【深入浅出 Nvidia FleX】(4) Cloth Simulation

上一篇文章 【深入浅出 Nvidia FleX】(3) Shape Matching (上) 介绍了Nvidia FleX的刚体和软体模拟方法的理论基础 Shape Matching，本来应该写一下软体（弹性体），塑性体以及软关节的模拟。恰逢Siggraph 2019 刚结束，先介绍一下Nvidia Siggraph booth demo中的布料模拟，连续加班几天就是为了布料编辑和模拟一切OK。

先放几个Demo booth 现场布料模拟效果：
Blankets on the couchhttps://www.zhihu.com/video/1142941055954542592Blankets with attachmenthttps://www.zhihu.com/video/1142941445534076928https://www.zhihu.com/video/1142941542133121024
有兴趣的同学可以关注twitter链接：https://twitter.com/NVBackchannel

一、基于距离约束的布料模拟

FleX中布料模拟底层约束主要是距离约束，包括Stretch（拉伸）约束，Bending（弯曲）约束以及Long Range Attachments(LRA)约束[1]。下面介绍如何建立这些约束。TA首先会在DCC工具中建立一个mesh作为输入，这里有一点需要注意，FleX 布料模拟接受triangle mesh，而给定的render mesh可能不是triangle mesh，这个时候需要先进行triangulation。

我们以最简单的布料模型做介绍：

三角形网格表示：

每个网格顶点对应一个cloth particle:

下图中黑色点表示tether particle（对应最左侧一列11个粒子），对应质量倒数为0的点，可以实现attachment效果，比如绑定到游戏角色身上，跟随角色走动。而其他颜色对应权重值范围为(0,1]，通常会采用白色表示权重为1的particle，也就是普通的cloth particle，其质量倒数非0，位置和速度的更新由solver计算：

图中可以看见，这块简单的布料有200个三角形，121个顶点（particle），距离约束(FleX Num Springs)一共710个。这里的距离约束包括了我们之前介绍过的拉伸约束，弯曲约束以及LRA约束[2]:

有一点需要注意，对于render mesh而言，很可能会存在重复的顶点（位置相同，法线或纹理坐标差异），那我们首先需要去掉重复的顶点，保证一个顶点位置对应一个Cloth Particle。FleX SDK extension API中提供了一个函数 NvFlexExtCreateWeldedMeshIndices 生成顶点位置唯一的索引数组。经过处理后，我们的simulation mesh粒子数目