一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種仿真方法，尤其涉及一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002]術(shù)語(yǔ)解釋:
[0003]網(wǎng)狀結(jié)構(gòu):具有網(wǎng)絡(luò)狀的，由柔性材質(zhì)編織的結(jié)構(gòu)
[0004]物理仿真:以物理性質(zhì)和幾何形狀相似為基礎(chǔ)，其他性質(zhì)不變的仿真。
[0005]約束:對(duì)非自由體的某些位移起限制作用的周圍物體稱為約束。
[0006]織物仿真常指對(duì)柔性紡織品靜態(tài)和動(dòng)態(tài)以及著裝效果和性能的計(jì)算機(jī)模擬。二維織物的材料屬性與織法結(jié)構(gòu)的仿真顯示研宄較為普遍，而三維織物的材料屬性與織法結(jié)構(gòu)的仿真顯示研宄在國(guó)內(nèi)外則剛起步。主要以有限元等迭代算法為主，該方法能達(dá)到一定的仿真效果，但計(jì)算量大是這些算法的不足。紡織學(xué)界對(duì)織物風(fēng)格仿真的研宄較早，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)界對(duì)此的研宄則始于上世紀(jì)八十年代中期，標(biāo)志性的文獻(xiàn)是由Weil Jerry提出一種懸掛的三維織物在受到一定約束時(shí)的三維效果描述。目前織物真實(shí)感模型算法主要是圍繞光照處理和紋理映射，產(chǎn)生褶皺、懸垂、紋織效果等細(xì)節(jié)，這些算法一般是針對(duì)織物的某種屬性進(jìn)行仿真。
[0007]現(xiàn)有技術(shù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)存開(kāi)銷大，運(yùn)營(yíng)成本高，需要編寫(xiě)特定的約束力學(xué)程序來(lái)維護(hù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，反應(yīng)速度慢，無(wú)法實(shí)現(xiàn)物理仿真效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為解決上述問(wèn)題本發(fā)明提供了一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的仿真方法。本發(fā)明步驟簡(jiǎn)單明了，不需要編寫(xiě)特定的約束力學(xué)程序來(lái)維護(hù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一切物理仿真效果智能化、自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)。
[0009]為達(dá)到上述技術(shù)效果，本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0010]一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的仿真方法，包括如下步驟:
[0011]步驟一、繩索生成:利用制作引擎生成剛體網(wǎng)格繩索，所述繩索上附帶有attach函數(shù)，使得繩索間可以相連綁定；
[0012]步驟二、建立網(wǎng)洞:將生成的剛體網(wǎng)格繩索首尾相連，并通過(guò)attach函數(shù)綁定，形成網(wǎng)洞；若不能形成網(wǎng)洞，則返回步驟一；所述網(wǎng)洞由4條剛體網(wǎng)格繩索圍成；
[0013]步驟三、建立小網(wǎng):將網(wǎng)洞作為基本單元，通過(guò)繩索上的attach函數(shù)，將4個(gè)網(wǎng)洞綁定形成一個(gè)小網(wǎng)；若不能建立小網(wǎng)，則返回步驟二 ；
[0014]步驟四、建立大網(wǎng):將小網(wǎng)作為基本單元，通過(guò)繩索上的attach函數(shù)，將4個(gè)小網(wǎng)綁定形成一個(gè)大網(wǎng)；若不能建立大網(wǎng)則返回步驟三；
[0015]步驟五、建立網(wǎng)狀結(jié)構(gòu):在大網(wǎng)的邊緣節(jié)點(diǎn)處設(shè)置質(zhì)點(diǎn)，所述質(zhì)點(diǎn)為剛體，但沒(méi)有形狀大小，且受物理定律的約束；設(shè)定attach函數(shù)可綁定任何剛體，將大網(wǎng)與大網(wǎng)大網(wǎng)連接，4個(gè)大網(wǎng)形成一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；若不能形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)則返回步驟四；
[0016]步驟六、生成高級(jí)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu):將網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)相互連接，生成更高級(jí)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；
[0017]步驟七、添加碰撞器:設(shè)置判斷繩索是否碰觸到物體的碰撞器，然后結(jié)束程序。
[0018]進(jìn)一步的改進(jìn)，所述步驟六中，碰撞器為膠囊碰撞器。
[0019]進(jìn)一步的改進(jìn)，所述步驟一中，制作引擎為Unity3D引擎，所述Unity3D引擎的插件為quick rope插件。
[0020]進(jìn)一步的改進(jìn)，利用gameobject父子關(guān)系制作網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)潢P(guān)系。
[0021]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn):
[0022]1.利用Unity游戲引擎來(lái)實(shí)現(xiàn)新的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，步驟簡(jiǎn)單明了。
