[发明专利]一种鸟类躯干模型的羽毛实时动态生成方法

摘要

本发明公开了一种鸟类躯干模型上羽毛的实时动态生成方法，具体为将鸟类躯干的多边形模型进行UV映射，在每个顶点处建立顶点局部坐标系，设定位于顶点局部坐标系中的羽毛中羽杆走向矢量；生成粒子系统，各粒子约束在多边形的面上，粒子之间排斥力为羽毛宽度，演化至静止后，各粒子位置为毛囊的位置，随机确定羽毛的类型；在鸟类模型动画变形后更新顶点局部坐标系，计算出当前帧时的羽毛羽杆走向，以毛囊位置为坐标原点，建立羽毛局部坐标系，根据设定宽度和长度建立羽毛参考NURBS面片，在该NUBRS面片上生成羽毛，针对动画中各帧重复上述步骤。该方法能够实现羽毛之间的无穿插覆盖，并能够实时生成动态的羽毛。

主权项

一种鸟类躯干模型的羽毛实时动态生成方法，其特征在于，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～Dn0、法线矢量N10～Nn0、切线矢量T10～Tn0，并在各顶点1～n处分别构建顶点局部坐标系C10～Cn0，参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～En，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，所述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～Dn0，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，……，un)；其中u1～un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D1k～Dnk、法线矢量N1k～Nnk和切线矢量T1k～Tnk，并在各顶点处构建顶点局部坐标系C1k～Cnk，计算出顶点局部坐标系C1k～Cnk至世界坐标系的变化矩阵M1k～Mnk；获得当前帧k时，顶点i处羽毛中羽杆走向矢量Ei相对于世界坐标系中的表达形式Fik＝Mik Ei，其中1≤i≤n；步骤5，获得当前帧k时，在躯干动画变形后，毛囊所在多边形的法线矢量Lk；根据步骤2中毛囊的质心坐标，计算出该毛囊处羽毛中羽杆走向矢量Vk＝u1F1k+u2F2k+…+un Fnk和毛囊的三维坐标Pk＝u1D1k+u2D2k+…+un Dnk，所述毛囊处羽杆走向矢量以及毛囊的三维坐标均是位于世界坐标系中；针对每个毛囊，以羽杆走向矢量Vk所在方向为Y轴，以羽杆走向矢量Vk和法线矢量N的叉乘为X轴，以X轴矢量与Y轴矢量的叉乘为Z轴，以Pk为坐标原点，建立该毛囊处羽毛局部坐标系Wk；步骤6，在每个毛囊对应的当前帧k时的羽毛局部坐标系Wk中的XY平面上，根据羽毛的长度与宽度，生成羽毛参考NURBS面片，依据羽毛类型在该羽毛参考NURBS面片进行羽毛的生成，所述NURBS为非均匀有理B样条曲线。