[發明專利]一種基于層次模型的虛擬人皮膚物理變形方法

無效

• 申請號: 200910243532.7
• 申請日: 2009-12-25
• 公開（公告）號: CN101719284A
• 公開（公告）日: 2010-06-02
• 發明（設計）人: 梁曉輝;趙沁平;沈旭昆;曹遠
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06T15/70
• 分類號: G06T15/70;G06T17/00
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 李新華

1.一種基于層次模型的虛擬人皮膚物理變形方法，其特征在于步驟如下：

(1)構造層次模型

進行虛擬人層次模型的構造，形成用于控制運動的骨骼層模型、用于物理變形的物理層模型和用于最終繪制的表面層模型，并建立骨骼層模型與物理層模型、物理層模型與表面層模型的映射關系；

(2)物理變形

依據用戶設定的運動方式，骨骼層模型產生運動趨勢并帶動物理層模型進行物理變形；

(3)驅動皮膚

在物理變形過程中，按照物理層模型和表面層模型的映射關系，驅動表面層模型隨之運動和變化，生成變形的動態效果；

其中，所述步驟(1)中建立各層模型之間映射關系的步驟如下：

(1.1)建立骨骼層模型與物理層模型之間的映射關系：通過體彈簧建立物理映射，體彈簧的彈力作用將骨骼層模型的運動狀態傳遞到物理層模型，驅動物理層模型的頂點發生位移；

(1.2)建立物理層模型與表面層模型之間的映射關系：物理層模型頂點的位移變化量由體彈簧和面彈簧的彈力作用共同確定；物理層模型的頂點為表面層模型頂點的一個子集，表面層模型其余頂點由臨近的若干物理層模型頂點位移向量插值得到。

2.根據權利要求1所述的基于層次模型的虛擬人皮膚物理變形方法，其特征在于：所述步驟(1)中構造層次模型的步驟如下：

(1.1)通過三維掃描儀獲取并生成人體表面三維網格數據，所述網格數據即為用于繪制的表面層模型；

(1.2)確定表面層中各關節截面并獲取截面中心點；兩兩直線連接相鄰的關節截面中心點，形成的線段即為骨骼；若干相連骨骼構成骨骼層模型；

(1.3)對表面層模型采取半邊折疊化簡操作，得到簡化網格；對簡化網格每條邊設置面彈簧參數；對簡化網格每個頂點設置物理參數；連接頂點和該頂點在骨骼上的垂直映射點，設置體彈簧參數；中間層頂點、面彈簧、體彈簧所構成的質點彈簧模型，即為物理層模型。

3.根據權利要求2所述的基于層次模型的虛擬人皮膚物理變形方法，其特征在于：所述步驟(1.3)中得到簡化網格的步驟如下：

(1.3.1)讀入表面層模型，計算每個頂點的誤差矩陣和誤差值，將頂點按誤差值從小到大排序；

(1.3.2)依次取出每個頂點，計算其折疊頂點，傳遞折疊誤差到相關三角形中需要改變的頂點上，執行半邊折疊操作，并保存折疊信息；

(1.3.3)判斷折疊有效性，繼續進行折疊操作，直到頂點序列為空或達到初始閾值。

4.根據權利要求1所述的基于層次模型的虛擬人皮膚物理變形方法，其特征在于：所述步驟(2)中物理變形的步驟如下：

(2.1)接收用戶設定的虛擬人運動指令；

(2.2)依據用戶運動指令，骨骼層模型開始運動，并通過體彈簧向物理層模型頂點施力；

(2.3)物理層模型頂點發生位移變化，面彈簧、體彈簧發生長度變化而產生彈力，再反饋到頂點改變頂點的位置；

(2.4)在達到運動終態前，迭代步驟2.2和步驟2.3；

(2.5)達到運動終態后，彈力計算繼續運行，直到物理層模型中各個頂點達到平衡的穩定狀態，物理變形結束。

5.根據權利要求1所述的基于層次模型的虛擬人皮膚物理變形方法，其特點在于：所述步驟(3)中驅動皮膚的步驟如下：

(3.1)表面頂點確定與之鄰接的物理層模型頂點，保存距離、方向信息；

(3.2)對鄰接的物理層模型中的頂點進行向量插值，得到表面層模型的頂點位移；

(3.3)更新表面層模型頂點位置，進行細節修正。