[发明专利]一种鸟类躯干模型的羽毛实时动态生成方法

说明书

技术领域

本发明属于三维动画领域，尤其一种三维动画中鸟类躯干模型上羽毛的自动无穿插覆盖和实时动态生成方法。

背景技术

三维动画技术，是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一种新兴技术，可以方便快捷地制作出满足导演需求的三维动画或影视特效镜头。

三维动画片的制作原理一般为：首先，利用三维动画制作工具(比如3ds Max、Maya或Houdini)在计算机中建立一个虚拟的世界；然后，在这个虚拟的三维世界中添加场景和三维卡通角色等三维模型；最后，设定模型的动画曲线、虚拟摄影机的运动轨迹和其它动画参数，渲染得到动画。

由于三维动画技术具备可精确模拟真实景象、几乎没有创作限制等特点，目前被广泛应用于娱乐、教育、军事等诸多领域。

尽管现有三维软件都提供了大量功能和丰富插件，但用于绘制鸟类躯干羽毛并实现随身体动画而变化的却很少，或者偏于理论而非实际应用。主要原因是，鸟躯干上的羽毛分布虽然貌似随机，但并非完全随机，因为不同毛囊之间存在着最小间距，以免羽毛之间的穿插，另外，羽干的方向也要紧贴躯干表面，而鸟的躯干本身会因为动画而形变，因此在现有技术中，并不存在一个完整的技术方案用于解决鸟类躯干模型上的羽毛动态生成问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种鸟类躯干模型的羽毛实时动态生成方法，能够实现羽毛之间的无穿插覆盖，并能够根据鸟类模型的动画变形进行实时动态生成。

为了达到上述目的，本发明的技术方案为：一种鸟类躯干模型的羽毛实时动态生成方法，包括如下步骤：

步骤1，针对鸟类躯干的多边形模型，进行UV映射，获得构成该模型的每个多边形在第0帧时各顶点1～n在世界坐标系中的三维坐标D₁₀～D_n0、法线矢量N₁₀～N_n0、切线矢量T₁₀～T_n0，并在各顶点1～n处分别构建顶点局部坐标系C₁₀～C_n0，参考真实鸟类的羽毛走向，在各顶点处设定位于顶点局部坐标系中的羽毛中羽杆走向矢量E₁～E_n，其中n为多边形顶点数。

步骤2，生成一个粒子系统，其粒子总数为鸟类躯干模型上所需覆盖的羽毛总数，为每个粒子设定排斥力并约束在多边形模型面上，排斥力的作用距离为r，r为羽毛的宽度，让该粒子系统自动演化，直到各粒子都处于静止的状态，将静止状态时的各粒子在世界坐标系中的三维坐标作为羽毛中毛囊的位置，根据步骤1中的各顶点三维坐标D₁₀～D_n0，计算出毛囊在所处多边形的质心坐标系中的质心坐标(u₁，u₂，……，u_n)；其中u_1～u_n依次为该毛囊相对于其所处多边形中顶点1～n的坐标值。

步骤3，针对每个毛囊处的羽毛，根据真实鸟类各类型羽毛所占总羽毛量的百分比，随机设定该处羽毛类型。

在鸟类躯干模型的动画中，针对其中的每一帧均执行如下步骤4～步骤6直至动画完成：

步骤4，获得当前帧k时躯干动画变形后各顶点1～n的三维坐标D_1k～D_nk、法线矢量N_1k～N_nk和切线矢量T_1k～T_nk，并在各顶点处构建顶点局部坐标系C_1k～C_nk，计算出顶点局部坐标系C_1k～C_nk至世界坐标系的变化矩阵M_1k～M_nk；获得当前帧k时，顶点i处羽毛中羽杆走向矢量E_i相对于世界坐标系中的表达形式F_ik＝M_ikE_i，其中1≤i≤n。