Dinâmica de tecidos para figurinos em animação: uma abordagem comparativa entre captura de movimentos óptico e simulação digital

Abstract

A pesquisa propõe e aplica um método de calibração da simulação digital de tecidos, baseado na comparação entre dados de captura de movimento óptica de tecidos reais e simulações digitais, visando à reprodução crível da dinâmica de figurinos em animações 3D. O estudo analisa o comportamento dinâmico de algodão, lã, linho e seda submetidos à excitação aerodinâmica controlada, registrando os deslocamentos tridimensionais dos materiais e identificando padrões de resposta relacionados às suas propriedades físicas e mecânicas. Os dados indicam que o eixo normal ao plano do tecido constitui o principal grau de liberdade excitado pelo vento, com amplitudes crescentes ao longo do comprimento livre e contribuições menores, porém relevantes, nas direções vertical e lateral para a caracterização do movimento tridimensional. Em seguida, os resultados experimentais subsidiam a calibração do modificador de simulação de tecidos do Blender, por meio do ajuste empírico de parâmetros adimensionais, tomando o algodão como referência para o campo de vento aplicado aos demais materiais. As simulações reproduzem de forma satisfatória o comportamento médio dos tecidos no regime permanente e a hierarquia de resposta entre eles, embora apresentem menores oscilações e variabilidade temporal em comparação aos dados físicos, evidenciando limitações na modelagem do vento. Tecidos mais leves e flexíveis, como a seda, demonstram maiores amplitudes e sensibilidade à excitação, enquanto materiais mais rígidos e densos como a lã, exibem respostas mais estáveis, reforçando a relação entre propriedades mecânicas e percepção visual de leveza, fluidez ou peso em figurinos animados. Apesar de restrições ligadas à instrumentação e à impossibilidade de mensuração direta de propriedades físicas, o estudo demonstra que a articulação entre captura de movimento e simulação digital constitui uma abordagem consistente para o controle do comportamento dinâmico de tecidos e para o desenvolvimento de figurinos com credibilidade visual em animações 3D realistas.

Abstract: This research proposes and applies a calibration method for digital cloth simulation based on the comparison between optical motion capture data of real fabrics and digital simulations, aiming to achieve a credible reproduction of costume dynamics in 3D animations. The study analyzes the dynamic behavior of cotton, wool, linen, and silk subjected to controlled aerodynamic excitation, recording the three-dimensional displacements of the materials and identifying response patterns related to their physical and mechanical properties. The results indicate that the axis normal to the fabric plane constitutes the main degree of freedom excited by the wind, with increasing amplitudes along the free length and smaller, yet relevant, contributions in the vertical and lateral directions for the characterization of three-dimensional motion. Subsequently, the experimental results support the calibration of the cloth simulation modifier in Blender through the empirical adjustment of dimensionless parameters, using cotton as a reference for the wind field applied to the other materials. The simulations satisfactorily reproduce the average behavior of the fabrics in the steady-state regime and the hierarchy of responses among them, although they present smaller oscillations and temporal variability compared to the physical data, highlighting limitations in wind modeling. Lighter and more flexible fabrics, such as silk, demonstrate greater amplitudes and sensitivity to excitation, while more rigid and dense materials, such as wool, exhibit more stable responses, reinforcing the relationship between mechanical properties and the visual perception of lightness, fluidity, or weight in animated costumes. Despite limitations related to instrumentation and the impossibility of directly measuring physical properties, the study demonstrates that the integration of motion capture and digital simulation constitutes a consistent approach for controlling the dynamic behavior of fabrics and for developing visually credible costumes in realistic 3D animations.