多相位流体在织物中扩散形态的模拟方法、装置及介质制造方法及图纸

本发明专利技术提出了一种多相位流体在织物中扩散形态的模拟方法、装置及介质，属于计算机图形学领域以及流体动力学领域，本发明专利技术针对多种污渍在织物中的扩散与污染效果，提出基于物理的与子像素采样及染色曲线相结合的计算方法，通过构建织物的结构模型，输入织物、流体、污渍的特征参数，模拟流体、污渍在织物上的扩散过程，可实现单一污渍的独立扩散、多污渍混合及排斥扩散、多污渍染色遗留效果、污渍分布控制等效果，并可达到与真实拍摄的照片相对比的近似真实感效果。似真实感效果。似真实感效果。

【技术实现步骤摘要】
多相位流体在织物中扩散形态的模拟方法、装置及介质


[0001]本专利技术属于计算机图形学领域以及流体动力学领域，具体涉及一种多相位流体在织物中扩散形态的模拟方法、装置及介质。

技术介绍

[0002]在虚拟世界中模拟并渲染出真实世界中的不完美材质现象，是计算机图形学领域长期研究的一个重要方向。在过去的几十年间，很多学者在这个方向做出了重要的贡献。如何获取一个具有照片级真实感的织物材质效果，是一个很有挑战的工作。如Zhao(Zhao S,Jakob W,Marschner S,et al.Structure aware synthesis for predictive woven fabric appearance[J].ACM Transactions on Graphics,2012,31(4):Article No.75)提出了一种模拟方法，通过对织物编织结构的获取和模拟，可以获得非常逼真的织物表面材质效果，但其未考虑织物和流体互动所造成的材质变化。为了考虑流体在织物中扩散的影响，如Morimoto(Morimoto Y,Tanaka M,Tsuruno R,et al.Visualization of dyeing based on diffusion and adsorption theories[C]//Proceedings of the 15th Pacific Conference on Computer Graphics and Applications.Los Alamitos:IEEE Computer Society Press,2007:57
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64)提出对流体
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织物交互的结构进行简化的模型，可以一定程度上模拟多相位流体在编织结构中的非线性扩散和染色效果，该多相位流体是指包含至少两种流体以及位于流体中的污渍，例如液体溶剂中污渍对衣服织物的染色形态。
[0003]理论上讲，模拟流体在织物中的扩散形态和染色效果的逼真程度，可以通过与真实情况流体在织物中的扩散形态和染色效果进行对比进行衡量。换言之，模拟流体在织物中的扩散形态和染色效果与真实的扩散形态和染色效果越接近就说明越逼真。而要达到这种逼真的效果，就要涉及到流体动力学知识，通过获取真实的流体、污渍和织物的相关物理参数，利用流体动力学的相关理论进行建模，然后计算最终结果。通过这种方式既可以用来模拟虚拟世界中的流体，也可以用来模拟和预测真实世界中的流体，以便于针对流体对织物造成的染色影响进行衡量。
[0004]在流体动力学领域中，对流体的扩散进行模拟目前已经有很多的方法。例如专利CN106446439A公开了一种基于水泥浆液触变性和VOF求解扩散锋面的帷幕灌浆数值模拟方法，建立三维地质模型和灌浆孔模型，耦合三维地质模型和灌浆孔模型构建三维统一模型；将三维统一模型导入CFD计算软件，划分计算网格；建立水泥浆液触变性流体模型，VOF法捕捉浆液扩散锋面；实现复杂地质条件下的考虑浆液触变性和VOF计算浆液扩散锋面的大坝基岩帷幕灌浆三维数值模拟。该专利技术专利实现了复杂地质条件下基于触变性模型和VOF计算确定浆液扩散锋面的三维灌浆数值模拟，准确获悉复杂地质条件下基岩帷幕灌浆的灌后宏观效果，为大坝帷幕灌浆的灌前预测或灌后分析提供一种精确的数值手段。又如专利CN107633123A公开了一种用于光滑粒子流体动力学模拟出血及处理加速的方法，利用基于GPU加速的模拟方法来模拟虚拟手术中的出血及利用虹吸原理吸出渗血的效果；同时，利用网格法实时划分问题区域，创建以支持域为边长的空间网格，通过临近网格搜索最近相邻
粒子，并且通过并行计算架构多线程并行加速技术完成粒子控制方程的求解以及血液与固体交互的计算，提高运算效率和手术训练的实时性。再如专利CN110059363A公开了一种基于SPH的混合流体相变模拟及液面重构的方法，通过将混合流体模型离散化为粒子进行插值求解，更新不同流体间的混合属性，计算相对速度和体积分数，以体积分数表示粒子中某种流体的占比，采用粒子的更新和转移来表现流体的流动和混合；扩展相变模拟及热扩散：热传导方程的定义、混合物热扩散常数的计算和混合物熔点的计算；以有向距离场方法进行液面重构并生成表面网格，以进行渲染，重构出光滑连续的粒子团的表面。该专利技术专利将混合流体模拟与相变模拟结合，进而实现混合流体液面的重构，为流体动画提供更丰富的细节。再如专利CN112347709A公开了一种基于DEM
