基于弹簧投影模型的布料快速仿真

万 燕, 朱甜甜, 姚 砺, 冯子涵

(东华大学 计算机科学与技术学院，上海 201620)

随着数字化影业的蓬勃发展，3D游戏、虚拟试衣和动画电影迅速发展，成为了热门的新兴产业。动画中虚拟角色建模是一个重要的环节，其中，服饰层的建模工作量占80%以上，要使虚拟角色具有令人满意的真实感，布料动画是必不可少的。因此，有关布料模拟一直是研究热点。

布料动画[1]主要是在计算机中建立布料的虚拟模型，产生逼真的形变，实现高度真实感和实时的动态效果。早期的布料建模主要采用几何方法，但该方法通常只产生布料的静态变形状态，很难实现真实连贯的复杂动画。随着计算机图形学技术的发展，采用物理方法[2]来模拟布料受到越来越多专家和学者的青睐。物理方法将布料视为连续的弹性介质(如有限元模型[3])，或者由相互作用的非连续粒子组成(如质点-弹簧模型[4])。尽管不同的物理建模方法对于布料的表达方式不尽相同，但是大部分是根据牛顿运动定律计算布料的基本形态。基本形态在数学上的表现形式为动力学方程，针对不同的动力学方程进行求解，需要对模型进行改进。

其中，质点-弹簧模型为表现柔性材料动态特性的建模提供了一种简单而实用的方法，这些柔性材料包括布料[5]、头发[6]和可变形固体[7]。然而，与其他用于弹性物体的建模方法一样，获得真实的柔性材料行为通常需要本构参数，这些参数与刚性系统的数值计算方法有关。……