[0023]2.不需要編寫(xiě)特定的約束力學(xué)程序來(lái)維護(hù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)。
[0024]3.一切物理仿真效果智能化、自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)。
【附圖說(shuō)明】
[0025]圖1本發(fā)明的流程示意圖；
[0026]圖2膠囊碰撞器結(jié)構(gòu)示圖；
[0027]圖3網(wǎng)格繩索結(jié)構(gòu)示意圖；
[0028]圖4網(wǎng)洞結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖5大網(wǎng)邊緣的質(zhì)點(diǎn)設(shè)置示意圖；
[0030]圖6繩索之間通過(guò)質(zhì)點(diǎn)連接的示意圖；
[0031]圖7網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0032]如圖1-7所示的一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的仿真方法，包括如下步驟:
[0033]步驟一、繩索生成:利用制作引擎生成剛體網(wǎng)格繩索，所述繩索上附帶有attach函數(shù)，使得繩索間可以相連綁定；所述制作引擎為Unity3D引擎，所述Unity3D引擎的插件為 quick rope 插件；
[0034]步驟二、建立網(wǎng)洞:將生成的剛體網(wǎng)格繩索首尾相連，并通過(guò)attach函數(shù)綁定，形成網(wǎng)洞；若不能形成網(wǎng)洞，則返回步驟一；所述網(wǎng)洞由4條剛體網(wǎng)格繩索圍成；
[0035]步驟三、建立小網(wǎng):將網(wǎng)洞作為基本單元，通過(guò)繩索上的attach函數(shù)，將4個(gè)網(wǎng)洞綁定形成一個(gè)小網(wǎng)；若不能建立小網(wǎng)，則返回步驟二 ；
[0036]步驟四、建立大網(wǎng):將小網(wǎng)作為基本單元，通過(guò)繩索上的attach函數(shù)，將4個(gè)小網(wǎng)綁定形成一個(gè)大網(wǎng)；若不能建立大網(wǎng)則返回步驟三；
[0037]步驟五、建立網(wǎng)狀結(jié)構(gòu):在大網(wǎng)的邊緣節(jié)點(diǎn)處設(shè)置質(zhì)點(diǎn)，所述質(zhì)點(diǎn)為剛體，但沒(méi)有形狀大小，且受物理定律的約束；設(shè)定attach函數(shù)可綁定任何剛體，將大網(wǎng)與大網(wǎng)大網(wǎng)連接，4個(gè)大網(wǎng)形成一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；若不能形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)則返回步驟四；
[0038]步驟六、生成高級(jí)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu):將網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)相互連接，生成更高級(jí)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；
[0039]步驟七、添加碰撞器:設(shè)置判斷繩索是否碰觸到物體的碰撞器，所述碰撞器為膠囊碰撞器，然后結(jié)束程序。
[0040]本發(fā)明利用gameobject父子關(guān)系制作網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)潢P(guān)系。
[0041]本發(fā)明運(yùn)用unity3d中現(xiàn)有的quick rope2插件，研宄其中所具有的Line rope、Mesh rope、Prefab rope、Cloth rope。發(fā)現(xiàn)Mesh rope所具有的性質(zhì)最接近本次項(xiàng)目網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的要求。
[0042]其中Line rope (線狀繩索)顧名思義為線狀，故為2D，無(wú)法實(shí)現(xiàn)3D的繩索。Prefabrope (預(yù)制繩索)，是通過(guò)對(duì)模型的預(yù)生成，鏈接成一根繩索，可用于鏈?zhǔn)嚼K索的仿真上。但是如果用在本項(xiàng)目中，就會(huì)出現(xiàn)類似三節(jié)棍的效果。Cloth rope(布式繩索)不具備物理性質(zhì)。Mesh rope (網(wǎng)格繩索)，是通過(guò)網(wǎng)格的拼接成一個(gè)正六邊體來(lái)逼近繪制一根繩索(如圖3示)。并可添加physics物理性質(zhì)，可設(shè)置所受重力，扭曲限度，擺動(dòng)限度，所受阻力。
[0043]在rope中，附帶了 attach()函數(shù)，通過(guò)建立兩個(gè)剛體之間的關(guān)節(jié)關(guān)系，達(dá)到一種“綁定”的效果。
[0044]首先要通過(guò)繩索建立一個(gè)網(wǎng)洞hole。一個(gè)網(wǎng)洞是由四條繩索構(gòu)成的。繩索作為網(wǎng)洞的子級(jí)。繩索間首尾相接，并在連接處，并調(diào)用繩索的attach O函數(shù)，將兩根繩索綁定(如圖4所示)。
[0045]然后利用網(wǎng)洞作為基本單元，把四個(gè)網(wǎng)洞作為一個(gè)小網(wǎng)net的子級(jí)。四個(gè)網(wǎng)洞繼續(xù)通過(guò)調(diào)用繩索上的attach O函數(shù)進(jìn)行綁定。
[0046]按照相同原理，建立具有四個(gè)net作為子級(jí)的一個(gè)NET。
