[发明专利]一种织物类薄层软体物质变形后形貌精确仿真方法

说明书

本发明公开了一种织物类薄层软体物质变形后形貌精确仿真方法，包括以下步骤：S1、将物质离散成多个矩形单元，每个矩形单元等效为一个位于此单元中心的颗粒；S2、进行拉伸实验；S3、进行压缩实验；S4、设定初始状态，收敛标准以及碰撞界定标准；S5、计算颗粒所受的合力；S6、计算所有颗粒在该时间步的末速度和末位置；S7、对所有颗粒的末位置进行自我碰撞检测和障碍物碰撞检测和碰撞响应；S8、判断物质是否达到平衡状态，若没有则返回S5；若是则程序结束。本发明根据织物的特性引入了一个分段、非线性的函数精确表示织物的变形，解决了薄层软体物质如织物等变形后的形貌仿真不精确的问题，提高了仿真结果的准确性和扩展了仿真模型的应用前景。

技术领域

本发明涉及表面形貌的精确仿真技术领域，特别涉及一种织物类薄层软体物质变形后形貌精确仿真方法。

背景技术

织物的形态仿真和模拟是迈向人造服装设计和纺织装饰的重要一步，在诸如布料和服装、虚拟现实、对象动画和视频游戏等领域有着广泛的应用。但由于织物，布料等具有高柔软度、高柔韧性、各向异性、非线性的力学性能和质量离散性等特点，织物受外力变形后的精确形态仿真面临着严重挑战。

目前对于织物的形貌仿真方法主要分为三大类：1)几何方法，即用几何方程的形式来表示波峰、波谷和折痕，并取特殊的值来解方程；但是这种方法只能表示一个近似形态，并不能精确表示物体的不规则变形。2)物理方法，即使用织物的物理和力学参数来描述织物的变形行为；本方法能够动态地仿真织物地变形行为，但是精度还有待大幅地提高。3)混合方法，即采用几何方法确定悬垂织物的框架，然后转向物理方法进行局部精细修改；这种方法的最终精度还是取决于物理方法，但是能缩减大量的计算量。物理方法中弹簧颗粒模型属于最简便，快速有效的方法之一，但是存在的弹簧颗粒模型都是线性的，且模型中弹簧的变形系数与实物缺乏一个有效联系。这导致这模型的仿真精度很低，不能用来去模拟织物的真实变形行为。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种根据织物的特性引入了一个分段、非线性的函数精确表示织物的变形，提出测量弹簧变形系数的实验方法以及对障碍物的检测和响应方法提供了一个织物变形后形貌的精确仿真方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种织物类薄层软体物质变形后形貌精确仿真方法，包括以下步骤：

S1、给出支撑体或障碍物外表面的形状，尺寸和位置；给定织物类薄层软体物质的尺寸和形状，将织物类薄层软体物质离散成多个矩形单元，每个矩形单元等效为一个位于此单元中心的颗粒，颗粒视为一个直径等于物质厚度的球体，颗粒的重量等于该单元物质的重量；相邻两个颗粒之间的作用力视为一个结构弹簧、对角线的两个颗粒之间的作用力视为一个剪切弹簧，间隔一个颗粒的两个颗粒之间的作用力视为一个弯曲弹簧；

S2、对织物类薄层软体物质进行拉伸实验，确定结构弹簧和剪切弹簧的拉力与伸长量之间的关系；

S3、对织物类薄层软体物质进行压缩实验，确定结构弹簧、弯曲弹簧和剪切弹簧的压力与压缩量之间的关系；

S4、设定织物类薄层软体物质的初始状态，收敛标准以及碰撞界定标准；

S5、依次计算所有颗粒所受的合力；

S6、依次计算所有颗粒在一个时间步内的运动，得到所有颗粒在该时间步的末速度和末位置；

S7、对所有颗粒的末位置进行自我碰撞检测和障碍物碰撞检测，并根据检测结果进行碰撞响应；

S8、判断物质是否达到收敛标准，若是则结束仿真，根据所有颗粒的末位置进行插值，形成的曲面即为物质变性后的形貌；否则返回步骤S5。