[发明专利]一种适用于头发和物体碰撞的实时运动仿真方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机运动仿真领域，尤其涉及对虚拟角色头发进行实时运动仿真的方法。

背景技术

本发明相关的研究背景简述如下：

逼真的虚拟头发运动建模与仿真在计算机动画、虚拟现实等领域有非常重要的应用。从早期的完全不考虑发丝之间相互作用的工作(Rosenblum,R.E.,Carlson,W.E.,and Tripp,E.1991.Simulating the structure and dynamics of human hair:modelling,rendering and animation.The Journal of Visualization and Computer Animation 2,4,141–148.)(Anjyo,K.-I.,Usami,Y.,and Kurihara,T.1992.A simple method for extracting the natural beauty of hair.In ACM SIGGRAPH Computer Graphics,vol.26,ACM,111–120.)开始，头发运动仿真一直是一个热门的研究课题。

针对高质量的头发运动仿真，最常见的方法是对每个单独的发丝进行仿真，从而获得最为精细的运动细节。为了尽可能模拟真实世界中的发丝运动，许多研究工作针对单独发丝的运动提出不同的运动仿真模型，如(Bertails,F.,Audoly,B.,Cani,M.-P.,Querleux,B.,Leroy,F.,and Leveque,J.-L.2006.Super-helices for predicting the dynamics of natural hair.In ACM Transactions on Graphics(TOG),vol.25,ACM,1180–1187.)(Selle,A.,Lentine,M.,and Fedkiw,R.2008.A mass spring model for hair simulation.ACM Trans.Graph.(SIGGRAPH 2008)27,3(Aug.).)(Bergou,M.,Wardetzky,M.,Robinson,S.,Audoly,B.,and Grin-spun,E.2008.Discrete elastic rods.In ACM Transactions on Graphics(TOG),vol.27,ACM,63.)(Casati,R.,and Bertails-Descoubes,F.2013.Super space clothoids.ACM Transaction on Graphics.)等。基于这些发丝运动模型，许多在单独发丝尺度上进行运动仿真并考虑复杂的头发相互作用的方法被证明可以得到较高真实度的结果。其中，(Selle,A.,Lentine,M.,and Fedkiw,R.2008.A mass spring model for hair simulation.ACM Trans.Graph.(SIGGRAPH 2008)27,3(Aug.).)把头发的相互作用表示为发丝吸引力与几何碰撞两方面，从而实现发簇结构动态变化的效果；(Mcadams,A.,Selle,A.,Ward,K.,Sifakis,E.,and Teran,J.2009.Detail preserving continuum simulation of straight hair.ACM Transactions on Graphics-TOG 28,3,62.)提出了一个鲁棒的头发相互作用的模拟方法，通过基于流体的碰撞松弛来使得大量发丝之间的几何碰撞变得更容易求解；(Daviet,G.,Bertails-Descoubes,F.,and Boissieux,L.2011.Ahybrid iterative solver for robustly capturing coulomb friction in hair dynamics.In ACM Transactions on Graphics(TOG),vol.30,ACM,139.)提出了一个混合方法来鲁棒地模拟发丝之间的库仑摩擦力现象。但是，所有这些方法都专注于效果的质量并需要大量的离线运算时间，使得模拟过程非常缓慢，无法用于实时应用之中。