Gekoppelte Simulation von Kleidung und Deformationen am virtuellen Menschen

In dieser Diplomarbeit wird ein Weichgewebesimulator vorgestellt, der die Haut eines virtuellen Menschen realistisch zu simulieren vermag. Hierfür wird ein neuartiges Modell von Weichgewebe dargelegt, welches aus mehreren Schichten von Dreiecken und Tetraedern besteht. Des Weiteren wird die Kopplung dieses Weichgewebesimulators mit einem bereits vorhandenen Kleidungssimulator beschrieben, welche es ermöglicht, dass Kleidung und Weichgewebe parallel simuliert werden, die miteinander interagieren und sich gegenseitig deformieren können. Die Einstellung verschiedener Materialparameter der Haut, wie beispielsweise Elastizität, Dicke oder Kompressibilität, wird durch das vorgestellte System ermöglicht. Viele Aspekte des Deformationsverhaltens der Haut, wie beispielsweise das Bestreben die ursprüngliche Form einzunehmen, oder das Bestreben ihr Volumen zu erhalten, werden berücksichtigt. In dieser Arbeit wird außerdem ein neuer geometrischer Constraint beschrieben, mit dessen Hilfe das zulässige Volumen eines Tetraeders auf einen bestimmten Bereich festgelegt werden kann. Durch diesen Constraints kann die Inkompressibiltät von Wasser und Fettgewebe in der Haut nachgeahmt und die Stabilität der Simulation verbessert werden. Die gekoppelte Simulation von Kleidung und Haut erlaubt es, die stützende und formende Funktion bestimmter Kleidungsstücke wiederzugeben und eine gute Passformkontrolle zu ermöglichen. This diploma thesis presents a new simulator for soft tissue which is able to simulate the skin of a virtual human in a realistic manner. Therefore, a novel model for soft tissue has been developed, consisting of several layers of triangles and tetrahedrons. Furthermore, the simulator has been coupled with an existing cloth simulator so that both human skin and cloth can be simulated in parallel with mutual interaction and deformation. The presented system allows the adjustment of several material parameters of the skin, like elasticity, thickness or compressibility. Many aspects of the human skin's behavior like shape and volume preservation have been considered. This work also describes a novel geometric constraint which is able to keep the volume of a tetrahedron element within a predefined range. Thus the simulator can mimic the incompressibility of fat tissue and water inside the human skin cells while it is also stabilized by this constraint. The simulation of the functionality of certain cloth types such as forming and supporting the human skin as well as an improved control of the correct fit is permitted by the coupled simulation of cloth and skin