[發明專利]一種布料仿真方法、系統、電子設備及存儲介質

有效

• 申請號: 202110560127.9
• 申請日: 2021-05-21
• 公開（公告）號: CN113191018B
• 公開（公告）日: 2021-12-31
• 發明（設計）人: 李冬平;劉曉衛;王天宇
• 申請（專利權）人: 杭州相芯科技有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/12;G06F119/14
• 代理公司: 北京匯信合知識產權代理有限公司 11335
• 代理人: 盧亮輝

1.一種基于彈簧質點模型的各項異性材質的布料仿真方法，其特征在于，包括：

對初始狀態下的布料進行離散化的三角形網格劃分，獲得所述布料上每個三角形頂點坐標；

將初始狀態下的所述布料在二維紋理坐標系中展開鋪平，獲得每個所述三角形頂點的二維紋理坐標；

按照牛頓力學以及胡克定律，對每個所述三角形頂點進行彈簧質點形變計算，獲得每個時間節點上的每個所述三角形頂點的新坐標；

根據所述三角形頂點的新坐標以及拓撲連接關系，計算出表面的法向量并進行渲染，實時仿真地繪制出動態形變可視化的效果；

其中，對每個所述三角形頂點進行質點彈簧迭代形變計算包括每個所述三角形頂點中任意兩個頂點之間彈力，所述彈力的強度系數包括位于所述二維紋理坐標系中X軸和Y軸方向；

對每個所述三角形頂點進行彈簧質點形變計算，獲得每個時間節點上的每個所述三角形頂點的新坐標步驟包括：

根據彈性材質方程公式：

其中，p為所有所述三角形頂點坐標；t為當前時刻；t^-為上一時刻；p^[t]為所述布料在仿真的時刻t所有三角形頂點位置；為所述布料在上一時刻所有三角形頂點位置；h＝t-t^-為仿真時間；為所述布料在上一時刻三角形頂點的速度；M為仿真中標準的質量矩陣；W(p)為所述布料三角形頂點間的內力；

所述W(p)包括彈簧拉力E_s(p)和彎曲力E_b(p)；

所述彈簧拉力E_s(p)的拉力強度系數包括所述二維紋理坐標系中X軸和Y軸方向的拉力強度系數為所述彈簧拉力E_s(p)的彎曲強度系數包括所述二維紋理坐標系中X軸和Y軸方向的彎曲強度系數為

任意一個所述三角形中的兩個頂點i、j形成邊e_ij，所述兩個頂點i、j在所述二維紋理坐標系形成邊u_ij；

所述邊u_ij與所述二維紋理坐標系中X軸的夾角為θ，且彈簧沿不同方向的拉伸量落在一個橢圓，可得所述邊e_ij的拉力強度系數為和彎曲強度系數為

另外，所述邊u_ij與所述二維紋理坐標系中X軸和Y軸的曲率分別為H^(x)，H^(y)；

由歐拉公式可知，沿所述邊u_ij方向的曲率H^(ij)：

H^(ij)＝H^(x)(cosθ)²+H^(y)(sinθ)²；

由胡克定律可知，則

其中，Q′為所述三角形頂點與其對應所述二維紋理坐標軸位置累加得到的全局矩陣；p^T為所有所述三角形頂點組成的列向量；

則W(p)＝E_s(p)+E_b(p)。

2.如權利要求1所述的基于彈簧質點模型的各項異性材質的布料仿真方法，其特征在于，對初始狀態下的布料進行離散化的三角形網格劃分，獲得所述布料上每個三角形頂點坐標的步驟包括：

對所述布料的不同面分別離散化并縫合，形成由三角形面片組成的離散化表示；

采用改進誤差擴散算法，在離散化曲面上按一定的密度進行初始布點；

采用基于空間距離的粒子動力松弛算法對點云進行初步均勻化；

采用基于曲面距離的k均值算法進行再次均勻化；

對均勻的點云求基于曲面距離的Voronoi圖，并獲得三角網格；

對三角網格進行拓撲優化；

采用彈簧質點法對三角網格進行光順優化。