It is increasingly common to model, simulate, and process complex materials based on loopy structures, such as in yarn-level cloth garments, which possess topological constraints between inter-looping curves. While the input model may satisfy specific topological linkages between pairs of closed loops, subsequent processing may violate those topological conditions. In this paper, we explore a family of methods for efficiently computing and verifying linking numbers between closed curves, and apply these to applications in geometry processing, animation, and simulation, so as to verify that topological invariants are preserved during and after processing of the input models. Our method has three stages: (1) we identify potentially interacting loop-loop pairs, then (2) carefully discretize each loop's spline curves into line segments so as to enable (3) efficient linking number evaluation using accelerated kernels based on either counting projected segment-segment crossings, or by evaluating the Gauss linking integral using direct or fast summation methods (Barnes-Hut or fast multipole methods). We evaluate CPU and GPU implementations of these methods on a suite of test problems, including yarn-level cloth and chainmail, that involve significant processing: physics-based relaxation and animation, user-modeled deformations, curve compression and reparameterization. We show that topology errors can be efficiently identified to enable more robust processing of loopy structures.


翻译:建模、模拟和处理基于循环结构的复杂材料越来越常见,如在铁线层布衣中,这种材料具有跨圈曲线之间的地形限制。 虽然输入模型可能满足封闭环对对等之间特定的地形联系,但随后的处理可能违反这些地形条件。 在本文件中,我们探索一套高效计算和核查封闭曲线之间数字联系的方法,并将这些方法应用于几何学处理、动画和模拟中的应用,以核实输入模型处理期间和处理后是否保留了上层异质。我们的方法有三个阶段:(1) 我们确定可能相互作用的环环流配对,然后(2) 谨慎地将每个环的螺纹曲线分解成线段,以便能够(3) 利用基于计算预测的分区分隔交叉点或利用直接或快速相加法(巴纳-Hut或快速多极方法)来高效计算数字,有效地连接数字评价数字,以便核实这些方法在一系列测试问题中的执行情况,包括轨迹-级制制的校正和链条结构结构,从而展示重要的系统级的升级和升级。

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