原文：5大提问，揭秘Style3D年度仿真模拟技术成果！- 2021.02.25
出处：Style3D 官方
2020 年，Style3D经常提到的三大核心技术：CAD建模、仿真模拟、真实感渲染，但大家对每个核心技术在数字服装中起到的作用可能还有些模糊，甚至很陌生。这里进行一场本年度Style3D「仿真模拟」的技术成果秀~
1. 可以解释下什么是Style3D Studio？仿真模拟的作用是？
Style3D Studio是Style3D数字化建模设计软件，简单的理解，就是将一件衣服从CAD版片→模拟成仿真衣服→渲染真实感效果，从而诞生一件3D数字服装。如下图：
那么，如果缺少了中间的仿真模拟模块，就只是将一堆无色版片变成了有色版片。仿真模拟在这个流程中的作用，就如同“马良的神笔”，将版片进行立体效果呈现。
2. 能不能再直观点看明白仿真模拟现在的成果呢？
仿真模拟追求的，不仅仅是够真，还有够“活”，数字服装不仅仅是平铺展示，还要有真实使用感，那就简单粗暴一点，直接给大家表演一段舞蹈吧~
我们可以清楚地看到穿在这个白模身上的衣服，有缝合、褶皱、有弯曲、有弹力、还会随着舞蹈进行自然的摆动、随着地心引力下坠，那眼前这一切，到底是哪些技术在支持呢？小编拉着技术GG，给大家深挖下仿真模拟背后的各项技术升级。
3. 这件衣服的模拟效果背后，都有哪些技术在支持呢？
真实的服装制作过程会出现剪裁、缝纫、折叠等一些技术，那在数字服装里，这些技术也同样存在，而且还远比真实服装更为复杂。
3.1. 缝合技术
本年度缝合算法进行了升级，强度进行自适应处理，让缝合口更平整，更具有扩展性的处理方式。用图解释可能更直观一点。
绿色和蓝色交界处为缝合位置，可以看到新版的缝合效果更加平整光滑，在数字服装上缝合效果整体会更平整，更接近于真实衣服缝合的平整度。
最终成衣的效果模拟
3.2. 弹性技术
弹性边算法也进行了升级，新版调节范围大，不易产生穿透。换句话说，想怎么弹就怎么弹，而且不容易弹出界，弹弹弹弹到不该弹的地方。 再做个动图看效果吧。
弹性效果升级后，一些服装的褶皱效果就更加自然，腰带可松可紧，可以明显看到这个动图里的橡皮抽塔克已经非常逼近于真实效果。
有了缝合技术+弹性技术的结合，这件数字羽绒服才能够瞬间成型，有了媲美真实服装的缝合及褶皱效果。
3.3. 弯曲技术
在弯曲技术上，我们采用物理仪器精准采集布料属性，进行技术数据处理，得到在数字世界里的弯曲效果。（文末有实验视频更清晰）如下图：
是不是有脚踩易拉罐的既视感？随着服装面料材质的不同，服装弯曲效果也各有不同，才能更好体现出不同材质服装的仿真效果。
3.4. 碰撞技术
Style3D的碰撞指的是柔性碰撞，面料这类柔软材质的物体，相互之间的碰撞和接触。简单来看一个效果图，就如同拧麻花一样。
3.5. 折叠技术
说到折叠，在服装上我们经常会想到的是折衣领、折袖口、折百褶裙，在数字服装里也一样，这次我直接做一个折叠红领巾的效果，看看折叠、碰撞、弯曲以及风力等技术在数字服装里的效果，记得点开视频查看哦！
Style3D数字世界-系红领巾升国旗
3.6. 空气压力技术
空气压力有什么作用呢？有些服装并不是单纯靠面料组成的，比如羽绒服的蓬松感，靠的是羽绒填充，那在数字软件内，靠的就是空气。
注入空气的羽绒服，通过调节空气压力的大小，可以模拟出真实羽绒服的羽绒填充量，让羽绒服更有自然的蓬松感。
3.7. 面料属性升级
只有确保面料动态的真实性才能确保成衣的真实。过去一年，我们面料的各项异性变形率也进行了优化，可以看出在不同拉伸数值下，面料垂坠感的效果变化。
相关材料 - Style3D高仿真背后的“技术芯”
硬货！揭秘Style3D高仿真背后的“技术芯” - 2020.09.03
作者：王振东
