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Interaktive Animation textiler Materialien

Fuhrmann, Arnulph :
Interaktive Animation textiler Materialien.
[Online-Edition]
TU Darmstadt
[Ph.D. Thesis], (2006)

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Item Type: Ph.D. Thesis
Title: Interaktive Animation textiler Materialien
Language: German
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.

Alternative Abstract:
Alternative AbstractLanguage
This thesis presents several algorithms and concepts in order to make interactive animation of textiles and even of whole garments in the context of virtual try-on and virtual prototyping feasible. The algorithms are designed for stability of the simulation and interactivity of the whole system. The main contributions are ontologies for virtual garments, algorithms for rapid collision detection, efficient simulation of textile materials and visualisation in real time. Since garments are a composition of several patterns at first an ontology for patterns is described. On the basis of this ontology and extensions to garments the process of virtual dressing can be specified and even manipulated intuitively on a higher semantic level. In combination with a method for geometric pre-positioning virtual characters can be dressed automatically. Moreover, it is shown how the process of collision detection can be enhanced by using the induced semantic information of different garment layers. The process of collisions detection is split into self collisions and collisions between cloth and the environment. The latter collisions are detected by using a distance field. This representation of 3D objects provides highly robust collision detection, since space is divided strictly into inside and outside. Since a distance field yields not only the penetration depth but also the normal needed for collision response, collision detection between textiles and the environment is carried out very efficiently. For avoiding self collisions a hierarchic method is used, which rapidly determines nearby particles of the cloth mesh and keeps them apart. The described approximate self collision detection is also extremely stable. For interactive simulation of textile materials an algorithm is presented, which works in real time even for meshes containing several thousand triangles. The method remains stable for large time steps, since high internal forces are modelled by geometric constraints, which can be parameterized for different cloth behaviour. Only external forces like gravity are integrated conventionally. For realistic visualisation of garments methods for rendering seams, buttons and labels are presented. By using only few additional geometry and extra textures these elements can be rendered efficiently with high resolution.English
Uncontrolled Keywords: Distanzfeld, Selbstkollisionserkennung
Alternative keywords:
Alternative keywordsLanguage
Distanzfeld, SelbstkollisionserkennungGerman
real time simulation, collision detection, textiles, virtual try-on, virtual reality, rapid prototyping, garments, ontology, deformable objects, distance fieldEnglish
Classification DDC: 000 Allgemeines, Informatik, Informationswissenschaft > 004 Informatik
Divisions: Fachbereich Informatik
Date Deposited: 17 Oct 2008 09:22
Last Modified: 07 Dec 2012 11:52
Official URL: http://elib.tu-darmstadt.de/diss/000738
URN: urn:nbn:de:tuda-tuprints-7382
License: Simple publication rights for ULB
Referees: Weber, Prof. Dr. Andreas
Advisors: Encarnacao, Prof. Dr.- Jose L.
Refereed: 9 June 2006
URI: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/id/eprint/738
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