소성변형특성을 이용한 사실적인 직물 시뮬레이션 = Realistic Cloth Simulation using Plastic Deformation

국문 초록 (Abstract)

본 논문은 소성변형(plastic deformation)특성을 갖는 직물의 움직임을 시뮬레이션하는 기법을 제안한다. 소성은 탄성과 반대되는 개념으로, 물질이 외부의 힘에 의해 변형되었을 때, 초기상태로 완전히 회복되지못하는 성질이다. 직물은 파티클 모델(particle model)을 이용하여 모델링하며, 파티클간의 상호작용은 바로 인접한 파티클간의 순차연결과 한 파티클 건너에 있는 파티클간의 교차연결을 설정함으로써 표현한다. 순차연결은 직물의 압축과 인장변형을, 교차연결은 직물의 굽힙변형을 표현한다. 연결은 스프링으로 모델링하는데, 순차연결은 탄성스프링으로, 교차연결은 변형정도에 따라, 탄성스프링 또는 소성스프링으로 모델링한다. 본 논문은 기존의 파티클 모델에서 사용하는 탄성스프링에 소성스프링을 추가하여 직물의 소성변형현상을 표현한 것이다. 그 결과, 굽힘주름과 영구변형된 구김주름, 그리고 주름이 직물 전체에 고루 분포되는 현상을 시뮬레이션할 수 있었다. 연결의 탄성스프링과 소성스프링을 모델링할 때 직물운동방정식 수치해법의 안정성을 보장하기 위해 직물 시스템의 강성 메트릭스 (stiffness matrix)가 indefinite이 되지 않도록 주의를 기울였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

This paper presents a cloth simulation technique that implements plastic deformation. Plasticity is the property that material does not restore completely to the original state once deformed, in contrast to elasticity. We model cloth using a particle model, and posit two kinds of connections between particles, i.e. the sequential connections between immediate neighbors, and the interlaced connections between every other neighbors. The sequential connections represent the compression and tension of cloth, and the interlaced connections the bending in cloth. The sequential connections are modeled by elastic springs, and the interlaced connections by elastic or plastic spring depending on the amount of the current deformation of the connections. Our model is obtained by adding plastic springs to the existing elastic particle model of cloth. Using the new model, we have been able to simulate bending wrinkles, permanently deformed wrinkles, and small wrinkles widely distributed over cloth. When constructing elastic and plastic spring models for sequential and interlaced connections, we took pain to prevent the stiffness matrix of the whole cloth system from being indefinite, in order to help achieve physical stability of the cloth motion equation and to improve the effectiveness of the numerical method.

목차 (Table of Contents)

• 요약
• Abstract
• 1. 서론
• 2. 직물의 물리적 성질
• 3. 제안된 직물 모델
• 4. 직물 지배 운동방정식의 수치적 해
• 5. 실험 결과
• 6. 결론
• 참고문헌
• 저자소개

참고문헌 (Reference)

1 Sunil Hadap, "VolinoNadia M agnenat-Thalmann" 175-183,

2 Francoise Tisseur, "The quadratic eigenvalue problem"

3 Choi,K, "Stable but responsive cloth" 604-611, 2002,July

4 Robert Bridson, "Robust treatment of collisions, contact, and friction for cloth animation" 594-603, 2002,July

5 Ascher,U, "On the modified conjug ate gradient method in cloth simulation" 2002

6 Edward R. Champion, "Numerical Methods for Engineering Applications"

7 R.C. Hibbeler, "Mechanics of Materials" Prentice Hall 1999

8 Norman E. Dowling, "Mechanical Behavior of Materials" Prentice Hall 1999

9 Baraff, D, "Large steps in cloth simulation" 43-54, 1998

10 "J. Shewchuk. An introduction to the conjugate gradient method without the agonizing pain. Technical Report CMU-CS-TR-94-125" Carnegie Mellon University 1994.

11 Tirupathi R. Chandrupatla, "Introduction to Finite Elements in Engineering" Prentice Hall 2000

12 Volino, P, "Implementing fast cloth simulation with collision response" 257-268, 2000

13 O’'Brien,J. F, "Graphical modeling and animation of Ductile fracture" 291-294, 2002,July

14 O’'Brien,J. F, "Graphical modeling and animation of Brittle fracture" 1999,August

15 Volino, P, "Comparing efficiency of integration methods for cloth animation" -01, 2001

16 Donald H. House, "Cloth Modeling and Animation" 2000

17 Crandall, "An Introduction to the Mechanics of Solids" McGraw-Hill 1978.