[发明专利]一种基于质点弹簧模型的衣物接缝处理和褶皱增强方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于质点弹簧模型的衣物接缝处理和褶皱增强方法，属于柔性织物仿真技术领域。

背景技术

接缝褶皱是布料由于缝合线的上下穿插扭曲导致的波纹状褶皱。缝合过程是针带引线连续上下穿过几层布料，最后引线的路径即为接缝线。在缝合过程中，引线受到一定程度的张力而收缩，导致缝合线在长度和厚度上的皱缩，对所穿透的布料层施加了压力，从而产生接缝褶皱。衣物的主要表现形态和细节是褶皱，通过对衣物质点弹簧模型的动态仿真，可以看到产生的折叠和褶皱。

在接缝仿真方面，Ma等人提出了一种可以仿真接缝处皱褶的接缝模型，即根据缝合形成织物的褶皱，但是主要关心的是接缝的可视化效果而不是关心对衣服悬垂行为的改变。Inui等人研究了布料的力学特征与接缝褶皱如何相关联以及怎样仿真体现出来这种关联关系，但是他们主要关心接缝的外观表现对布料的影响。

从当前研究人员的工作来看，针对褶皱合成主要有基于数据库的方法，基于几何对褶皱建模的方法和基于物理分析褶皱然后细化的方法。Culter等在粗糙布料仿真基础上加入程序褶皱模型，褶皱是人为设计的。Rohmer等用一个自动化真实褶皱生成方法来替代人工设计添加褶皱。该方法可以加入到任何已有衣物仿真中，包括软弹簧仿真或者蒙皮模型。Volino等人提出了一个快速几何褶皱算法，可以在任意粗糙表面变形模型中添加。该算法调节预定于褶皱高度图的幅度来实现表面不变的仿真。褶皱样板加在初始变形网格表面，由一些褶皱模板来合成复杂的褶皱变形。

传统的褶皱合成方法主要存在以下一些问题：

（1）模型分辨率越高，仿真越精细，分辨率越低，仿真越粗糙；但是高分辨率的模型会带来很大的仿真计算量，耗时严重，低分辨率模型仿真的计算时间短，但是细节不够细腻。

（2）人工设计褶皱模式很耗时且需要专业技能。此外，人工设置只能用于固定的帧，即真实布料褶皱连续变化，随时间变形，且会动态地分离或者融合。

针对上述问题，本发明提出了一种基于质点弹簧模型的衣物接缝处理和褶皱增强方法。先对初始低分辨率的模型做物理仿真，对仿真结果进行分析，找出最大褶皱点，向外扩散划分出局部褶皱区，然后对局部褶皱区三角形进行细分，最后对整体模型再做物理仿真，那么就可以在保证仿真效率的同时得到比初始仿真更细致的褶皱效果。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于质点弹簧模型的衣物接缝处理和褶皱增强方法，提高仿真的逼真度和效率。

本发明采用的技术方案：一种基于质点弹簧模型的衣物接缝处理和褶皱增强方法，对接缝区域建立质点弹簧模型，将其合并到初始衣物模型进行整体仿真，并对局部褶皱区进行细化；在衣物建模阶段给出了质点弹簧接缝模型，并将其合并到初始模型中，统一进行仿真计算；在动态仿真阶段，先进行一次初始仿真，针对仿真结果，使用Moreton方法计算曲率，选出局部最大变形点并向外扩散，确定局部褶皱区域，对其进行网格细化，再次进行仿真计算，实现更细致的褶皱效果。

具体步骤，如图1所示：

（1）构建衣物的初始质点弹簧模型；

（2）建立接缝模型，将其合并到初始模型中，得到衣物整体模型；

（3）对整体模型进行初始仿真，分析仿真结果，找出最大褶皱点，并向外扩散划分出局部褶皱区；

（4）对局部褶皱区的三角形进行细分，再次对整体模型进行物理仿真，得到比初始仿真更细致的褶皱效果。

所述步骤（1）的构建衣物的初始质点弹簧模型方法具体如下：

（2.1）建立数据结构，构建衣物物理模型

衣物物理模型由顶点、三角形面片、弹簧组成，分别对它们建立数据存储结构；顶点结构包括顶点的质量、速度、当前位置、上一时刻位置属性；三角形结构包括三角形编号、顶点的索引号属性；弹簧结构包括弹簧类型、弹性系数、阻尼系数、初始弹簧长度属性；

（2.2）导入网格数据，初始化上述物理模型

使用DirectX默认支持的.X文件作为源格式文件，导入网格数据，包括顶点、法向量、材质、纹理等信息，得到衣物的初始质点弹簧模型。

所述步骤（2）的建立接缝模型，将其合并到初始模型中，得到衣物整体模型，方法如下：

（3.1）确定缝线区域，对该区域的网格进行细分；接缝区域信息包括接缝线经过的顶点、三角形。接缝线上每个顶点都认为是一个针孔；通过在接缝线经过的每个三角形边上插入三个顶点，并与相邻三角形的插入顶点连接，细分接缝区域的网格；