[發明專利]一種適用于頭發和物體碰撞的實時運動仿真方法

有效

• 申請號: 201510081331.7
• 申請日: 2015-02-15
• 公開（公告）號: CN104679577B
• 公開（公告）日: 2018-02-02
• 發明（設計）人: 周昆;柴蒙磊;鄭昌熙
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: G06F9/455
• 分類號: G06F9/455
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司33200
• 代理人: 邱啟旺

1.一種實時頭發物體碰撞運動仿真的方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)簡化模型的預計算生成：對目標頭發模型基于離線運動仿真數據選取代表發絲，并計算所有的基于代表發絲蒙皮插值的簡化模型；該步驟包括如下子步驟：

(1.1)根據目標頭發模型錄制訓練頭部運動序列T_f，基于錄制的訓練頭部運動序列T_f，使用通用的頭發運動仿真技術對目標頭發模型進行離線的運動仿真，并進行對齊，得到目標頭發模型的訓練運動仿真數據H_f；

(1.2)利用步驟(1.1)中得到的目標頭發模型的訓練運動仿真數據H_f，使用稀疏編碼方法優化得到一組稀疏基M以及線性組合系數α，使得這些稀疏基通過線性組合可以近似且稀疏地重構訓練運動仿真數據H_f，并從目標頭發模型中選取同樣數量的代表發絲G擬合這些稀疏基，并對目標頭發模型的每一個發絲s在目標頭發模型的所有代表發絲G中選取其影響代表發絲G_s；

(1.3)利用步驟(1.1)中得到的目標頭發模型的訓練運動仿真數據H_f，步驟(1.2)中得到的目標頭發模型的代表發絲G以及目標頭發模型中每個發絲的影響代表發絲G_s，通過G_s的不同組合來構建目標頭發模型中每個發絲s的所有簡化模型m，每個簡化模型使用G_s中的部分代表發絲G_s^m，通過G_s^m的蒙皮插值來重構發絲；使用蒙皮權值優化方法計算每個簡化模型的蒙皮插值權值w_g→s，使得使用此權值進行重構得到的發絲最近似擬合目標頭發模型的訓練運動仿真數據H_f；

(2)實時運動仿真與插值：實時進行步驟(1)代表發絲的運動仿真，并選取步驟(1)中符合場景物體碰撞情況的簡化模型，插值得到目標頭發模型的所有發絲；

(3)碰撞修正：對步驟(2)的目標頭發模型的所有發絲進行碰撞檢測，并通過雙向修正的方式將碰撞修正作用在步驟(1)的代表發絲上以此修正目標頭發模型，得到修正后的目標頭發模型的所有發絲。

2.根據權利要求1所述的實時頭發物體碰撞運動仿真方法，其特征在于，所述步驟(2)包括如下子步驟：

(2.1)對步驟(1.2)得到的目標頭發模型的代表發絲G利用質量彈簧模型進行實時的運動仿真，同時考慮外力，與場景物體的碰撞以及自身發絲間的作用，得到代表發絲運動仿真結果G_t；

(2.2)基于步驟(2.1)得到的目標頭發模型的代表發絲運動仿真結果G_t，計算任一對代表發絲(i,j)之間的包括位置與速度在內的運動相似度d(i,j)，并檢測兩者相連路徑上與場景中物體的碰撞情況，基于這些結果得到代表發絲之間的運動一致性，并以此對代表發絲進行聚類，使得每一個聚類內的代表發絲之間均符合運動一致性；

(2.3)基于步驟(2.2)得到的代表發絲聚類，對目標頭發模型的每個發絲，從步驟(1.3)得到的其所有簡化模型中選取符合代表發絲聚類，并與當前簡化模型最為接近的一個簡化模型m_t；

(2.4)基于步驟(2.3)得到的目標頭發模型的每個發絲選取的簡化模型m_t，按照步驟(1.3)中計算得到的影響代表發絲G_s^m以及插值蒙皮權值w_g→s使用步驟(2.1)得到的代表發絲運動仿真結果進行插值得到該發絲的當前位置，從而得到目標頭發模型的當前形態H_t。

3.根據權利要求2所述的實時頭發物體碰撞運動仿真方法，其特征在于，所述步驟(3)包括如下子步驟：

(3.1)對步驟(2.4)得到的目標頭發模型的當前形態H_t，對其每個發絲的當前位置與場景物體進行碰撞檢測，并計算其碰撞修正力I_s(i)，包括其大小與方向；

(3.2)將步驟(3.1)得到的目標頭發模型的每個發絲粒子的碰撞修正力I_s(i)，根據步驟(2.3)選取的該發絲當前的簡化模型m_t中的蒙皮插值權值w_g→s，投影至步驟(1.2)得到的目標頭發模型的代表發絲G上，優化得到每個代表發絲的碰撞修正力使得其通過當前簡化模型的插值結果與原碰撞修正力I_s(i)相似；

(3.3)使用步驟(3.2)投影到目標頭發模型的代表發絲G上的碰撞修正力作用于其運動仿真過程中，使得修正后的代表發絲根據步驟(2.3)選取的該發絲當前的簡化模型進行插值后的新目標頭發模型H_t^*與場景物體的碰撞情況得到緩解。