안정적 좌굴 모델을 통한 저감쇠 직물 시뮬레이션

본 논문은 매우 안정적이며 동시에 사실적인 직물 시뮬레이션 기법을 제안한다. 제안된 방법을 통해 안정성을 향상시킴으로써 고정된 큰 시간 간격을 사용할 수 있게 되었고, 따라서 복잡한 옷감의 변형 및 움직임을 효율적으로 시뮬레이션 할 수 있었다. 또한 제안된 방법은 직물의 가장 중요한 특성중의 하나인 주름 현상을 자연스럽게 표현한다. 안정성과 사실성에서 동시에 큰 향상을 가져올 수 있었던 것은, 수치적 안정성 외에 옷감의 좌굴 후 거동시의 불안정성을 극복함으로써 가능했다. 좌굴에 의한 불안정성은 직물의 구조적 불안정성으로부터 기인하며 단순히 암시적 시적분 방법을 사용함으로써 해결되지 않는다. 그러한 불안정성은 감쇠력을 더하여 안정성을 회복할 수 있으나 직물의 움직임을 둔화 시켜 사실적인 움직임을 얻을 수 없게 한다. 본 논문에서는 즉좌굴(immediate buckling) 가정에 기반 한 새로운 직물의 좌굴 모형을 제시한다. 즉좌굴 가정은 직물이 좌굴되는 순간 안정한 상태로 곧바로 변형되는 것을 의미하며, 이러한 가정을 통해 가상적인 감쇠력을 더하지 않고도 안정적으로 직물을 시뮬레이션 할 수 있다. 결과적으로 즉좌굴 모델은 직물의 고유한 좌굴 현상을 적절히 모델링하여 안정성을 향상시킬 뿐 아니라 외부 힘에 민감하게 반응하는 직물의 움직임을 사실적으로 생성할 수 있도록 한다.

We present a cloth simulation technique that is very stable yet also responsive. The stability of the technique allows the use of a large fixed time step when simulating various types of fabrics and character motions. The animations generated using this technique are strikingly realistic. Wrinkles form and disappear in a quite natural way, which is the feature that most distinguishes textile fabrics from other sheet materials. Significant improvements in both the stability and realism were made possible by overcoming the post-buckling instability as well as the numerical instability. The instability caused by buckling arises from a structural instability and therefore cannot be avoided by simply employing an implicit method. Addition of a damping force may help to avoid instabilities; however, it can significantly degrade the realism of the cloth motion. In this paper, a new buckling model based on immediate buckling assumption is proposed. A cloth element is assumed to reach a stable configuration immediately once it begins to buckle. This assumption makes it possible to simulate the fabric buckling stably without introducing any fictitious damping force. Consequently, it produces highly responsive cloth motion as well as improves the stability by modeling the fabric-specific buckling property adequately.