Fuhrmann, Arnulph (2006)
Interaktive Animation textiler Materialien.
Technische Universität Darmstadt
Dissertation, Erstveröffentlichung

Kurzbeschreibung (Abstract)

In dieser Arbeit werden mehrere Verfahren und Konzepte vorgestellt, die zusammengenommen ein komplettes System zur Simulation und Visualisierung von textilen Materialien bzw. Bekleidung ergeben, welches sich für die virtuelle Anprobe und das Virtual Prototyping von Bekleidung eignet. Besonderes Augenmerk wird dabei die Stabilität der Simulation und die Echtzeitfähigkeit des Komplettsystems gelegt. Die wichtigsten Ergebnisse dieser Arbeit sind Ontologien für Bekleidung, Algorithmen zur schnellen Kollisionserkennung, die effiziente Simulation von textilem Material und die Visualisierung in Echtzeit. Für die Berechnung der Anfangswerte für die Simulation von Bekleidung werden in dieser Arbeit Ontologien für Kleidungsstücke und ein Verfahren zum interaktionsfreien Einkleiden virtueller Menschen vorgestellt. Die Ontologien können eingesetzt werden, um auf einer hohen bzw. abstrakten Ebene intuitiv die Eigenschaften von mehreren gleichzeitig getragenen virtuellen Kleidungsstücken zu ändern. Weiterhin profitiert auch die Kollisionserkennung für mehrlagige Kleidungsstücke von den dadurch gegebenen semantischen Informationen. Der Prozess der Kollisionserkennung teilt sich in Selbstkollisionserkennung und Kollisionen zwischen Stoff und Umgebung. Letzteres erfolgt auf der Basis von Distanzfeldern. Diese Methode ist extrem robust, da durch die Vorzeichen des Distanzfeldes klar zwischen dem Inneren und dem äußeren eines Objektes unterschieden werden kann. Ein Distanzfeld liefert nicht nur die Eindringtiefe, sondern auch die Normale, die für die Kollisionsantwort benötigt wird, wodurch eine sehr schnelle Kollisionserkennung möglich wird. Weiterhin wird in dieser Arbeit ein neues Verfahren zur Vermeidung von Selbstkollisionen textiler Materialien beschrieben. Die Methode basiert auf einer hierarchischen Datenstruktur, die während der Simulation schnell upgedated und abgefragt werden kann. Zudem arbeitet der Algorithmus äußerst stabil. Für die interaktive Simulation von textilen Materialien wird ein Algorithmus vorgestellt, der sogar für Netze mit mehreren tausend Dreiecken in Echtzeit arbeitet. Das Verfahren ist auch bei großen Zeitschritten stabil, da die hohen internen Kräfte durch geometrische Einschränkungen modelliert werden, die für verschiedene Materialien parametrisiert werden können. Nur die externen Kräfte, wie die Gravitation, werden auf herkömmliche Weise integriert. Zur realistischen Visualisierung von Kleidung wird ein Verfahren vorgestellt, das auch Details wie Nähte, Knöpfe und Säume rendern kann. Durch die Verwendung zusätzlicher Geometrie und weiterer Texturen lassen sich diese Elemente in hoher Auflösung darstellen, die auch bei Nahaufnahmen nicht an Qualität verlieren.

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