基于高性能求解的三维真实感织物模拟引擎研究

基于物理模型的三维织物模拟引擎，是三维动画、服装CAD试衣模块的基础关键性研究。由于织物的大变形和服装材料属性，需要力学、科学计算、艺术等多方面知识，使其有深度的交叉学科。本项目针对模拟引擎中屈曲（褶皱产生过程），动态碰撞处理，高性能求解计算等模拟引擎的关键问题进行研究。通过能量准则和质量矩阵约束方法获得屈曲过程，从而可以构建具有理论依据的褶皱形成过程。采用结合稀疏矩阵求解器的隐式碰撞处理来解决服装的大规模碰撞问题，将检测到的碰撞采用全局方式加入隐式方程，而不是传统的局部响应方程。采用并行化方法，结合稀疏矩阵求解器进行研究，从而解决阻碍大规模应用的根本效率问题。深入探索新型无网格模型布类的模拟，加强真实感。本研究可以为解决当前三维服装动画效果僵硬以及三维服装CAD的真实感试衣到虚拟服装展示中最有难度的问题提供新方法和理论依据，促进三维原创动画发展和中国传统服装行业信息化进程。

课题研究按照项目计划书中的研究计划顺利开展基于物理模型的三维真实感仿真研究。同时根据最近两年的科研动态，特别研究了在特殊环境下，例如在如何模拟潮湿环境下的布类问题。课题取得了较好的研究成果，发布了相关论文和授权专利。.在课题实施过程中提出了在有水的情况下的真实感服装的模拟算法，使其适用于织物与皮肤接触响应算法，能够产生具有真实感的褶皱和屈曲。.方法结合了以下的三种新型模型：（1）能够改变织物质点的液体渗透模型。（2）一种结合实际织物属性的非线性碰撞摩擦模型。（3）一种基于扰动敏感理论的褶皱模型。.与以往的特殊情况下的织物模拟模型，特别是潮湿织物模拟方法相比，我们的方法在织物属性中使用了真实的织物数据作为支持，因此使用我们方法模拟的织物可以与真实织物的模拟相媲美。此外，本课题提出了一种特殊的服装-皮肤碰撞解除模型。实验结果也反映了本课题方法的真实性。.课题中的无网格模拟方法获得了专利授权。研究中服装模拟以及身材相关的方法，被应用到实际软件中。.发表的论文中，比较突出的是在SCI检索期刊the Visual Computer上。在2012年6月参加了在英国举行的计算机图形领域的(Computer Graphics International)CGI会议（入选最佳30篇论文），并在大会第一天报告了研究成果，取得了专家的一致认可。同时，也参与了英文著作Interactive Virtual Human的Cloth Simulation章节的内容撰写。.在研究的基础上，也注重了产学研合作和科技成果的转化，积极与企业合作进行研发。2012年获得了2项专利授权和三项软件著作权。在2012年3月参加了在美国举行的游戏开发者全球大会，探索将研究成果的产业化应用。在研究成果的基础上，探索将研究成果结合云计算和移动互联网环境，进行更深入的研发。领导开发了基于移动智能终端的软件应用，结合云计算与3D仿真，开发计算引擎。应用课题技术，与合作单位的应用产品登陆了苹果App官方市场，并在上线的第一天就取得了新品榜的第一名。.人才培养方面，在本课题实施过程中，培养了多名研究生。在国际合作方面，2011年同时本课题与国际上研究这个领域的专家瑞士日内瓦大学的Nadia Magnanet-Thalmann进行合作。