基于高性能计算的三维服装真实感模型研究

Building a realistic three-dimensional garment processing model has been a hot issue at home and abroad. In recent years, with the continuous proposed requirements on the aspects including processing precision, modeling efficiency, and the coincidence with the transformation of human physiological characteristics, the increasing amount of data has been emerged in the process of three-dimensional clothing modeling. Meanwhile, the data types for modeling realistic clothing show the characteristics of complex structure, multi-source and multi-modal. How to establish the 3D garment realistic processing model to effectively handle the large-scale, complex and multi-source data has become a hot research problem. Our research will address the following issues by combing the complex three-dimensional garment realistic modeling with multi-source data processing and high-performance computing platform. We first propose a clothing dynamic simulation computation model based on the method of distributed modeling. Then we establish the correlation model with respect to the multi-modal and multi-level data source. And a three-dimensional real garment calculation model will be constructed through dynamic simulation model and association model of data fusion. Finally, the modeling and visualization for three dimensional real garment will be realized in the high-performance computing platformon. Actual validation and application of our project will be tested in Guangzhou Supercomputing Center high-performance computing platform. And the research results of the three-dimensional real garment modeling with complex large-scale data processed on high-performance computing platform will play a guiding role of the theoretical and practical application.

构建具有真实感的三维服装处理模型一直是国内外研究的热点。近年来，随着对三维服装模型在处理精度、建模效率及符合人体生理特征变化等方面要求的不断提出，三维服装模型处理的数据量越来越大，同时，用于真实感服装建模的数据类型也呈现出结构复杂、多源多态等特征。如何建立起能够有效处理大规模、复杂、多源数据的三维服装真实感处理模型，成为当前一个热点的研究问题。本项目将复杂多源数据的三维服装真实感建模与高性能计算处理平台结合起来，采用分布式建模的方法建立服装动力仿真计算模型以及多模态多层次特征数据源的关联模型；通过动力仿真模型和数据融和关联模型建立三维服装真实感计算模型；最后，在高性能计算平台上实现三维服装的真实感建模及可视化。本项目将在广州超级计算中心高性能计算平台上进行实际验证和应用，其研究成果对在高性能计算平台上进行大规模复杂数据的三维服装真实感建模将起到理论和实际应用的指导作用。

真实感三维服装仿真模型一直是国内外研究的热点。在仿真过程中，对三维服装模型在处理精度、建模效率及符合人体生理特征变化等方面要求比较高，涉及到的三维服装模型处理的数据量也越来越大，用于真实感服装建模的数据类型也呈现出结构复杂、多源多态等特征。本项目针对多源数据仿真关联模型以及多维数据可视化处理的特点，建立了多模态多层次特征的多源数据仿真关联模型（科学实验的数据、科学测量的数据、纹理数据，变形细节数据以及动态变形数据），在逻辑上和物理上能够支持对分布式处理的物理仿真，几何变形，纹理描述和动态变化各个环节提供多源的数据结构，其仿真数据的关联模型也对三维服装仿真计算的数据进行多维可视化处理提供科学的数据流。. 在课题的研究中，针对大规模和多源数据处理的物理仿真计算模型的建立，主要是面向三维服装真实感建模和仿真过程中，在处理精度、建模效率以及个性化要求方面的和数值计算问题进行研究。为此，将复杂的数据模型有效的表示在仿真计算中，利用参数化方法，建立适应与仿真处理中的几何处理过程、动力数值仿真计算过程以及真实感处理中诸如纹理细节处理的建统一的数据表示模型，实现集成化的三维服装建模仿真处理模型。为了能够灵活的表示三维服装的几何模型，本项目提出了一种简单的直接各向异性四边形主导的网格重建方法，由于该方法不需要对模型进行参数化处理，根据模型顶点的主曲率向量场直接对网格模型进行重构来实现对原网格模型进行重采样，在效率和效果上取得了比较好的均衡，这种方法更适合与三维服装仿真中的应用需求。在几何纹理处理方面，提出了基于织物图像几何参数识别及三维织物参数化建模方法，使得织物的建模过程变得简单，同时也更适合三维织物真实感的处理过程。在服装多层处理以及参数化纹理映射算法方面，也提出了解决办法并进行了验证。本项目的研究成果，能够支持人们对服装的全方位需求，进一步探讨将三维服装真实感处理与服装功能性特征相结合。