[发明专利]一种基于褶皱基线的三维褶皱生成方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于褶皱基线的改进三维褶皱生成方法，属于柔性织物仿真技术领域。

背景技术

在衣物仿真模拟过程中，模拟效果的视觉真实性一直是衡量衣物模拟仿真价值的一个标准。在现实生活当中，柔性的衣物会因为各种力的相互作用而产生褶皱，而这些褶皱正是衣物布料所具有的不可忽视的主要细节。因此，褶皱的添加能增强衣物模拟的视觉真实性，对褶皱的模拟仿真成为实现真实性柔性衣物模拟中不可或缺的一部分。

衣物褶皱的模拟可以分为基于位图贴图的方法、基于几何的方法、基于物理的方法和基于数据驱动的方法等。其中，基于几何的方法是比较常用的方法之一。2006年，Decaudin等人提出一个纯几何的方法模拟衣物褶皱。当衣物裹在圆筒形的身体部分时，会产生弯曲，Decaudin等人利用这种衣物先验知识产生预定义的褶皱。该方法仅适用于当圆筒形的衣物表面遭遇一些预定义的小变形的情况，不适用于任意的衣物变形。Larboulette等人和Wang Yu等人采用边长保持不变的原则，在用户定义的褶皱线上添加褶皱。Li等人由图片提取人脸皱纹曲线，并把曲线从2D投射到3D人脸模型，通过对皱纹剖面形状的曲线函数调整得到立体的皱纹形状，并通过曲面细分进一步细化皱纹模型。Cutler等人在衣物表面相应位置标定褶皱基线，并根据这些褶皱基线按照定义的褶皱形状及可调节的参数-褶皱形状半径最后生成立体褶皱。Rohmer等人采用与其相同的概念，在褶皱基线的基础上进一步模拟褶皱。不同的是，Rohmer等人的方法中，褶皱基线的位置是程序根据分析粗仿真结果而得到，以一种自动后处理方法取代人为干涉。

目前的大部分基于几何的衣物褶皱模拟方法分为两个步骤：首先在衣物网格上生成褶皱基线，以描述褶皱的大致走向；然后根据已定义的褶皱基线，生成三维的衣物褶皱。以往的基于几何的衣物褶皱模拟方法存在以下问题：

(1)在褶皱基线的生成方面，没有成熟的褶皱基线自动生成方案，大部分的褶皱生成方法依靠具有专业技能的艺术人员在衣物网格上手工添加褶皱基线。

(2)在三维衣物褶皱生成方面，由于衣物褶皱的千变万化，没有一种通用的方法可以有效地描述褶皱的形状。

(3)目前模拟三维褶皱形状的方法模拟的褶皱形状与真实的褶皱形态有一定的差距，从而引起仿真效果失真。

针对以上问题，本发明对三维褶皱生成方法作了进一步研究，提出一种基于褶皱基线的三维褶皱生成方法。该方法的核心内容可以总结为：对三维衣物网格进行网格变形分析；根据网格的变形分析提取褶皱基线；以褶皱曲线为骨架生成卷积曲面，将褶皱区域上的点映射到卷积曲面以模拟褶皱形状；根据目标形状函数，将三维褶皱网格上的点调整到相应位置，调整三维褶皱截面形状。从而实现更具视觉真实性的褶皱模拟。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于褶皱基线的三维褶皱生成方法，提高衣物褶皱模拟的真实性。

本发明采用的技术方案：将连续介质力学中定义的变形张量运用在三维衣物网格上，对三维衣物网格进行网格变形分析；把三维衣物网格剖分成前后两个分块，并分别对两个分块进行平面展开，并在展开的平面上，根据网格顶点的拉伸量信息进行褶皱基线的跟踪寻找；以褶皱曲线为骨架生成卷积曲面，然后将褶皱区域上的顶点映射到卷积曲面以生成最终的三维衣物褶皱；最后根据目标形状函数，对生成的三维褶皱进行截面形状的调整，从而使衣物褶皱更具视觉真实性。

一种基于褶皱基线的三维褶皱生成方法，步骤如下：

(1)对三维衣物网格进行网格变形分析；

(2)根据网格的变形分析提取褶皱基线；

(3)以褶皱曲线为骨架生成卷积曲面；

(4)褶皱区域上顶点到卷积曲面的映射；

(5)根据目标形状函数，调整三维褶皱截面形状。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

提高三维衣物褶皱模拟的真实性，通过对衣物三维褶皱截面形状的调整，使衣物褶皱的截面形状与真实褶皱的形状更加接近，并且该褶皱截面形状的调整方法具有通用性，可以采用不同的目标形状函数，模拟不同的褶皱截面形状。

附图说明

图1一种基于衣物褶皱基线的改进三维褶皱生成方法步骤示意图。

图2截面形状调整示意图。