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CFD耦合的渗透注浆过程模拟方法及系统，获取岩土体颗粒级配曲线；根据所述颗粒级配曲线生成岩土体计算模型；获取平行粘结键初始参数，对岩土体计算模型的强度进行初始化；对岩土体计算模型信息网格划分，生成流体计算网格；根据流体计算网格的渗透系数及流体粘度的时空特性，进行浆液扩散过程的模拟。该专利技术专利能够考虑岩土体和浆液之间的相互作用，实现渗透注浆过程的真实模拟。
[0005]上述专利技术专利公开了不同的流体模拟方法，但是这些方法不是针对流体在织物结构中的扩散形态进行模拟，而流体在织物结构中的扩散形态与在其他结构中的扩散形态有着明显的差异，这些方法无法用于模拟流体在织物结构中的扩散形态；尤其是多相位流体的混合扩散会影响到流体的属性，显然这些方法也没有考虑到多相位流体对属性的影响。
[0006]综上，现有技术无法充分模拟出多相位流体在织物中的扩散形态。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提出一种多相位流体在织物中扩散形态的模拟方法、装置及介质，能够更真实地模拟出多相位流体在织物中的扩散形态和染色效果。
[0008]为实现上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：
[0009]本专利技术提出一种多相位流体在织物中扩散形态的模拟方法，其包括以下步骤：
[0010]1)构建织物的结构模型：将织物按照经纬线划分为均匀的Z个M*N个网格，并表示为Z个M*N维数组，利用数组之间的邻接性，记录相邻网格之间的连通性的几何关系；
[0011]2)获取特征参数：获取织物的特征参数，以及获取流体和/或污渍的特征参数，其中织物的特征参数包括织物的孔隙率、纱线管道长度和半径、孔隙渗透率，流体的特征参数包括每种流体的表面张力、浓度、粘性、蒸发速率和与其它流体的可溶性，污渍的特征参数包括每种污渍的颜色、浓度、染色饱和度、吸收系数、吸收指数和扩散系数；
[0012]3)模拟流体和/或污渍的扩散过程：根据织物的结构模型和获取的织物、流体、污渍的特征参数，利用流体扩散流量计算公式模拟多相位流体的扩散过程，和/或利用污渍扩散计算公式和污渍沉淀着色效果计算公式模拟多相位污渍的扩散过程。
[0013]优选地，步骤3)中通过迭代模拟流体和/或污渍的扩散过程，在每次迭代时对织物结构的连通性进行更新。
[0014]优选地，步骤3)中在模拟多相位流体扩散过程时，如果存在两种流体相互接触，则判断该两种流体的可溶性，如果该两种流体之间相溶，则利用流体扩散流量计算公式确定流体的扩散程度；如果该两种流体之间不相溶，则计算本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多相位流体在织物中扩散形态的模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：1)构建织物的结构模型：将织物按照经纬线划分为均匀的Z个M*N个网格，并表示为Z个M*N维数组，利用数组之间的邻接性，记录相邻网格之间的连通性的几何关系；2)获取特征参数：获取织物的特征参数，以及获取流体和/或污渍的特征参数，其中织物的特征参数包括织物的孔隙率、纱线管道长度和半径、孔隙渗透率，流体的特征参数包括每种流体的表面张力、浓度、粘性、蒸发速率和与其它流体的可溶性，污渍的特征参数包括每种污渍的颜色、浓度、染色饱和度、吸收系数、吸收指数和扩散系数；3)模拟流体和/或污渍的扩散过程：根据织物的结构模型和获取的织物、流体、污渍的特征参数，利用流体扩散流量计算公式模拟多相位流体的扩散过程，和/或利用污渍扩散计算公式和污渍沉淀着色效果计算公式模拟多相位污渍的扩散过程。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中通过迭代模拟流体和/或污渍的扩散过程，在每次迭代时对织物结构的连通性进行更新。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤3)中在模拟多相位流体扩散过程时，如果存在两种流体相互接触，则判断该两种流体的可溶性，如果该两种流体之间相溶，则利用流体扩散流量计算公式确定流体的扩散程度；如果该两种流体之间不相溶，则计算该两种流体的近似界面。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，流体扩散流量计算公式为：其中，L为织物内的管道的长度；μ
n
为流体的粘性；r为织物内的管道半径；k为织物孔隙渗透率；Φ为流体扩散流量，用于表征流体的扩散程度；ΔP表示压强差。5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，所述压强差可以根据混合后的混合流体的表面张力来确定，混合流体表面张力计算公式为：γ
n
＝L<...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑屹，吴恩华，
申请(专利权)人：中国科学院软件研究所，
类型：发明
国别省市：