CN113705066A - 一种布料物理运动模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种布料物理运动模拟方法,通过预设第一贴图、第二贴图、第三贴图和第四贴图;基于布料贴图确定粒子矩阵,并将所述粒子矩阵存储至第一贴图中;基于第一贴图、第二贴图、第三贴图和第四贴图对粒子矩阵的位置移动进行位置更新,从而完成布料物理运动模拟;其中,所述第一贴图中存储的是位置更新前当前位置的粒子矩阵,所述第二贴图中存储的是位置更新前上一次位置的粒子矩阵,所述第三贴图中存储的是位置更新后当前位置的粒子矩阵,所述第四贴图中存储的是位置更新后上一次位置的粒子矩阵,所述粒子矩阵中相邻粒子间均具有链接约束,能够实现降低对处理设备的性能要求,且提高了布料物理运动模拟的运行效率。
Description
技术领域
本发明属于布料模拟技术领域,具体涉及一种布料物理运动模拟方法。
背景技术
面料、布料是生活中制作服装的主要材料,而基于各种各样的原因,面布料制作出服装存在不能真实穿着或展示,而是需要在显示设备上进行虚拟穿着或展示,但在虚拟穿着或展示的情形下,为了更好体现服装的真实效果,会对服装进行物理运动模拟,也即对面料或布料进行物理运动模拟。
在现有技术中,对于布料的物理运动主要分为两种,一种是基于cpu进行模拟,一种是基于gpu进行模拟。基于cpu进行模拟的运行效率十分低下,而基于gpu进行模拟对处理设备的要求非常高。
因此,如何提高布料物理运动模拟的运行效率,且降低对处理设备的性能要求,是本领域技术人员有待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是为了提高布料物理运动模拟的运行效率,且降低对处理设备的性能要求提出了一种布料物理运动模拟方法。
本发明的技术方案为:一种布料物理运动模拟方法,包括以下步骤:
S1、预设第一贴图、第二贴图、第三贴图和第四贴图;
S2、基于布料贴图确定粒子矩阵,并将所述粒子矩阵存储至第一贴图中;
S3、基于第一贴图、第二贴图、第三贴图和第四贴图对粒子矩阵的位置移动进行位置更新,从而完成布料物理运动模拟;
其中,所述第一贴图中存储的是位置更新前当前位置的粒子矩阵,所述第二贴图中存储的是位置更新前上一次位置的粒子矩阵,所述第三贴图中存储的是位置更新后当前位置的粒子矩阵,所述第四贴图中存储的是位置更新后上一次位置的粒子矩阵,所述粒子矩阵中相邻粒子间均具有链接约束。
进一步地,每一次位置更新后,还包括以下步骤:
A1、将当前次位置更新出的第三贴图作为下一次位置更新的第一贴图,将当前次位置更新的第一贴图作为下一次位置更新时待写入数据的第三贴图;
A2、将当前次位置更新出的第四贴图作为下一次位置更新的第二贴图,将当前次位置更新的第二贴图作为下一次位置更新时待写入数据的第四贴图;
A3、执行下一次位置更新。
进一步地,所述步骤S3中的位置更新具体包括依次执行的环境力更新、链接约束更新、球形几何碰撞物的更新和法线更新。
进一步地,所述环境力更新具体如下式所示:
Pnew=Pcurrent+(1-d)*(Pcurrent-Pprevious)+a
式中,Pnew为粒子P的新位置,Pcurrent为粒子P的当前位置,Pprevious为粒子P的上一次位置,d为阻尼系数,a为加速度。
进一步地,所述链接约束更新具体包括以下分步骤:
B1、将所述链接约束分为互不影响的八组子链接约束;
B2、将经过所述环境力更新的第一贴图依次进行八组子链接约束的计算,其中,每一组子链接约束计算后的第一贴图会作为下一组子链接约束的计算输入。
进一步地,所述球形几何碰撞物的更新具体为:
将经过链接约束后的第一贴图中的粒子矩阵进行球形几何碰撞物的更新,具体为,将在球形几何碰撞物的球体中的粒子的当前位置沿球心到当前位置的沿线更新至球体表面。
进一步地,所述法线更新具体为根据粒子的水平垂直方向相邻的共4个粒子对粒子的法线进行更新,且将更新后的法线存入预设的法线贴图中。
