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擬穿衣中織物模型的建立和碰撞檢測的處理
摘 要:結(jié)合實現(xiàn)靜態(tài)虛擬穿衣中的實際問題,詳細地介紹了基于彈簧質(zhì)點模型的織物變形模型和基于ＡＡＢＢ層次包圍盒的碰撞檢測算法。借助層次空間分解法的思想,將縫合衣片的相對位置同人模自身的結(jié)構(gòu)信息相結(jié)合,靈活地構(gòu)造人模ＡＡＢＢ樹,減少了不相交元素的碰撞檢測次數(shù),從而提高了算法的效率。最后還給出了實現(xiàn)整個虛擬穿衣過程的具體步驟。關(guān)鍵詞:織物變形仿真;彈簧質(zhì)點模型;碰撞檢測;空間分解法;層次包圍盒法;顯式歐拉方法
1 前言隨著計算機技術(shù)和人類社會經(jīng)濟的發(fā)展,對于紡織服裝業(yè)ＣＡＤ/ＣＡＭ的應(yīng)用要求也越來越高,二維服裝ＣＡＤ系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足要求,人們迫切希望借助計算機完成一些更加實用的三維功能。若能直接將二維服裝ＣＡＤ系統(tǒng)設(shè)計的衣片,在計算機上真實地模擬出穿在人體上的效果,便可以幫助設(shè)計師直接在計算機上進行著裝效果檢查、服裝裁剪片縫合檢查等工作。這樣就可大大提高服裝從設(shè)計階段到生產(chǎn)階段間的效率,具有非常重要的實用價值。要通過計算機實現(xiàn)這一功能,有兩個關(guān)鍵的問題必須解決:1)建立合適的織物變形模型;2)選擇高效而實用的碰撞檢測算法。
研究織物變形仿真的方法通常分為三類:幾何的、物理的和混合的(幾何和物理方法的混合)。純幾何的造型方法很難反映織物的物理特性,因此基于物理的方法研究,近年來已占據(jù)了主導(dǎo)地位。在織物變形物理仿真模型中[1],按比擬織物結(jié)構(gòu)的方式又可分為兩大類:1)離散質(zhì)點型模型:比較典型的有Ｆｅｙｎｍａ等建立的質(zhì)點網(wǎng)格模型、Ｂｒｅｅｎ等建立的粒子模型和ＸＰｒｏｖｏｔ等建立的彈簧質(zhì)點模型;2)連續(xù)介質(zhì)型模型:比較典型的有Ｔｅｒｚｏｐｏｕｌｏｓ等建立的彈性變型模型、Ｌｉｌｉｎｇ等建立的空氣動力模型、Ａｏｎｏ建立的波傳播模型、Ｃｏｌｌｉｅｒ等建立的有限元模型等。
以上的織物變形物理仿真模型,由于其建模的原理和方法不盡相同,因此,它們適用于不同的應(yīng)用場合有其各自的優(yōu)缺點。
我們結(jié)合設(shè)計虛擬穿衣功能的實際,認為ＸＰｒｏｖｏｔ所建立的彈簧質(zhì)點模型,模型簡單,易于計算機實現(xiàn),在模擬衣片復(fù)雜的動態(tài)變形過程時,能夠取得比較真實的模擬效果和較快的模擬速度。
在模擬三維服裝穿在人體上的真實效果時,會遇到大量的碰撞現(xiàn)象:衣片同人模之間以及衣片自身間的一種相互滲透和穿越。只有很好地解決了滲透和穿越的問題,才能逼真地完成虛擬穿衣的模擬過程。因此,碰撞檢測是整個模擬過程的關(guān)鍵。碰撞檢測非常耗時,最簡單的碰撞檢測算法是對兩個碰撞體中的所有基本幾何元素(通常為三角形)進行兩兩相交測試。
現(xiàn)有的碰撞檢測算法大致可劃分為兩大類:空間分解法(ｓｐａｃｅｄｅｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ),和層次包圍盒法(ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌｂｏｕｎｄｉｎｇｖｏｌｕｍｅｓ)。前者是將整個虛擬空間劃分成相等體積的小單元格,只對占據(jù)同一單元格或相鄰單元格的幾何對象進行相交測試。比較典型的方法有八叉樹和ＢＳＰ樹。層次包圍盒法的核心思想是利用體積略大而幾何特性簡單的包圍盒將復(fù)雜幾何對象包裹起來,在進行碰撞檢測時,首先進行包圍盒之間相交測試,只有包圍盒相交時,才對其所包裹的對象,做進一步求交計算。在構(gòu)造碰撞體的包圍盒時,若引入樹狀層次結(jié)構(gòu),可快速剔除不發(fā)生碰撞的元素,減少大量不必要的相交測試,從而提高碰撞檢測效率。比較典型的包圍盒類型有沿坐標軸的包圍盒ＡＡＢＢ(ａ
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