一种基于弹簧质点模型的各项异性材质的布料仿真方法、系统、电子设备及存储介质.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113191018A(43)申请公布日2021.07.30(21)申请号202110560127.9(22)申请日2021.05.21(71)申请人杭州相芯科技有限公司地址310000浙江省杭州市滨江区滨安路1197号3幢436室(72)发明人李冬平刘晓卫王天宇(74)专利代理机构北京汇信合知识产权代理有限公司11335代理人卢亮辉(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06F113/12(2020.01)G06F119/14(2020.01)权利要求书2页说明书6页附图3页(54)发明名称一种基于弹簧质点模型的各项异性材质的布料仿真方法、系统、电子设备及存储介质(57)摘要本发明公开了一种基于弹簧质点模型的各项异性材质的布料仿真方法、系统、电子设备及存储介质，属于仿真技术领域，包括对布料进行离散化的三角形网格划分，获得布料上每个三角形顶点坐标；将布料在二维纹理坐标系中展开铺平，获得三角形顶点的二维纹理坐标；对每个三角形顶点进行弹簧质点形变计算，获得每个时间节点上的新坐标；计算出表面的法向量并进行渲染，实时仿真地绘制出动态形变可视化的效果；对三角形顶点进行质点弹簧迭代形变计算包括三角形顶点中任意两个顶点之间弹力，弹力的强度系数包括位于二维纹理坐标系中X轴和Y轴方向。本发明引入了各项异性弯曲方法，使得布料仿真通过调节局部材质方向二维参数控制布料的各向异性行为。CN113191018ACN113191018A权利要求书1/2页1.一种基于弹簧质点模型的各项异性材质的布料仿真方法，其特征在于，包括：对初始状态下的布料进行离散化的三角形网格划分，获得所述布料上每个三角形顶点坐标；将初始状态下的所述布料在二维纹理坐标系中展开铺平，获得每个所述三角形顶点的二维纹理坐标；按照牛顿力学以及胡克定律，对每个所述三角形顶点进行弹簧质点形变计算，获得每个时间节点上的每个所述三角形顶点的新坐标；根据所述三角形顶点的新坐标以及拓扑连接关系，计算出表面的法向量并进行渲染，实时仿真地绘制出动态形变可视化的效果；其中，对每个所述三角形顶点进行质点弹簧迭代形变计算包括每个所述三角形顶点中任意两个顶点之间弹力，所述弹力的强度系数包括位于所述二维纹理坐标系中X轴和Y轴方向。2.如权利要求1所述的基于弹簧质点模型的各项异性材质的布料仿真方法，其特征在于，对初始状态下的布料进行离散化的三角形网格划分，获得所述布料上每个三角形顶点坐标的步骤包括：对所述布料的不同面分别离散化并缝合，形成由三角形面片组成的离散化表示；采用改进误差扩散算法，在离散化曲面上按一定的密度进行初始布点；采用基于空间距离的粒子动力松弛算法对点云进行初步均匀化；采用基于曲面距离的k均值算法进行再次均匀化；对均匀的点云求基于曲面距离的Voronoi图，并获得三角网格；对三角网格进行拓扑优化；采用弹簧质点法对三角网格进行光顺优化。3.如权利要求1所述的基于弹簧质点模型的各项异性材质的布料仿真方法，其特征在于，对每个所述三角形顶点进行弹簧质点形变计算，获得每个时间节点上的每个所述三角形顶点的新坐标步骤包括：根据弹性材质方程公式：其中，p为所有所述三角形顶点坐标；t为当前时刻；t‑为上一时刻；p[t]为所述布料在仿真的时刻t所有三角形顶点位置；p[t‑]为所述布料在上一时刻所有三角形顶点位置；h＝t‑t‑为仿真时间；v[t‑]为所述布料在上一时刻三角形顶点的速度；M为仿真中标准的质量矩阵；W(p)为所述布料三角形顶点间的内力。4.如权利要求3所述的基于弹簧质点模型的各项异性材质的布料仿真方法，其特征在于，所述W(p)包括弹簧拉力Es(p)和弯曲力Eb(p)；所述弹簧拉力Es(p)的拉力强度系数包括所述二维纹理坐标系中X轴和Y轴方向的拉力强度系数为所述弹簧拉力Es(p)的弯曲强度系数包括所述二维纹理坐标系中X轴和Y轴方向的弯曲强度系数为任意一个所述三角形中的两个顶点i、j形成边eij，所述两个顶点i、j在所述二维纹理坐2CN113191018A权利要求书2/2页标系形成边uij；所述边uij与所述二维纹理坐标系中X轴的夹角为θ，且弹簧沿不同方向的拉伸量落在一个椭圆，可得所述边eij的拉力强度系数为和弯曲强度系数为(x)(y)另外，所述边uij与所述二维纹理坐标系中X轴和Y轴的曲率分别为H，H；(ij)由欧拉公式可知，沿所述边uij方向的曲率H：H(ij)＝H(x)(cosθ)2+H(y)(sinθ)2；由胡克定律可知，则其中，Q′为所述三角形顶点与其对应所述二维纹理坐标轴位置累加得到的全局矩阵；pT为所有所述三角形顶点组成的列向量；则W(p)＝Es(p)+Eb(p)。5.一种实现如权利1～4中任一权利要求所述方法的