Моделирование ткани — это термин, используемый для моделирования ткани в компьютерной программе, обычно в контексте 3D компьютерной графики . Основные подходы, используемые для этого, можно разделить на три основных типа: геометрические, физические и частицы/энергия.
Большинство моделей ткани основаны на «частицах» массы, соединенных в некую сетку. Ньютоновская физика используется для моделирования каждой частицы с помощью «черного ящика», называемого физическим движком . Это включает использование основного закона движения (Второго закона Ньютона):
Целью всех этих моделей является определение положения и формы куска ткани с использованием этого базового уравнения и нескольких других методов.
Джерри Вейл был пионером первой из них, геометрической техники, в 1986 году. [1] Его работа была сосредоточена на аппроксимации внешнего вида ткани путем обработки ткани как набора кабелей и использования гиперболических косинусных (цепных) кривых. Из-за этого она не подходит для динамических моделей, но очень хорошо работает для стационарных или однокадровых рендеров. [1] Эта техника создает базовую форму из отдельных точек; затем она анализирует каждый набор из трех этих точек и сопоставляет цепную кривую с набором. Затем она берет самую низкую из каждого перекрывающегося набора и использует ее для рендеринга.
Вторая методика рассматривает ткань как сетку частиц, соединенных друг с другом пружинами. В то время как геометрический подход не учитывал ни одного из свойственных тканому материалу растяжений, эта физическая модель учитывает растяжение (натяжение), жесткость и вес:
Теперь применим основной принцип механического равновесия , в котором все тела стремятся к наименьшей энергии, дифференцируя это уравнение, чтобы найти минимальную энергию.
Последний метод сложнее первых двух. Метод частиц продвигает физические методы на шаг дальше и предполагает, что у нас есть сеть частиц, взаимодействующих напрямую. Вместо пружин для определения формы ткани используются энергетические взаимодействия частиц. Используется уравнение энергии, которое добавляется к следующему:
Термины для энергии, добавленной любым источником, можно добавить к этому уравнению, затем вывести и найти минимумы, что обобщает нашу модель. Это позволяет моделировать поведение ткани при любых обстоятельствах, и поскольку ткань рассматривается как совокупность частиц, ее поведение можно описать с помощью динамики, предоставленной в нашем физическом движке.
