Cloth is an essential part of our living not only for its functions but also for its beauty and visual identification.
Hence visually plausible animation of cloth has been a major goal to the computer graphics community over a couple of decades.
Based on a simplified cloth model, prevailing cloth simulators have successfully mimicked non-linear buckling of cloth, which is one of the most visually salient cloth behaviors.
However, they have hardly produced another important characteristic of cloth behaviors, i.e., persistent wrinkles and folds, for the sake of computational simplicity and performance of simulation.
The goal of this research is to incorporate such persistent wrinkles and folds into the prevalent cloth simulation model.
Since this model is derived from approximating interweaved threads of fabric to connected mass-springs, it has inherently perfect elasticity.
In other words, it always returns to the original shape, not allowing permanent changes such as persistent wrinkles and folds.
Thus, the basic solution to this problem is to modify the perfectly elastic model into adaptively elastic one.
Further investigation of the model reveals that hysteresis, one of prominent characteristics of cloth behaviors, has been ignored to simplify the model.
Phenomenologically, it describes the cloth behavior that once folded parts of cloth scarcely restore their pristine flatness.
Mechanically, it is the lag of the amount of forces between stress and relaxation.
This lagging of forces has not been included in the perfectly elastic mass-spring model.
But it is actually implemented as a form of the damper in order to stabilize the elastic movement of the mass-spring system.
The proposed method is to use the damper not only as a stabilizer of the system but also as a reforming factor of the mass-spring itself.
Thus, an adaptive energy model is established which takes stiffness coefficients and rest posture values of springs not as constants but as variables over time and behavior.
As stiffness coefficients and rest posture values change in proportion to the amount of the energy loss from damping, they appear as persistent wrinkles and folds.
Consequently, the clothes simulated by the proposed method bring more realism with respect to visual identification for past behaviors of cloth and its wearer.
의상은 방한/보온 등의 기능뿐 아니라 사회적 지위, 성별, 종교, 개성 등의 시각적/심미적 표현력 때문에 우리 생활에 빼놓을 수 없는 필수 요소이다.
이에 컴퓨터 그래픽스 분야에서는 지난 20년간 의상을 계산적으로 재현해 내는 데 노력을 경주해 왔다.
이러한 연구들이 일정 성과를 거두어 안정적이고 실용적인 의상 시뮬레이션 시스템의 기반이 마련되었고, 현재 의상 시뮬레이션은 영화, 애니메이션, 전자상거래, 게임 등 다양한 분야에서 활발히 사용되고 있다.
그러나 기존의 의상 시뮬레이션 시스템은 의상 고유의 독특한 시각적 특징인 비선형적 구겨짐을 효과적으로 재현하는 데 초점이 맞춰져 있어 의상의 또다른 주요 특징 중 하나인 지속적인 구김새는 표현하지 못하는 한계를 가지고 있다.
본 논문에서는 이러한 의상의 지속적 구김새를 표현할 수 있도록 기존 의상 시뮬레이션 모델을 개선하고자 한다.
기존 의상 시뮬레이션 모델에서는 직물이 날실 및 씨실이 교차된 격자 구조로 단순화 되고, 이는 다시 교차점이 질량점, 격자연결선이 스프링으로 치환된 형태로 근사된다.
이러한 근사는 계산을 단순화 하는 장점이 있으나 의상의 움직임이 스프링의 운동 형태에 종속되게 되는 한계점을 가진다.
즉, 스프링이 확대되거나 수축되어도 반드시 원래 길이로 돌아가는 스프링의 완전 탄성 운동은 의상이 반드시 원래 형태로 돌아가게 하기 때문에 지속적 구김새가 만들어질 수 없다.
그러므로 지속적인 구김새를 만들기 위해서는 이 스프링의 운동 형태를 완전 탄성에서 비완전 탄성, 즉 적응적 탄성으로 바꾸어야 한다.
의상의 움직임을 계산하기 위해 의상의 형태는 에너지를 통해서 정의될 수 있다.
의상의 형태를 에너지를 통해 정의한다면, 의상의 형태의 변화 또한 의상의 에너지의 변화로 나타낼 수 있다.
결국 의상의 지속적 형태변화, 즉 지속적 구김새는 의상 에너지의 영구적 변화로 귀결된다.
따라서 에너지의 유입 혹은 손실이 발생하는 지점을 파악하고 이를 활용하면 지속적 구김새를 표현할 수 있다.
실제 의상에서는 카와바타 측정 시스템(Kawabata Evaluation System) 등의 기계적 측정 장치를 통해, 직물을 굽혔을 때에 드는 힘보다 직물이 펴질 때 나오는 힘이 더 적은 이력현상(hysteresis), 즉 에너지 손실 현상이 관찰된다.
그러나 이 이력현상은 계산 모델의 간결성을 위해 무시되거나 의상의 구겨짐 효과를 개선하는 데에만 제한적으로 반영되었다.
반면 기존의 의상 시뮬레이션 시스템에서는 시스템의 안정성을 보완하기 위해 적용한 댐퍼(damper)를 통해서만 에너지 손실 현상이 발생한다.
본 논문은 이 댐퍼를 통해서 손실되는 에너지의 일부가 실제 의상에서 관찰되는 이력현상을 통해 손실되는 에너지의 일부를 포함하고 있을 것으로 가정한다.
그리고 이러한 가정을 바탕으로 댐퍼를 통해서 손실되는 에너지를 선형적으로 반영하는 적응적 에너지 모델을 정립하여 지속적 구김새를 만들 수 있었다.
특히 제안한 적응적 에너지 모델은 기존의 모델에서 댐퍼로 손실되던 에너지의 일부분만을 지속적 구김새 생성에 전용하기 때문에 현재까지의 실험 결과 기존 모델의 계산 안정성을 해치지 않아 시뮬레이션의 속도와 품질을 저하시키지 않는 것으로 관찰되었다.
그러나 제안한 적응적 에너지 모델이 이력현상에서의 에너지 변화 양태와는 다소 다른 에너지 변화 양태를 보이고 있으므로 이를 실제 의상의 물리적 특성에 더 정확하게 맞도록 개선할 필요가 있을 것으로 사료된다.
