基于高性能求解的三维真实感织物模拟引擎研究项目摘要

基于物理模型的三维织物模拟引擎，是三维动画、服装CAD试衣模块的基础关键性研究。由于织物的大变形和服装材料属性，需要力学、科学计算、艺术等多方面知识，使其有深度的交叉学科。本项目针对模拟引擎中屈曲（褶皱产生过程），动态碰撞处理，高性能求解计算等模拟引擎的关键问题进行研究。通过能量准则和质量矩阵约束方法获得屈曲过程，从而可以构建具有理论依据的褶皱形成过程。采用结合稀疏矩阵求解器的隐式碰撞处理来解决服装的大规模碰撞问题，将检测到的碰撞采用全局方式加入隐式方程，而不是传统的局部响应方程。采用并行化方法，结合稀疏矩阵求解器进行研究，从而解决阻碍大规模应用的根本效率问题。深入探索新型无网格模型布类的模拟，加强真实感。本研究可以为解决当前三维服装动画效果僵硬以及三维服装CAD的真实感试衣到虚拟服装展示中最有难度的问题提供新方法和理论依据，促进三维原创动画发展和中国传统服装行业信息化进程。

课题研究按照项目计划书中的研究计划顺利开展基于物理模型的三维真实感仿真研究。同时根据最近两年的科研动态，特别研究了在特殊环境下，例如在如何模拟潮湿环境下的布类问题。课题取得了较好的研究成果，发布了相关论文和授权专利。 在课题实施过程中提出了在有水的情况下的真实感服装的模拟算法，使其适用于织物与皮肤接触响应算法，能够产生具有真实感的褶皱和屈曲。 方法结合了以下的三种新型模型：（1）能够改变织物质点的液体渗透模型。（2）一种结合实际织物属性的非线性碰撞摩擦模型。（3）一种基于扰动敏感理论的褶皱模型。 与以往的特殊情况下的织物模拟模型，特别是潮湿织物模拟方法相比，我们的方法在织物属性中使用了真实的织物数据作为支持，因此使用我们方法模拟的织物可以与真实织物的模拟相媲美。此外，本课题提出了一种特殊的服装-皮肤碰撞解除模型。实验结果也反映了本课题方法的真实性。 课题中的无网格模拟方法获得了专利授权。研究中服装模拟以及身材相关的方法，被应用到实际软件中。 发表的论文中，比较突出的是在SCI检索期刊the Visual Computer上。在2012年6月参加了在英国举行的计算机图形领域的(Computer Graphics International)CGI会议（入选最佳30篇论文），并在大会第一天报告了研究成果，取得了专家的一致认可。同时，也参与了英文著作Interactive Virtual Human的Cloth Simulation章节的内容撰写。 在研究的基础上，也注重了产学研合作和科技成果的转化，积极与企业合作进行研发。2012年获得了2项专利授权和三项软件著作权。在2012年3月参加了在美国举行的游戏开发者全球大会，探索将研究成果的产业化应用。在研究成果的基础上，探索将研究成果结合云计算和移动互联网环境，进行更深入的研发。领导开发了基于移动智能终端的软件应用，结合云计算与3D仿真，开发计算引擎。应用课题技术，与合作单位的应用产品登陆了苹果App官方市场，并在上线的第一天就取得了新品榜的第一名。 人才培养方面，在本课题实施过程中，培养了多名研究生。在国际合作方面，2011年同时本课题与国际上研究这个领域的专家瑞士日内瓦大学的Nadia Magnanet-Thalmann进行合作。

随着VLSI芯片功能越来越复杂，大量的时间消耗在功能验证上，而目前错误定位仍主要依赖于手工劳动，效率低下且易于引入新的错误，因此错误自动定位方法成为新的研究热点。但是现有方法存在抽象层次低、运算复杂度高、处理电路规模有限等问题。.针对这些问题，研究基于字级求解的电路错误自动定位理论与方法；研究基于约束依赖图的高层HDL程序切片算法，以抽取有效电路；研究基于等价约简与蕴含消除的断言精化方法，以减小断言规模；研究融合字级不可满足子式与Craig插值的错误踪迹优化方法，以提高定位精度；研究基于否证分析与增量式求解的错误敏感向量压缩方法，以剔除冗余输入；面向RTL级和行为级电路描述，设计实现错误自动定位的原型系统。.本项目的研究成果，能够显著提高VLSI芯片验证的效率，有助于缩短设计周期，突破制约芯片验证的瓶颈，具有重要理论意义与实际应用价值。

受裂隙控制与影响，岩质隧道经常发生塌方、涌水等灾害。本课题将不连续面三维网络模拟技术与GIS 技术相结合，对隧道围岩的岩性特征、节理裂隙等情况进行三维模拟。运用数据挖掘技术，判定裂隙岩质隧道围岩稳定性与各影响因素之间的内在关系，对裂隙岩质隧道施工期间的地质灾害进行智能化预测。在项目支持下，进行了系列研究：建立了基于小样本数据岩体三维裂隙网络模拟技术方法，模拟效果较为符合现场数据特征；基于GIS技术进行了软件开发，对裂隙岩质隧道进行了三维模拟，编制了粗糙集、FCM、可拓学等系列数据挖掘算法代码；进行了基于粗糙集的模糊C均值聚类算法的结构面优势分组研究，基于粗糙集的模糊C均值聚类算法的聚类效果明显优于模糊C均值聚类算法；利用可拓学理论对双峰隧道稳定性影响因素分析与灾害预测，利用核磁共振与瞬变电磁对隧道涌水灾害进行了探测，表明了很好的应用效果。研究成果可很好的指导实际工程施工。 2100433B