在现代社会中,随着计算机应用领域的拓展,织物材料仿真技术研究已成为近年来计算机图形学研究的一大热点,涉及到网络购物、服装设计、动画电影、电子游戏等众多领域。然而,织物材料作为一种典型的柔性薄膜材料,具有抗弯刚度小,易褶皱松弛,对外力敏感等力学特性。因此,在柔性织物仿真计算分析时不可避免地涉及到大变形、大转动以及机构运动的分析。这些与力学特性相关的问题导致了织物仿真过程中存在真实感不强、实时性不高的困难。为此,建立一种能够准确描述织物力学特征的物理模型,研究能在计算精度与计算效率上确定较好平衡的织物仿真技术,具有重要的科学意义及实际应用价值。在常见的织物变形仿真方法中,传统有限元模型(Finite Element Model,FEM)虽有着很高的计算精度,但在处理相关非线性问题时,极易出现刚度矩阵奇异、运动过程中预应力难以考虑、迭代计算难以收敛等困难。弹簧质点模型(Mass-Spring Model,MSM)是一种基于牛顿第二定律的织物模型,结构简单,易于编程,计算效率较高,能够较好地模拟织物空间大转动等非线性问题;但传统MSM无法精确描述织物的力学特征,弹簧系数选取较为随意,因而计算精度低、真实感不强。为此,本文从柔性织物的基本力学性能出发,改进传统的弹簧质点模型,研究能准确描述织物受力特征的物理建模方法,提出能解决织物大应变、大转动等非线性问题的变形算法,为织物仿真提供能兼顾计算精度与计算效率的数值模拟方法。具体工作包括以下内容:(1)针对各向同性织物,以有限元三角形单元为参考对象,基于弹簧质点模型三角形单元与有限元刚度矩阵精确相等的条件,提出了带有一个附加节点的新型弹簧质点模型(Mass Spring Model with One Node,MSMON),推导了MSMON弹簧系数及附加节点坐标的解析表达式,建立了相应的变形计算方法。数值算例表明MSMON可以准确描述柔性织物的受力变形特征。(2)由于MSMON中在特定材料参数情况下,弹簧刚度系数表达式可能出现分母为0的数值困难,为此本文同样基于弹簧质点模型三角形单元与有限元刚度矩阵精确相等的条件,提出了带有三个附加节点的新型弹簧质点模型(Mass Spring Model with Theree Node,MSMTN),给出了MSMTN中各弹簧系数解析表达式,验证了模型对于任意各向同性材料参数及单元形状的适用性。(3)将MSMON和MSMTN进一步推广至正交各向异性织物,给出了两种模型的相关弹簧系数解析表达式以及织物变形算法。(4)针对织物存在大应变、预应力时,弹簧质点模型计算精度不高的情况,基于本文提出的MSM,提出了织物变形的增量计算方法,能准确模拟织物大变形过程。(5)将本文提出的弹簧质点模型及增量计算方法用于薄膜结构褶皱问题分析,研究了薄膜结构在剪切荷载作用下褶皱的出现、形成、发展过程,分析不同结构参数、不同初始干扰对于褶皱形态的影响。理论分析及数值算例表明,本文所提出的两种改进的弹簧质点模型均能很好地表征织物的力学性质,相应的变形算法能很好地准确分析几何大变形的影响,具有较高计算精度及计算效率;同时对于任意的各向同性或正交各向异性织物材料,以及任意的三角形单元划分,均能普遍适用。最后,本文提出研究工作的不足与未来展望。