角色动画中布料的模拟与渲染研究

摘要

在过去的二三十年里，随着计算机图形学的迅猛发展，计算机动画成为了人们研究的热门领域。而物理的布料模拟是计算机动画的一个非常重要的组成部分。布料模拟在三维服装模拟设计、虚拟现实技术、游戏和影视等领域中得到了广泛的应用。虽然经历了几十年的发展，布料的实时模拟仍然是当前图形学领域中具有挑战性的课题。早期的模拟是采用几何的方法，这种方法比较简单，而且快速，但是适用范围有限，模拟的质量不是很高，往往还需用户自己干预。后来，基于物理的布料模型占据了该领域的重要位置。基于物理的模型中，质点-弹簧模型由于其计算的高效率，模拟效果的高逼真度，而且算法容易实现等特点，得到了广泛的应用。本文的布料模拟就是采用了该模型。
　　本文首先介绍了布料模拟技术的发展状况以及应用前景，接下来分析了布料的物理特性，比较了用于布料仿真系统建模的几何，物理，混合等方法的优劣。并且对质点-弹簧模型进行了受力分析，受力分析后，文章介绍了布料模拟中的几种数值求解方法，比较了各种数值求解方法的性能。故我们采用一种改进的基于Verlet的布料模拟方法对人物布料进行模拟和仿真。本项目将深入研究基于Mass-Spring柔体模型所建立的布料模型和采用改进Verlet算法所进行的布料模拟仿真。
　　最后，为了具有真实的模拟效果，用了 OpenGL图形软件接口，对模型进行了光照和纹理映射，实验证明，本文实现对布料的实时性，效率性和稳定性和效果上取得了一定的优势。

目录

封面

声明

中文摘要

英文摘要

目录

第一章 绪论

1.1本文研究的背景及意义

1.2 应用前景

1.3国内外研究现状

1.4 研究内容

1.5 结构安排

第二章 布料模拟方法综述

2.1 布料的外观和内部结构

2.2 布料力学特性

2.3 布料的模型

2.4 小结

第三章 布料的运动模拟

3.1 模型受力分析

3.2 布料模型的数值积分方法

3.3 布料的渲染

3.4 小结

第四章 布料模拟系统框架

4.1 系统各模块的功能

4.2 场景设置

4.3 本章小结

第五章 系统实现与分析

5.1 系统实现流程

5.2 功能实现及结果

5.3 结果

5.4 系统分析

5.5 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

攻读硕士期间取得的研究成果