与现有技术相比,本发明具备以下有益效果:
(1)本发明通过预设第一贴图、第二贴图、第三贴图和第四贴图;基于布料贴图确定粒子矩阵,并将所述粒子矩阵存储至第一贴图中;基于第一贴图、第二贴图、第三贴图和第四贴图对粒子矩阵的位置移动进行位置更新,从而完成布料物理运动模拟;其中,所述第一贴图中存储的是位置更新前当前位置的粒子矩阵,所述第二贴图中存储的是位置更新前上一次位置的粒子矩阵,所述第三贴图中存储的是位置更新后当前位置的粒子矩阵,所述第四贴图中存储的是位置更新后上一次位置的粒子矩阵,所述粒子矩阵中相邻粒子间均具有链接约束,能够实现降低对处理设备的性能要求,且提高了布料物理运动模拟的运行效率。
(2)本发明中在进行链接约束更新时,将链接约束分为互不影响的八组子链接约束依次计算,极大的降低了处理设备的运算量,提升了布料物理运动模拟的运行效率。
附图说明
图1所示为本发明实施例提供的一种布料物理运动模拟方法的流程示意图;
图2所示为本发明实施例中包含链接约束的粒子矩阵的结构示意图;
图3所示为本发明实施例中八组子链接约束的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
为了提高布料物理运动模拟的运行效率,且降低对处理设备的性能要求,本申请提出了一种布料物理运动模拟方法,如图1所示为本申请实施例提出的一种布料物理运动模拟方法的流程示意图,该方法包括以下步骤:
S1、预设第一贴图、第二贴图、第三贴图和第四贴图;
S2、基于布料贴图确定粒子矩阵,并将所述粒子矩阵存储至第一贴图中;
S3、基于第一贴图、第二贴图、第三贴图和第四贴图对粒子矩阵的位置移动进行位置更新,从而完成布料物理运动模拟;
其中,所述第一贴图中存储的是位置更新前当前位置的粒子矩阵,所述第二贴图中存储的是位置更新前上一次位置的粒子矩阵,所述第三贴图中存储的是位置更新后当前位置的粒子矩阵,所述第四贴图中存储的是位置更新后上一次位置的粒子矩阵,所述粒子矩阵中相邻粒子间均具有链接约束,该粒子矩阵仅是与常规矩阵结构相同的矩阵。
在本申请实施例中,每一次位置更新后,还包括以下步骤:
A1、将当前次位置更新出的第三贴图作为下一次位置更新的第一贴图,将当前次位置更新的第一贴图作为下一次位置更新时待写入数据的第三贴图;
A2、将当前次位置更新出的第四贴图作为下一次位置更新的第二贴图,将当前次位置更新的第二贴图作为下一次位置更新时待写入数据的第四贴图;
A3、执行下一次位置更新。
具体的,本申请中的技术方案主要是在具有gpu的设备中进行运行,而利用gpu进行运行时,位置更新后的粒子矩阵无法直接存入第一贴图中,因此先存入第三贴图中,进行下一次位置更新时先交换第一贴图和第三贴图,同理,第二贴图和第四贴图也是。
在本申请实施例中,所述步骤S3中的位置更新具体包括依次执行的环境力更新、链接约束更新、球形几何碰撞物的更新和法线更新。
在具体应用场景中,布料的物理运动模拟实质上是有质量且相互有链接的粒子的运动模拟,每两个粒子之间的链接为链接约束,其相当于布料中纤维组织,粒子在空间中会由于力的作用在空间中移动,这些力也即环境力,包括但不限于重力、风力和摩擦力,以及最重要的粒子与粒子之间的每一股链接约束力,如图2所示为粒子贴图的体现链接约束的结构示意图。
在本申请实施例中,所述环境力更新具体如下式所示:
Pnew=Pcurrent+(1-d)*(Pcurrent-Pprevious)+a
式中,Pnew为粒子P的新位置,Pcurrent为粒子P的当前位置,Pprevious为粒子P的上一次位置,d为阻尼系数,a为加速度。
这部分主要是计算模拟环境力对系统的影响,我们的计算中包括了重力,风力,摩擦力。这部分采用verlet积分法模型来进行物理模拟的同时引入了一个阻尼的参数来保证模拟收敛的稳定性。我们采用的公式如下:
P(t+Δt)=P(t)+(1-d)*(P(t)-P(t-Δt))+Δt2*F(t)
