[發明專利]衣物仿真中碰撞和自碰撞處理方法、系統、設備及介質

在審

• 申請號: 202310191084.0
• 申請日: 2023-03-02
• 公開（公告）號: CN116416407A
• 公開（公告）日: 2023-07-11
• 發明（設計）人: 周余;劉偉邦;于耀
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06T17/20
• 分類號: G06T17/20;G06T19/00;G06T7/10
• 代理公司: 北京高沃律師事務所 11569
• 代理人: 劉芳

本發明公開一種衣物仿真中碰撞和自碰撞處理方法、系統、設備及介質，涉及計算機圖形學領域，包括：獲取當前幀的質點位置信息、法向量信息和鄰接信息；確定當前幀的軸對齊長方體包圍盒，并按照設定粒度將包圍盒分割成若干個相同尺寸的三維體素；構造當前幀的空間距離場；根據當前幀的衣物質點位置信息和空間距離場確定當前幀的各衣物質點的碰撞勢能；確定當前幀的質點?體素索引；根據當前幀的鄰接信息和質點?體素索引，對當前幀的各衣物質點進行自碰撞檢測，并對存在自碰撞的衣物質點對施加自碰撞勢能；以碰撞勢能與自碰撞勢能的和最小為目標進行求解，得到無碰撞和自碰撞的最優質點坐標。本發明能夠實現碰撞和自碰撞的實時、準確處理。

技術領域

本發明涉及計算機圖形學領域，特別是涉及一種衣物仿真中碰撞和自碰撞處理方法、系統、設備及介質。

背景技術

隨著互聯網和計算機技術的高速發展，人們對于虛擬世界中物體模擬的真實性要求也隨之提高，越來越講究沉浸式的體驗。在物理仿真領域中，衣物等柔性物體由于其復雜的拓撲結構和力學特性成為了研究熱點和難點。衣物仿真技術近年來被廣泛應用在虛擬試衣、影視和游戲制作等領域，顯著提升了虛擬世界對真實世界的還原度和用戶的觀感體驗。

目前主要有兩大衣物仿真技術，一種是基于物理的，對衣物模型質點進行受力分析，構造微分方程，求解出位置更新；另一種是基于位置的，直接從質點位置出發，構建對位置的約束，得到最優的位置輸出。這兩種方法在仿真過程中都不可避免地會遇到和其他模型以及衣物模型自身的碰撞穿透問題，需要迭代地進行碰撞檢測和處理直至沒有明顯影響觀感的穿透現象，這個過程成為了仿真過程中的主要耗時瓶頸。

碰撞檢測和處理主要的難點在于如何快速地檢測出復雜幾何模型的相交以及給出有效且簡單的處理策略。由于對精度和復雜度的要求越來越高，如今3D模型大多采用顯式mesh的幾何表達方式，單個模型的質點數和面片數通常達到了萬級甚至百萬級數量級。逐面片對或者質點對的碰撞查詢的時間復雜度遠遠超出了可接受范圍，于是空間加速結構、簡單幾何體近似和并行加速等性能優化策略相繼被提出。但這些方法都存在一定的限制，例如空間加速結構的建立本身就是一個比較耗時的過程而且往往難以并行，以及簡單幾何體近似方法往往無法實現精確逼真的處理效果。

因此，現有衣物仿真領域中的碰撞和自碰撞檢測和處理技術無法同時滿足實時性和準確性的需求。

發明內容

本發明的目的是提供一種衣物仿真中碰撞和自碰撞處理方法、系統、設備及介質，以實現碰撞和自碰撞的實時、準確處理。

為實現上述目的，本發明提供了如下方案：

一種衣物仿真中碰撞和自碰撞處理方法，包括：

獲取當前幀的質點位置信息、法向量信息和鄰接信息；所述質點位置信息包括：衣物質點位置信息和人體質點位置信息；

根據當前幀的質點位置信息確定當前幀的軸對齊長方體包圍盒，并按照設定粒度將當前幀的軸對齊長方體包圍盒分割成若干個相同尺寸的三維體素；

根據當前幀的人體質點位置信息、法向量信息和三維體素構造當前幀的空間距離場；

根據當前幀的衣物質點位置信息和空間距離場確定當前幀的各衣物質點的碰撞勢能；

根據當前幀的衣物質點位置信息和三維體素確定當前幀的質點-體素索引；所述質點-體素索引表征每個三維體素中包含的衣物質點；

根據當前幀的鄰接信息和質點-體素索引，對當前幀的各衣物質點進行自碰撞檢測，并對存在自碰撞的衣物質點對施加自碰撞勢能；

對于任意一個衣物質點，以所述碰撞勢能與所述自碰撞勢能的和最小為目標進行求解，得到無碰撞和自碰撞的最優質點坐標；所述最優質點坐標用于在下一幀對所述衣物質點進行位置更新。

可選地，根據當前幀的人體質點位置信息、法向量信息和三維體素構造當前幀的空間距離場，具體包括：