織物仿真機(jī)理與集成化建模研究.pdf

1、織物動(dòng)態(tài)仿真是柔性大變形物體仿真的一個(gè)典型代表，它涉及計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的真實(shí)感顯示、織物復(fù)雜的物理與機(jī)械性能分析等的理論與技術(shù)，難度較高。在視覺動(dòng)畫、服裝CAD、虛擬試衣、織物-機(jī)械耦合系統(tǒng)虛擬樣機(jī)等方面有較大的應(yīng)用前景，對(duì)它的研究具有較高的理論意義和應(yīng)用前景。
　　 本文以仿真真實(shí)度與仿真時(shí)間作為主要指標(biāo)對(duì)織物仿真中的若干問題進(jìn)行了研究。根據(jù)織物仿真結(jié)果及仿真模型的大量表象，解讀模型的構(gòu)造機(jī)理及本質(zhì)，作為本研究的基礎(chǔ)。分析了模型內(nèi)

2、部物理參數(shù)及力對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的影響，建立與仿真結(jié)果的聯(lián)系，揭示了模型的仿真規(guī)律，并建立了仿真結(jié)果的客觀評(píng)價(jià)體系，指導(dǎo)仿真。從模型的本質(zhì)及仿真規(guī)律入手，尋求兼顧仿真速度和真實(shí)性這對(duì)矛盾體的方法和條件。拓展織物仿真的研究廣度，抽取柔性體及其仿真的更深層次本質(zhì)，建立與剛性體及其仿真的聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)剛?cè)峤y(tǒng)一建模。
　　 首先，審視了用于織物仿真的各種模型，厘清了模型的表象，明晰了模型的構(gòu)造機(jī)理，從科學(xué)層面抽象了模型。提出織物仿真模型基于幾何

3、結(jié)構(gòu)與物理屬性，明確了幾何與物理在仿真中的各自作用，指出模型的物理屬性控制模型的幾何屬性，對(duì)織物仿真模型研究的重點(diǎn)應(yīng)該放在對(duì)物理屬性的改進(jìn)上。
　　 其次，對(duì)質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型仿真機(jī)理進(jìn)行了深入的分析，理清了質(zhì)點(diǎn)在力作用下的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，明晰了阻尼系數(shù)在仿真中的關(guān)鍵作用;建立了質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡與仿真結(jié)果的對(duì)應(yīng)關(guān)系，給出了一個(gè)能反映織物仿真客觀情況的參考系，指導(dǎo)仿真時(shí)對(duì)模型參數(shù)的合理選擇。
　　 第三，借助動(dòng)力學(xué)求解質(zhì)點(diǎn)力與運(yùn)動(dòng)兩類

4、問題正反求解理論，提出了一個(gè)基于廣義逆運(yùn)動(dòng)理論的雙向迭代算法，在提高仿真速度的同時(shí)，減少了失真現(xiàn)象，較好的兼顧了仿真的真實(shí)性與仿真速度這一對(duì)矛盾體。闡明了質(zhì)點(diǎn)-彈簧模型逆運(yùn)動(dòng)的存在性，建立了逆運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)微分方程，設(shè)計(jì)了雙向運(yùn)動(dòng)合成的銜接處理算法，給出了逆運(yùn)動(dòng)初始位置的設(shè)定方法。并從理論和實(shí)驗(yàn)兩方面證實(shí)了該算法可在有效縮短仿真時(shí)間的同時(shí)減少失真現(xiàn)象。
　　 第四，在剛?cè)岵?jì)的思想指導(dǎo)下，基于主流剛體仿真軟件建立了一個(gè)具有織物屬性

5、的剛?cè)岵?jì)動(dòng)力學(xué)仿真模型，實(shí)現(xiàn)織物-機(jī)械的統(tǒng)一建模。分析了織物-機(jī)械統(tǒng)一建模的必要性，提出了剛?cè)岵?jì)的統(tǒng)一建模的方法。并基于主流剛體仿真軟件進(jìn)行了驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，能與機(jī)械系統(tǒng)進(jìn)行信息交互，初步實(shí)現(xiàn)了織物-機(jī)械的耦合。該模型既剛又柔，適應(yīng)強(qiáng)，擴(kuò)展更易。
　　 最后，對(duì)全文研究?jī)?nèi)容進(jìn)行了總結(jié)，指出研究工作中存在的不足，明確了下一步的研究方向。指出目前解決織物等柔性大變形體仿真的另一個(gè)問題是提高微分方程的求解效率。對(duì)于求解方法及解的結(jié)果