其中d为我们设定的阻尼系数,我们设定间隔时间Δt为1以及设定粒子的质量为1且环境合力是一个固定的力与时间无关,P(t)为粒子P的当前位置,F(t)为环境力。
可将上式简化如下:
Pnew=Pcurrent+(1-d)*(Pcurrent-Pprevious)+a
式中,Pnew为粒子P的新位置,Pcurrent为粒子P的当前位置,Pprevious为粒子P的上一次位置,d为阻尼系数,a为加速度。
在本申请实施例中,所述链接约束更新具体包括以下分步骤:
B1、将所述链接约束分为互不影响的八组子链接约束;
B2、将经过所述环境力更新的第一贴图依次进行八组子链接约束的计算,其中,每一组子链接约束计算后的第一贴图会作为下一组子链接约束的计算输入。
在具体应用场景中,我们需要顺序处理每一个链接约束,即处理完一个约束就需要更新该约束对应粒子的位置,然后基于新的粒子位置来处理下一个链接约束,但我们在GPU并行处理的时候只能处理并行的数据,即相互之间相互独立的,显然在并行的计算中使用传统的顺序处理方式不可取,我们这里采用的方法是对链接约束进行分组如图3所示,每一组当中保留的链接就代表这一组中需要计算的链接约束,在本具体实施例中,共分为8组子贴图,如图3所示。
图3中标号1表示第一组子贴图,图3中标号2表示第二组子贴图,图3中标号3表示第三组子贴图,图3中标号4表示第四组子贴图,图3中标号5表示第五组子贴图,图3中标号6表示第六组子贴图,图3中标号7表示第七组子贴图,图3中标号8表示第八组子贴图,每一组子贴图的链接约束与其他组均不相同。
第一组子贴图中的链接约束为:从第一列开始,每两列粒子为一组,每一组中每一行的两个粒子具有链接约束;
第二组子贴图中的链接约束为:从第二列开始,每两列粒子为一组,每一组中每一行的两个粒子具有链接约束;
第三组子贴图中的链接约束为:从第一行开始,每两行粒子为一组,每一组中每一列的两个粒子具有链接约束;
第四组子贴图中的链接约束为:从第二行开始,每两行粒子为一组,每一组中每一列的两个粒子具有链接约束;
第五组子贴图中的链接约束为:从第一列开始,每两列粒子为一组,每一组中每一行第一个粒子均与下一行的第二个粒子具有链接约束;
第六组子贴图中的链接约束为:从第一列开始,每两列粒子为一组,每一组中每一行第二个粒子均与下一行的第一个粒子具有链接约束;
第七组子贴图中的链接约束为:从第二列开始,每两列粒子为一组,每一组中每一行第一个粒子均与下一行的第二个粒子具有链接约束;
第八组子贴图中的链接约束为:从第二列开始,每两列粒子为一组,每一组中每一行第二个粒子均与下一行的第一个粒子具有链接约束;
分组后,每一组的链接约束计算都是相互不影响的,即可以直接并行计算的。依次进行每一组的计算处理后,将前一组的结果即更新后的位置数据贴图作为输入进行下一组的计算,这样只需要执行八次并行贴图计算即可完成了完整的链接约束计算。
其中,设定该链接约束对应的两个粒子为p1,p2,我们通过沿着p1和p2连接方向移动p1,p2(设定移动向量为S)来保证他们复原到我们设定的约束距离cs,cs的值实际上就是粒子与粒子的网格距离,显然斜向的约束距离是横向和纵向的√2倍。容易得到,移动向量S的计算公式如下:
P2,P1分别代表p2,p1的当前位置。
所以p1约束后的新位置是P1+S,p2的新位置是P2-S。
在本申请实施例中,所述球形几何碰撞物的更新具体为:
将经过链接约束后的第一贴图中的粒子矩阵进行球形几何碰撞物的更新,具体为,将在球形几何碰撞物的球体中的粒子的当前位置沿球心到当前位置的沿线更新至球体表面。
在本申请实施例中,所述法线更新具体为根据粒子的水平垂直方向相邻的共4个粒子对粒子的法线进行更新,且将更新后的法线存入预设的法线贴图中。
同时,由于环境力或者碰撞导致面布料会发生形变,这就要求实时对其进行法线纠正来保证其渲染正确,本方案方案相较于传统的方案更新形变后的法线非常高效。因为我们可以直接在贴图中获取当前最新的粒子位置以及其前后左右粒子的位置(设为P),作如下计算,矫正粒子的法线N,公式如下:
N=avg(cross(Dirleft,Dirdown),cross(Dirup,Dirleft),cross(Dirdown,Dirright),cross(Dirright,Dirup))
式中,N为矫正后的法线,avg为求平均操作,cross为叉乘操作,Dirleft为待矫正粒子的左方粒子的方向向量,Dirdown为待矫正粒子的下方粒子方向向量,Dirup为待矫正粒子的上方粒子方向向量,Dirright为待矫正粒子的右方粒子方向向量。
需要说明的是,上述中左方粒子和右方粒子即为待矫正粒子的水平方向相邻粒子,下方粒子和上方粒子即为待矫正粒子的垂直方向相邻粒子。
本领域的普通技术人员将会意识到,这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理,应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合,这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种布料物理运动模拟方法,其特征在于,包括以下步骤:
S1、预设第一贴图、第二贴图、第三贴图和第四贴图;
S2、基于布料贴图确定粒子矩阵,并将所述粒子矩阵存储至第一贴图中;
S3、基于第一贴图、第二贴图、第三贴图和第四贴图对粒子矩阵的位置移动进行位置更新,从而完成布料物理运动模拟;
其中,所述第一贴图中存储的是位置更新前当前位置的粒子矩阵,所述第二贴图中存储的是位置更新前上一次位置的粒子矩阵,所述第三贴图中存储的是位置更新后当前位置的粒子矩阵,所述第四贴图中存储的是位置更新后上一次位置的粒子矩阵,所述粒子矩阵中相邻粒子间均具有链接约束。
2.如权利要求1所述的布料物理运动模拟方法,其特征在于,每一次位置更新后,还包括以下步骤:
A1、将当前次位置更新出的第三贴图作为下一次位置更新的第一贴图,将当前次位置更新的第一贴图作为下一次位置更新时待写入数据的第三贴图;
A2、将当前次位置更新出的第四贴图作为下一次位置更新的第二贴图,将当前次位置更新的第二贴图作为下一次位置更新时待写入数据的第四贴图;
A3、执行下一次位置更新。
3.如权利要求1所述的布料物理运动模拟方法,其特征在于,所述步骤S3中的位置更新具体包括依次执行的环境力更新、链接约束更新、球形几何碰撞物的更新和法线更新。
4.如权利要求3所述的布料物理运动模拟方法,其特征在于,所述环境力更新具体如下式所示:
Pnew=Pcurrent+(1-d)*Pcurrent-Pprevious)+α
式中,Pnew为粒子P的新位置,Pcurrent为粒子P的当前位置,Pprevious为粒子P的上一次位置,d为阻尼系数,a为加速度。
5.如权利要求3所述的布料物理运动模拟方法,其特征在于,所述链接约束更新具体包括以下分步骤:
B1、将所述链接约束分为互不影响的八组子链接约束;
B2、将经过所述环境力更新的第一贴图依次进行八组子链接约束的计算,其中,每一组子链接约束计算后的第一贴图会作为下一组子链接约束的计算输入。
6.如权利要求3所述的布料物理运动模拟方法,其特征在于,所述球形几何碰撞物的更新具体为:
将经过链接约束后的第一贴图中的粒子矩阵进行球形几何碰撞物的更新,具体为,将在球形几何碰撞物的球体中的粒子的当前位置沿球心到当前位置的沿线更新至球体表面。
7.如权利要求3所述的布料物理运动模拟方法,其特征在于,所述法线更新具体为根据粒子的水平垂直方向相邻的共4个粒子对粒子的法线进行更新,且将更新后的法线存入预设的法线贴图中。
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PB01 | Publication | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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