АНАЛІЗ МЕТОДІВ ТА АЛГОРИТМІВ СИМУЛЯЦІЇ ТКАНИН

Abstract

Анотація. Симуляція тканин є важливим аспектом у сферах комп’ютерної графіки, медичних візуалізацій та інженерії матеріалів. Розробка ефективних і реалістичних методів моделювання тканини вимагає міждисциплінарного підходу, що охоплює механіку суцільних середовищ, обчислювальну геометрію та методи чисельного інтегрування [1], [2]. Особливе значення це набуває у зв’язку зі швидким розвитком електронної комерції та стрімким зростанням кількості онлайн-магазинів, де все більш актуальними стають так звані “віртуальні примірочні”. У таких системах ключовим завданням є реалістичне відображення поведінки тканини під час її “одягання” на тривимірні моделі людей. Саме коректна симуляція складок, розтягнень і взаємодій тканини з тілом користувача визначає рівень довіри до віртуальних примірочних та безпосередньо впливає на прийняття рішень споживачами у процесі вибору одягу онлайн. Таким чином, дослідження різних методів симуляції тканин, а також їх можливих комбінацій, є важливим завданням для досягнення високої реалістичності та фізичної коректності віртуальних примірочних. У статті проаналізовано чотири базові методи симуляції тканин: масово-пружинну модель (Mass-Spring), позиційну динаміку (Position-Based Dynamics, PBD), метод скінченних елементів (Finite Element Method, FEM) та гібридний метод (Hybrid). Наведено математичні постановки, розглянуто чисельні методи інтеграції та особливості обробки колізій. Представлено методологію експерименту, в якому для кожного методу вимірювалися FPS, час виконання, використання пам’яті, стабільність, максимальна деформація, енергія системи та точність обробки колізій. Масштабованість досліджено за рахунок збільшення кількості вершин із 100 до 1600. Результати показують, що Mass-Spring моделі дають найвищу швидкодію, однак поступаються FEM у точності складних деформацій. PBD і Hybrid можуть слугувати компромісом між швидкістю та якістю, причому Hybrid підвищує точність локальних ділянок за рахунок поєднання з FEM. Зроблено висновок про залежність вибору конкретної моделі від пріоритетних вимог до швидкості, масштабованості та фізичної точності симуляції тканин, що є особливо важливим у віртуальних примірочних системах.

Keywords

• симуляція тканини
• масово-пружинна модель
• позиційна динаміка
• метод скінченних елементів
• гібридна модель
• віртуальні примірочні
• обчислювальна геометрія
• масштабованість
• деформація
• колізії