[發明專利]用于模擬多根纖維的方法和計算機可讀介質

在審

• 申請號: 201780056681.5
• 申請日: 2017-09-14
• 公開（公告）號: CN109716338A
• 公開（公告）日: 2019-05-03
• 發明（設計）人: K·邁納特;D·L·米歇爾斯
• 申請（專利權）人: 寶潔公司
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 上海專利商標事務所有限公司 31100
• 代理人: 高見;錢慰民

本發明公開了一種用于模擬多根纖維的計算機實施方法。該方法具體地可應用于模擬一束毛發或滿頭毛發、織造或非織造織物、刷子或摻入纖維材料的其它產品的機械行為。該方法包括：提供用于描述纖維的機械行為的計算模型；獲得與預定類型的纖維相關聯的纖維機械參數組以與計算模型一起使用；獲得描述要模擬的多根纖維的形狀和位置的幾何信息；以及使用計算模型模擬纖維機械參數組和幾何信息、多根纖維的配置變化，以產生第二幾何信息。

技術領域

本發明涉及一種用于模擬多根纖維的計算機實施方法。該方法具體地可應用于模擬一束毛發或滿頭毛發的機械行為。它還可應用于模擬織造或非織造織物、刷子或摻入纖維材料的其它產品。

背景技術

已知的是，嘗試模擬例如用于計算機圖形動畫的纖維集合，諸如一束毛發或滿頭毛發。然而，已知的方法不夠現實。具體地，它們不是趨于以物理上準確的方式捕獲纖維的機械行為。期望以更加貼近于現實世界中那些纖維的機械行為的方式來模擬纖維諸如毛發。

發明內容

本發明由權利要求定義。

根據本發明的一個方面，提供了一種用于模擬多根纖維的配置變化的計算機實施方法，該方法包括：

提供用于描述纖維的機械行為的計算模型；

獲得與預定類型的纖維相關聯的第一組纖維機械參數以與計算模型一起使用；

獲得描述要模擬的多根纖維的形狀和位置的第一幾何信息；以及

使用計算模型模擬第一組纖維機械參數和第一幾何信息、多根纖維的配置變化，以產生第二幾何信息，

其中第一組纖維機械參數包括以下中的至少一者、任何兩者或全部三者：

在預定類型的纖維之間的一個或多個摩擦系數；

預定類型的纖維之中的內聚力的測量值；以及

預定類型的纖維之中的粘合力的測量值。

本發明人已經認識到通常需要更好地表征纖維的機械參數，并且具體地毛發纖維的機械參數。盡管先前的方法關注于單根纖維的剛度或柔韌性，但是本發明人已經發現，纖維之間相互作用的準確表征對于多根纖維的模擬的總體準確度是重要的。由纖維制成的物體的行為受到纖維之間復雜的碰撞網絡(接觸點)以及纖維碰撞時如何相互作用的影響。已經發現摩擦、內聚和粘合是控制纖維之間相互作用的三個最重要的參數。

粘合力是指抵抗彼此接觸的兩根毛發纖維分離的力，其中在接觸點處不存在液體。

內聚力是指抵抗彼此接觸的兩根毛發纖維分離的力，其中它們之間在接觸點處存在液體。內聚力取決于毛細管力和拉普拉斯壓力。

內聚力和粘合力優選地通過纖維機械參數組中的接觸面積而歸一化。

優選地，第一組纖維機械參數包括兩個或更多個摩擦系數，其中每個摩擦系數屬于不同的相互取向。這可允許描述各向異性摩擦效應。

第一組纖維機械參數優選地還包括以下中的至少一者、任何兩者或全部三者：與預定類型的纖維相關聯的楊氏模量；與預定類型的纖維相關聯的剪切或扭轉模量；以及與預定類型的纖維相關聯的彎曲模量。

表征纖維之間相互作用的參數優選地與單根纖維的機械特征的準確表征組合。具體地，足夠詳細地表征單根纖維的柔韌性是有利的。在這方面，已發現楊氏模量、彎曲模量和扭轉模量是最重要的參數。扭轉模量與剪切模量有關。

第一組纖維機械參數優選地還包括以下中的至少一者、任何兩者或全部三者：與預定類型的纖維相關聯的直徑；預定類型的纖維的材料密度；以及與預定類型的纖維相關聯的橫截面形狀或橢圓度

將這些其它纖維機械參數與上面討論的參數組合是有利的，從而表征相互作用并且表征單根纖維的柔韌性。