[0047]若此時(shí)再用上面的模型，通過(guò)四個(gè)NET建立下一級(jí)時(shí)，在連接處，調(diào)用特定的某條繩的attach O函數(shù)，將變得很困難。故在此時(shí)，對(duì)NET模型進(jìn)行改進(jìn)。在NET與NET之間的連接處，添加“質(zhì)點(diǎn)”(如圖5所示)。這些質(zhì)點(diǎn)沒(méi)有形狀大小，但具備剛體的性質(zhì)，受著物理定律的約束。而繩索的attachO函數(shù)可以綁定任意剛體。于是形成一種“繩系點(diǎn)，點(diǎn)系繩”的連接方式(如圖6所示)。
[0048]于是四個(gè)NET只要稍加變換角度就可建立起更高級(jí)的網(wǎng)(如圖7所示)。
[0049]對(duì)于一張網(wǎng)的主要功能是捕捉，那么就要判斷是否碰撞。于是要給繩索添加碰撞器。在本項(xiàng)目中是采用相對(duì)節(jié)約資源的Capsule Collider (膠囊碰撞器)。這種碰撞器是兩端為半球狀，中間為圓柱體(如圖2所示)，雖不如mesh Collider (網(wǎng)格碰撞器)逼真，但是大大節(jié)約了資源，提高了運(yùn)算效率，而且對(duì)于一小段繩索的逼近程度也很高。
[0050]以上實(shí)例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在【具體實(shí)施方式】及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處，綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的仿真方法，其特征在于，包括如下步驟: 步驟一)繩索生成:利用制作引擎生成剛體網(wǎng)格繩索，所述繩索上附帶有attach函數(shù)，使得繩索間可以相連綁定； 步驟二)建立網(wǎng)洞:將生成的剛體網(wǎng)格繩索首尾相連，并通過(guò)attach函數(shù)綁定，形成網(wǎng)洞；若不能形成網(wǎng)洞，則返回步驟一；所述網(wǎng)洞由4條剛體網(wǎng)格繩索圍成； 步驟三)建立小網(wǎng):將網(wǎng)洞作為基本單元，通過(guò)繩索上的attach函數(shù)，將4個(gè)網(wǎng)洞綁定形成一個(gè)小網(wǎng)；若不能建立小網(wǎng)，則返回步驟二 ； 步驟四)建立大網(wǎng):將小網(wǎng)作為基本單元，通過(guò)繩索上的attach函數(shù)，將4個(gè)小網(wǎng)綁定形成一個(gè)大網(wǎng)；若不能建立大網(wǎng)則返回步驟三； 步驟五)建立網(wǎng)狀結(jié)構(gòu):在大網(wǎng)的邊緣節(jié)點(diǎn)處設(shè)置質(zhì)點(diǎn)，所述質(zhì)點(diǎn)為剛體，但沒(méi)有形狀大小，且受物理定律的約束；設(shè)定attach函數(shù)可綁定任何剛體，將大網(wǎng)與大網(wǎng)大網(wǎng)連接，4個(gè)大網(wǎng)形成一個(gè)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；若不能形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)則返回步驟四； 步驟六)生成高級(jí)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu):將網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)相互連接，生成更高級(jí)的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)； 步驟七)添加碰撞器:設(shè)置判斷繩索是否碰觸到物體的碰撞器，然后結(jié)束程序。2.如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的仿真方法，其特征在于，所述步驟六)中，碰撞器為膠囊碰撞器。3.如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的仿真方法，其特征在于，所述步驟一)中，制作引擎為Unity3D引擎，所述Unity3D引擎的插件為quick rope插件。4.如權(quán)利要求1所述的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的仿真方法，其特征在于，利用gameobject父子關(guān)系制作網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)拓?fù)潢P(guān)系。
【專利摘要】本發(fā)明公開(kāi)了一種網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的仿真方法，包括如下步驟：步驟一、繩索生成；步驟二、建立網(wǎng)洞；步驟三、建立小網(wǎng)；步驟四、建立大網(wǎng)；步驟五、建立網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；步驟六、生成高級(jí)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；步驟七、添加碰撞器。本發(fā)明克服了現(xiàn)有技術(shù)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，內(nèi)存開(kāi)銷大，運(yùn)營(yíng)成本高，需要編寫(xiě)特定的約束力學(xué)程序來(lái)維護(hù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，反應(yīng)速度慢，無(wú)法實(shí)現(xiàn)物理仿真效果的缺點(diǎn)，不需要編寫(xiě)特定的約束力學(xué)程序來(lái)維護(hù)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，一切物理仿真效果智能化、自動(dòng)化實(shí)現(xiàn)。
【IPC分類】G06T17/00, G06F9/455
【公開(kāi)號(hào)】CN104991808
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510329255
【發(fā)明人】陳樂(lè) , 高正欽, 蔡沛緯, 翟金麗
【申請(qǐng)人】福建工程學(xué)院
【公開(kāi)日】2015年10月21日
【申請(qǐng)日】2015年6月15日