Collision detection and post-processing for physical cloth simulation

Um deformierbare Materialien wie Textilien oder menschliches Gewebe physikalisch simulieren zu können, muss eine Reihe komplexer Probleme gelöst werden. Diese Arbeit befasst sich dabei im Speziellen mit der Detektion und Behandlung von auftretenden Kollisionen sowie der Nachbearbeitung simulierter Netze zur Steigerung der visuellen Qualität. Dabei werden Anwendungen aus dem Bereich simulierter Textilien und der virtuellen Anprobe von Kleidung vorgestellt. Insbesondere wird auf das am WSI/GRIS entwickelte Textilsimulationssystem TüTex eingegangen. Zunächst wird der State of the Art zur Kollisionsdetektion deformierbarer Objekte vorgestellt, und es wird ausführlich diskutiert, welches Verfahren am besten für welche Anwendung geeignet ist. Für die Anforderungen, die TüTex an die Kollisionsdetektion stellt, wird gezeigt, dass sich dafür besonders Bounding-Volume-Hierarchien eignen. Diese werden im Weiteren mit einem stochastischen Sampling zu einer neuen Kollisionsdetektionsmethode kombiniert. Dieses neue Verfahren erlaubt eine Abwägung zwischen Geschwindigkeit und Qualität der Detektion und erhöht damit auch deutlich ihre Performance. Im Folgenden wird eine Impuls-basierte Methode zur Auflösung komplexer Kollisionen und Selbstkollisionen vorgestellt, die sowohl für statische als auch dynamische Kollisionsobjekte stabile Simulationen sicherstellt. Da Textilsimulationen mit hoch aufgelösten Netzen nach wie vor sehr zeitintensiv sind, wird vorgeschlagen, grobe Netze zu simulieren und diese anschließend geometrisch nach zu bearbeiten. Dazu trägt diese Arbeit zwei Verfahren bei. Um die sichtbare polygonale Struktur von groben Netzen zu beseitigen werden Subdivisionmethoden benutzt. Dabei werden interpolierende und approximierende Verfahren in Bezug auf die Eignung bei virtuellen Textilien verglichen. Da der Subdivisionschritt selbst auch wieder zu Kollisionen vor allem zwischen dem modifizierten Textilnetz und seiner Umgebung führen kann, werden diese Verfahren mit einer kontinuierlichen Kollisionsdetektion und Kollisionsantwort kombiniert. Als zweites Verfahren zur Nachbehandlung virtueller Textilien werden Faltentexturen vorgeschlagen. Da grobe Netze keine feinen Falten modellieren können, werden diese Details durch Texturen hinzugefügt. Diese Texturen werden dabei auf Basis der Deformation der Netze generiert und können als Bump- oder Displacement-Map verwendet werden. Im Gegensatz zu früheren Verfahren wird diese Faltentextur ohne Benutzerinteraktion generiert, was die Verwendung in automatischen Simulationssystemen wie TüTex ermöglicht. Des Weiteren werden in dieser Arbeit erstmals diese Texturen mit der kontinuierlichen Kollisionsdetektion kombiniert, um ein kollisionsfreies Displacement-Mapping zu realisieren. Beide Nachbearbeitungsverfahren führen zusammen mit groben Netzen zu visuell vergleichbaren Ergebnissen wie die Simulation hoch aufgelöster Netze ohne Nachbearbeitung, ermöglichen aber deutlich kürzere Simulationszeiten. Die in dieser Arbeit entwickelten Konzepte wurden in mehrere Systeme zur Kleidersimulation integriert. Mit Virtual Try-On wurde dabei das erste System umgesetzt, welches die physikalisch-basierte Simulation von Kleidung basierend auf CAD-Schnittmustern, physikalischen Materialparametern und 3D-Körperscans ermöglicht. Außerdem wurde der Textilsimulator TüTex als Plugin für die Modellierungssoftware Alias Maya weiter entwickelt, um über eine effiziente und komfortable Test- und Visualisierungsumgebung zu verfügen.

Author

• Kimmerle, Stefan

Identifier

hdl:10900/48769

OAI record oai:identifier

https://publikationen.uni-tuebingen.de/oai/request?verb=GetRecord&metadataPrefix=mets&identifier=oai%3Apublikationen.uni-tuebingen.de%3A10900%2F48769