[发明专利]一种虚拟服装的实时物理建模方法

说明书

 技术领域

本发明涉及计算机图形三维仿真领域，尤其涉及一种虚拟服装的实时物理建模方法。

背景技术

随着科技的进步，服装模拟和布料仿真在技术领域的应用越来越多，这些应用遍及制造领域、动画仿真领域、游戏领域甚至医学领域。制造领域，如服装制造业的成衣造型，需要精确地对布料进行仿真和模拟，配以角色服装的直观展示效果，为客户提供良好的体验；动画仿真领域，如电影特效的制作，有些镜头需要模拟角色穿着服装的效果，以获得震撼的特效果；游戏领域，在人们越来越追求逼真效果的背景下，穿着服装的角色更能体现交互环境下的良好场景；医学领域，由于布料的模拟仿真技术也可运用于柔体的建模，如器官和组织，因此在医学仿真手术等环境下也有很好的应用。

目前针对服装的物理建模技术主要以下两种：

1.直接建模法

该建模方法不受设备的影响，只要有相应的几何建模工具即可在任意环境中采用，因此使用频率较高。这一建模方法主要优点有：因其直接将几何模型转化为物理模型，减少了建模时间，可有效保证建模效率。在非常强调建模时间的应用场景下，该方法有明显优势。但由于该方法直接将几何模型转化为物理模型，大大增加了物理模拟中的冗余项，造成模拟过程中的效率很低，因此这一方法又只适用于模拟要求不高的应用环境，如离线物理模拟和仿真等环境。

2.间接建模法

该建模方法受设备影响，需要在图形扫描设备的配合下建立，因此使用频率不高。这一建模方法的主要优点有：建模的模拟效率高，可以很好保证仿真的正确进行。但其缺点也是明显的，由于建模过程存在扫描、模拟量处理和模型建立，因此其物理建模时间较长。

因此，当前迫切需要一种虚拟服装的实时物理建模方法。这一方法既能保证模拟效率的前提下，又能有比较迅速的物理建模过程。同时，支持角色服装的物理映射和多种模型弹簧的模拟仿真。

发明内容

 本发明的目的是提供一种虚拟服装的实时物理建模方法，其从几何建模开始，直到物理建模完成，都能有一个良好的效率。该物理模拟过程既能保证模拟效率的前提下，又能有比较迅速的物理建模过程。同时，该物理建模过程还支持角色服装的物理映射和多种模型弹簧的模拟仿真。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：一种虚拟服装的实时物理建模方法，包括以下步骤：

步骤(1)，建立二维空间服装的几何模型，并对二维空间服装的几何模型进行规格化处理；

步骤(2)，根据二维空间服装的几何模型建立三维空间映射关系，并进行面向服装物理建模的预处理；

步骤(3)，在二维空间内对几何模型进行三角形点的融合处理，用以建立基本物理模型；

步骤(4)，在三维空间内对几何模型进行三角形对间的合并处理，用以建立完整物理模型；

步骤(5)，根据角色模型数据点和服装的映射关系，建立人体收敛服装模型。

    最好步骤：在所述的步骤(1)中，规格化处理具体方法为：对服装几何模型的拓扑结构进行调整，使其符合物理模拟要求。

    最好步骤：在所述的步骤（2）中，首先将步骤（1）建立的二维空间服装的几何模型中的每一质点通过矩阵映射关系映射至三维空间，并建立相应三维空间的服装模型；然后依据人物模型特点，对相应三维点进行微调，保证服装模型和角色人物模型保持空间一致性；最后，根据已知的三维模型数据建立基本模拟微分方程迭代条件函数，为实时建模做准备。

    最好步骤：在所述的步骤（3）中，首先根据步骤（2）中的几何模型建立质点-弹簧模型索引点，并对几何模型的三角形数据建立针对点的物理模拟领接表；然后，在二维空间内，在物理模拟领接表内对每一个三角形面片点搜索并进行冗余比较；最后，对搜索出的冗余项进行冗余融合操作，建立索引表，并根据索引表建立结构弹簧物理模型和剪切弹簧物理模型。

    最好步骤：在所述的步骤（4）中，首先根据上述建立好的物理模拟领接表，建立弯曲弹簧比较数组；然后根据弯曲弹簧比较数组和几何模型建立搜寻弯曲弹簧节点的第一对照表，形成冗余的弯曲弹簧三角形对数据，并进行合并操作，建立第二对照表；最后根据第二对照表建立弯曲弹簧物理模型。

    最好步骤：在二维平面内，实时去除结构弹簧物理模型和剪切弹簧物理模型中三角形面片点的冗余物理连接关系，建立适合于物理仿真模拟的单质点-单弹簧模型，保证实时模拟中，横向和纵向的物理模拟效果。