的渲染
• 3.3.1 OpenGL 简介
• 3.3.2 光照
• 3.3.3 材质
• 3.3.4 纹理贴图
• 3.4 小结
• 第四章 布料模拟系统框架
• 4.1 系统各模块的功能
• 4.1.1 布料模拟子系统流程
• 4.1.2 碰撞检测子系统流程
• 4.2 场景设置
• 4.3 本章小结
• 第五章 系统实现与分析
• 5.1 系统实现流程
• 5.2 功能实现及结果
• 5.2.1 模型载入
• 5.2.2 模拟
• 5.3 结果
• 5.4 系统分析
• 5.5 本章小结
• 第六章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间取得的研究成果