[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

本發明公開了一種基于彈簧質點模型的各項異性材質的布料仿真方法、系統、電子設備及存儲介質，屬于仿真技術領域，包括對布料進行離散化的三角形網格劃分，獲得布料上每個三角形頂點坐標；將布料在二維紋理坐標系中展開鋪平，獲得三角形頂點的二維紋理坐標；對每個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新坐標；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；對三角形頂點進行質點彈簧迭代形變計算包括三角形頂點中任意兩個頂點之間彈力，彈力的強度系數包括位于二維紋理坐標系中X軸和Y軸方向。本發明引入了各項異性彎曲方法，使得布料仿真通過調節局部材質方向二維參數控制布料的各向異性行為。

技術領域

本發明涉及仿真技術領域，尤其涉及一種基于彈簧質點模型的各項異性材質的布料仿真方法、系統、電子設備及存儲介質。

背景技術

現實世界中布料的材質屬性往往是各項異性的，布料的拉伸、彎曲屬性在不同方向是不一致的，增強了布料表面的褶皺等細節的多樣性。

為了考慮各項異性，布料仿真往往利用有限元技術進行復雜的建模與運算，如Data-Driven Elastic Models for Cloth:Modeling and Measurement；這些方法可以精確建模布料局部的各項異性拉伸與各項異性彎曲，但是往往計算量較大并且需要布料有一個非常好的三角形網格表達。

實際工程中，考慮到計算效率、代碼簡單性、運行穩定性、參數可控性等因素，往往會使用彈簧質點模型：把布料建模三角形網格的每條邊建模為一根彈簧，然后基于此來進行后續物理仿真。但是現有彈簧質點模型無法有效支持各項異性材質。

發明內容

針對上述問題中存在的不足之處，本發明提供一種基于彈簧質點模型的各項異性材質的布料仿真方法、系統、電子設備及存儲介質。

為實現上述目的，本發明提供一種基于彈簧質點模型的各項異性材質的布料仿真方法，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。

優選的是，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。

優選的是，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：