묵시적 제한방법을 이용한 옷 모델링 방법

Cloth Modeling using Implicit Constraint Enforcement

본 논문은 기존에 연구되지 않았던 옷의 독특한 특징들을 묵시적 제한방법을 사용하여 강력한 제한력으로 구현하는 새로운 모델링 방법을 제안한다. 기존의 명시적 제한방법인 Baumgarte 안정화 방법은 해에 빠르게 수렴하도록 하기 위해 사용자가 시뮬레이션에 따라서 값이 달라지는 안정화 변수 값을 선택해야 하고, 시뮬레이션의 시간 간격 사용에 있어서 안정화에 한계가 있는 단점들이 있다. 본 논문은 큰 시간 간격에도 안정적이고, 안정화 변수 값을 요구하지 않고, 물리적으로도 적합한 물체의 움직임을 보장하는 묵시적 제한방법을 사용한다. 또한 묵시적 제한 방법의 계산 복잡도는 Baumgarte 안정화 방법과 같다. 본 논문은 묵시적 제한방법의 수식과 제한의 오차 분석을 설명하였고 옷의 솔기, 단추, 옷 주름, 옷의 구김, 과잉 늘어짐 방지 등의 복잡한 옷의 요소들에 대한 모델링 방법을 제시하였다. 본 논문에서 제안된 방법은 외부 상황에 의해 각종 제한들이 자동적으로 설정되고 제거되어 계산 비용을 절약함과 동시에 옷의 독특한 특징들의 구현을 통해 현실감 있는 옷 시뮬레이션의 결과들을 얻었다.

This paper presents a new modeling technique for the simulation of cloth specific characteristics with a set of hard constraints using an implicit constraint enforcement scheme. A conventional explicit Baumgarte constraint stabilization method has several defects. It requires users to pick problem-dependent coefficients to achieve fast convergence and has inherent stabilization limits. The proposed implicit constraint enforcement method is stable with large time steps, does not require problem dependent feed-back parameters, and guarantees the natural physics-based motion of an object. In addition, its computational complexity is the same as the explicit Baumgarte method. This paper describes a formulation of implicit constraint enforcement and provides a constraint error analysis. The modeling technique for complex components of cloth such as seams, buttons, sharp creases, wrinkles, and prevention of excessive elongation are explained. Combined with an adaptive constraint activation scheme, the results using the proposed method show the substantial enhancement of the realism of cloth simulations with a corresponding savings in computational cost.