在Style3D中，高度逼真的3D服装、柔性自然的版型、经得起50倍放大的面料细节以及可静可动的虚拟模特等吸引了一大批设计师及服企的眼光，而藏在梦幻视觉效果的背后，则是Style3D日益进步的服装数字技术。
Style3D作为国内唯一 一款大型商业化柔性体仿真工业软件，其核心技术主要分为：柔性仿真、服装真实感渲染、服装CAD设计。
这里是关于，Style3D背后的“技术芯”之一：基于物理的布料仿真技术。
高精度的仿真要求
在服装产业链的研发端，服装设计的3D数字化革新中，面临的一个大难题是对面料进行高精度的仿真模拟。
由于现实中的布料具有复杂的物理特性，既有弹性也有塑形、既可以自由变形又无法过度拉伸、既可以是针织结构也可以是纺织结构，所以高质量高效率的布料仿真在计算机图形学领域是一直都是一个非常有挑战性的研究问题。
Style3D作为一款成熟的服装3D建模设计软件，服装设计师通过在Style3D中进行数值化的2D服装版片设计，利用三角形网格生成算法在3D空间中得到服装网格，再通过一定的版片安排策略与恰当的缝合工艺，设计师就能通过实时仿真技术得到虚拟的成衣效果。
高质量的仿真技术
Style3D的仿真技术核心，实质是一个高质量的实时布料仿真器。
主要由精确的布料物理模型，高效稳定的数值时间积分方法与求解方法，精确的碰撞处理等几个核心模块组成。每一个模块都有非常高的要求，任何一个部分出现问题都会极大的影响最终的布料效果。另外，布料仿真的效率也越来越关键。Style3D中快速的布料仿真器可以极大地降低服装设计师的时间成本。
Style3D的布料模拟算法运行在目前硬件架构最先进的 NVIDIA 显卡上以获得最高效的GPU 并行加速性能。同时，通过SIMD加速技术，Style3D的布料模拟算法也可以高效地运行在主流的CPU架构上，支持跨平台操作。
仿真技术的应用拆解
在Style3D中服装制作可以简单的分为一下几个主要步骤：
版片缝合：衣服版片设计完成并在3D界面中设置好初始位置之后，模拟就可以正式开始了。如下图所示，不同的版片在缝合线牵引力的作用下快速地组装成了一件完整的衣服。
碰撞处理：即便设计师在初始位置设置得不好，Style3D的碰撞处理能力也可以快速地得到正确的衣服形态，保证衣服的物理正确性。
实时交互：在实时模拟过程中，动态的鼠标交互拖拽为用户提供了干预模拟的能力。
GPU加速：如下图所示，使用GPU进行并行加速后，碰撞处理的效率明显高于CPU模拟，大大提高了布料仿真的效率。
*左边为GPU，右边为CPU
仿真技术的核心算法
基于物理的布料仿真主要包括以下几个阶段：
受力分析：针对布料进行受力分析需要建立在特定的物理模型的基础之上，比如质点弹簧模型，如下图所示：网格中的每一个顶点代表一个有质量的质点，而质点之间则通过无质量的弹簧连接。当弹簧的长度发生改变时，与其相连的质点就会受到弹性力的作用开始运动。
（布料受力演示）
时间积分：布料仿真的过程就是求解布料运动方程的过程，
$$ Ma = (f_{int} + f_{ext}) $$
其中，a代表布料的加速度，fint代表布料由形变产生的弹性力，fext代表外部施加给布料的外力，比如重力、风力与撕扯力等。该运动方程满足牛顿第二运动定律，本质上是一个非线性方程，可以使用非线性优化方法中的牛顿法来求解。如上图所示，在经过质点弹簧模拟的受力分析之后，一块布料网格可以表现出符合基本物理规律的运动。
碰撞处理：为了保证布料模拟的物理真实性，需要保证布料不穿透进人体，布料之间也需要保证没有相交。碰撞处理一般分为两步：碰撞检测与相交解除。在碰撞检测中，高效的包围盒层次结构 (Bounding Volume Hierarchy: BVH) 被广泛的用来加速碰撞剔除。Style3D中基于GPU并行加速的BVH实现方案足以支持实时模拟20万三角形的服装网格进行实时的模拟。