一种面向基于图像头发建模的自适应浮动切线匹配方法组成比例

本发明专利技术公开了一种面向基于图像头发建模的自适应浮动切线匹配方法，分为3个阶段：第1阶段从采集的静态头发图像出发，首先生成混合方向场，再构建出静态三维头发模型；第2阶段，使用自适应的浮动切线匹配方法将第1阶段生成的三维头发模型转换为基于物理的头发模型，该阶段分为3个步骤，分别为求解发丝段数目、释放断点和求解物理参数；第3个阶段为动态头发仿真。本发明专利技术相比其他头发建模方法，既可以保留三维头发模型的结构细节，又可以将头发几何模型转化为螺旋线表示的物理模型，应用于动态头发仿真。

【技术实现步骤摘要】
一种面向基于图像头发建模的自适应浮动切线匹配方法
本专利技术属于虚拟现实技术和计算机图形学领域，特别是基于图像头发建模结果的仿真领域，具体的说是对基于图像头发建模结果进行物理仿真，生成动态头发运动序列，包括生成三维静态头发模型、自适应的浮动切线匹配以及动态头发仿真，主要应用于数字游戏、三维影视动画及化妆广告等领域。
技术介绍
头发建模和仿真是计算机图形学领域重要的研究内容之一。当前，一种头发建模方式是基于物理的方式，但由于在物理方程中存在大量的参数，因此很难产生期望的发型；另一种头发建模方式是基于图像的方式。典型的基于图像的头发建模方式都是通过方向场重建头发模型，此类方法能够生成内部分布相对真实的头发模型，但头发模型外部发丝与头发照片差异较大。大部分基于图像的头发建模结果通过三维点序列表示，这种表示方式不能应用于动态头发仿真。在传统的超级螺旋线头发模型中，头发以超级螺旋线形式表示，能够适用于动态头发仿真。一、基于图像的头发建模近期，一些研究者从多张照片重建三维头发模型，主要包括(Wei,Y.,Ofek,E.,Quan,L.andShum,H.2005.Modelinghairfrom本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种面向基于图像头发建模的自适应浮动切线匹配方法，其特征在于：所述的方法分为3个阶段，具体如下：第1阶段，生成三维静态头发模型，该阶段首先从多视点采集的静态头发图像出发，生成带方向的三维发丝段，之后生成混合方向场，并构建三维静态头发模型，该阶段分为2个步骤：(1)从带方向的三维发丝段出发，构建混合方向场，该混合方向场由表面结构方向场、内部方向场、内部距离场和生长方向场共四个方向场组成；(2)依据混合方向场，构建发丝生长规则，生成三维静态头发模型；第2阶段，基于第1阶段的结果，使用自适应的浮动切线匹配方法，生成基于物理的头发模型，该阶段分为3个步骤：(1)从第1阶段生成的静态头发模型中，提取简化...

【技术特征摘要】
1.一种面向基于图像头发建模的自适应浮动切线匹配方法，其特征在于：所述的方法分为3个阶段，具体如下：第1阶段，生成三维静态头发模型，该阶段首先从多视点采集的静态头发图像出发，生成带方向的三维发丝段，之后生成混合方向场，并构建三维静态头发模型，该阶段分为2个步骤：(1)从带方向的三维发丝段出发，构建混合方向场，该混合方向场由表面结构方向场、内部方向场、内部距离场和生长方向场共四个方向场组成；(2)依据混合方向场，构建发丝生长规则，生成三维静态头发模型；第2阶段，基于第1阶段的结果，使用自适应的浮动切线匹配方法，生成基于物理的头发模型，该阶段分为3个步骤：(1)从第1阶段生成的静态头发模型中，提取简化的头发模型，使用自适应算法求得每根发丝对应的发丝段数目N；(2)根据发丝段数目N，将简化头发模型中的每根发丝平均分为N段，得到N+1个断点，经释放断点操作后得到N段连续的螺旋弧；(3)对每一段螺旋弧求解其对应的物理参数，从而得到基于物理的头发模型；第3阶段，基于第2阶段的结果构建拉格朗日运动方程，进行动态头发仿真，生成动态头发运动序列。2.根据权利要求1所述一种面向基于图像头发建模的自适应浮动切线匹配方法，其特征在于：所述第1阶段的步骤(1)中生成混合方向场，具体为：首先，根据发丝所占空间生成规则化三维网格体，从三维发丝段头发模型ST出发，根据现有方法生成保留头发局部结构的发丝带，在进行方向一致性求解后将带方向的发丝段映射到规则化网格上，构建表面结构方向场Sd，有发丝带通过的网格点处的方向由发丝带上该点的切线方向确定，其余未知点通过求解热扩散方程求得；其次，再次使用规则化网格体求解内部方向场V，发丝或发根处网格点的方向由发丝处的方向或发根方向确定，其余网格点的方向通过求解带约束的拉普拉斯方程求得；内部距离场I是标量场，在三维网格体中，头模型包含的网格点处值为0，发丝经过的网格点处值为1，网格边界处内部距离场的值设置为此网格点到ST上最近点的欧氏距离加上1；最后，生长方向场Og由每一根发丝上相邻两点的位置决定，生成的混合方向场定义为：其中：αs，αv，αi和αo为分别对应于每一个场的动态权重。3.根据权利要求1所述一种面向基于图像头发建模的自适应浮动切线匹配方法，其特征在于：所述第1阶段的步骤(2)中构建三维静态头发模型，具体为：对每根发丝中新生成的点pi，其位置由公式pi＝pi-1+δ(H(pi-1))决定，其中pi-1是发丝上点pi的前序点，δ是生长步长，H(pi-1)是混合方向场H中点pi-1处的值，新生长的点pi重复生长，直到满足下列终止条件之一：(i)新生长的点pi超出了头发体I(pi)＞Ibound，其中Ibound取值为1.1；(ii)生长的发丝长度达到了设定的最大值。4.根据权利要求1所述一种面向基于图像头发建模的自适应浮动切线匹配方法，其特征在于：所述第2阶段的步骤(1)中求解发丝段数目，具体为：首先从第1阶段生成的三维静...

【专利技术属性】
技术研发人员：包永堂，齐越，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11