11、布料物理模拟技术解析

布料物理模拟技术解析

1. 布料模拟模型选择

在布料模拟中，对于大变形情况，有一种方法虽在布料模拟中成功应用过，但未考虑材料非线性。该方法需额外计算应变张量的特征方向并相应处理旋转，尤其在处理布料这类各向异性材料时。而且，雅可比矩阵未考虑方向变化的影响，不够精确，所以主要适用于模拟大变形的完全线性各向同性材料。

布料通常不会受到大的压缩，因其弯曲刚度低，易发生屈曲，迅速将压缩松弛到较低值。所以，圣维南 - 基尔霍夫模型的压缩坍塌行为在布料模拟中并非问题。同时，我们对模拟非线性布料材料的完全线性力 - 变形行为也不感兴趣。此外，避免旋转能大大简化计算，尤其对于各向异性布料材料。

基于以上原因，圣维南 - 基尔霍夫模型适用于模拟大变形下的各向异性和非线性布料材料，能使计算尽可能简单。该模型呈现出立方拉伸力 - 变形行为，比使用比例应变 - 应力定律的线性力 - 变形行为更接近真实布料材料。

2. 非线性布料材料的精确模拟方法

2.1 模型概述

目标是精确模拟复杂布料对象，如动画角色身上的完整服装，精准再现布料的非线性力学行为。所提出的模型同时考虑弹性和粘性，适用于悬垂应用以及需要机械阻尼的动态运动计算。

该模型融合了连续介质力学和粒子系统，考虑三角形网格顶点（粒子）间的相互作用力，这些力通过精确评估每个三角形网格单元内的表面力学状态来计算，与采用质量集中近似的一阶有限元有显著相似之处。

2.2 计算方案

此计算方案处理通常由德劳内三角剖分生成的任意三角形网格。首先，根据非线性格林 - 拉格朗日张量表达这些单元中的应变和应力，与表示圣维南 - 基尔霍夫材料