本发明专利技术公开了一种基于表面网格的快速毛发建模方法，该方法通过将目标毛发形态由简单的表面形状网格控制，从而实现简化毛发的建模过程，并得到同样高质量建模结果的目标。本发明专利技术仅需要用户使用普通的网格建模方法创建大致表示毛发形状的粗糙表面网格，然后通过完全自动的轨迹线提取方法得到形状网格对应的稀疏毛发轨迹线，基于这些轨迹线与用户指定的毛发依附网格即可生成完全符合形状网格的毛发建模结果。在上述建模结果的基础上，通过用户易控的风格化方法可进一步得到保持建模形状下的风格化效果。本说明书中所指的毛发建模均为将目标毛发对象建模为大量极细发丝几何体的集合的过程。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及计算机动画的角色建模以及物理仿真领域，尤其涉及一种毛发对象的建模与仿真方法。
技术介绍
毛发是体现角色个性的重要特征，计算机动画及游戏等应用中的各类虚拟角色其毛发对象的建模是角色建模的关键步骤，一种准确高效方便易用的交互式毛发建模方法对于角色建模至关重要。但是，由于毛发极端复杂的几何结构与千变万化的风格效果， 用户很难跳过繁琐抽象的交互手段直观控制最终的毛发形态，例如当前广泛采用的Maya、 Blender等建模软件，虽然可借助梳理工具以及指导发丝等方法控制毛发外观，但仍无法直接预测到每一步操作对最终结果的影响。当前存在的各种毛发建模方法，用户通常需要较长的熟练过程才能够熟练掌握其使用技巧，这也正是至今仍没有任一毛发建模方法被业界广为接受的原因之一。已有的毛发建模方法中，最为直观的是由用户通过某些方式直接指定最终的毛发形状。采用广义的圆柱体模型表示分簇的毛发集合，Chen (LH Chen, S Saeyor, H Dohi, M Ishizuka. A system of 3D hair style synthesis based on the wisp model. The Visual Computer. 1999，15(4), 159_170)、Choe (B Choe，HS Ko. A statistical wisp model and pseudophysical approaches for interactive hairstyle generation. IEEE Transactions on Visualization and Computer Graphics. 2005，160-170)等提出了 各自的交互式毛发建模方法，允许用户以发束为单位控制最终毛发形态。在此基础上，Kim (TY Kim, U Neumann. Interactive multiresolution hair modeling and editing. ACM Transactions on Graphics (TOG). 2002, 21 (3)，620-629)等通过层次化的圆柱结构来进行多分辨率的毛发建模。这些方法虽然允许直接控制毛发在各尺度上的形状，但由于需要指定所有发束位置，对较为复杂的毛发模型会使整过程十分繁杂而耗时。^ksel (C Yukselj S Schaeferj J Keyser. Hair meshes. ACM Transactions on Graphics (TOG). 2009, 28(5), 1-7)提出了利用表面网格指定毛发大致形态的方法，但是由于仅依靠网格结构并不足以确定对应的毛发模型，仍然需要大量的用户交互操作来辅助建模工作。另一类方法则是基于某些物理规律模拟得到具体环境下具一定真实性的毛发形状。Anjyo (K Anjyoj Y Usamij T Kurihara. A simple method for extracting the natural beauty of hair. ACM SIGGRAPH Computer Graphics. 1992, 26(2), 111—120) 利用悬梁臂模型来模拟重力下直发的静止形状。Hadap(S Hadap，N Magnenat-Thalmann. Modeling dynamic hair as a continuum. Computer Graphics Forum. 2001，20 (3)， 329-338)通过放置流体出入口，使用流体运动形成的轨迹线来模拟静态的发型。仇(Y Yu. Modeling realistic virtual hairstyles. Proceedings of the 9th Pacific Conference on Computer Graphics and Applications. 2001，295-304)使用三维矢量场来表示一定空间范围内的发型，通过追踪矢量场来得到所有发丝的轨迹进而进行毛发的建模。这些方法虽然能够以较为方便的方式全局地模拟毛发结构，但是结果通常较为简单生硬，也无法直观控制毛发的最终形状。由于现有的毛发建模方法或是需要大量繁琐的用户交互来达到所需毛发形态，或是仅可以自动得到简单且无法预测的建模结果，并且这些方法都仅仅针对毛发建模这个特例，难以重用其他的建模技巧，所以往往难以掌握与应用。而本专利技术将毛发建模与普遍的网格建模结合，能够很好地方便用户进行知识迁移并简化建模过程。
技术实现思路
本专利技术针对电影及游戏中广泛存在的人物角色、动物等的毛发对象，提出了一种。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的一种，该方法包括以下步骤(1)形状网格的预处理对输入的形状网格进行预处理以满足后续建模步骤对形状网格的需求规范，即通过自动或用户辅助的方式修正形状网格的参数坐标以标识局部位置内毛发的形态方向，以便在网格内自动提取毛发轨迹线；(2)毛发轨迹线的提取通过采样方式得到网格内均勻分布的毛发轨迹线，将表面的毛发形态方向定义依据网格的几何结构拓展至形状网格几何体内部，得到空间内的毛发形态的离散表示；(3)基本毛发建模为毛发对象额外指定依附网格对象，由依附网格来决定毛发的起始位置，以属性贴图方式定义在依附网格上的密度、长度等参数来进行毛发形态的局部控制， 而步骤2中得到的毛发轨迹线集合用以改变空间中的毛发方向以拟合形状网格确定的毛发形态，并最终得到基本的毛发建模结果；(4)毛发的风格化基于基本的建模结果，通过过程式风格化方法来精细调整毛发几何以实现卷曲、弯曲、杂乱等风格化效果。进一步地，所述步骤(2)具体包括以下子步骤(A)在参数坐标UV空间V轴上确定;7个等高线采样层，值分别SVqsV1,…,Vp1，每个采样层在得到的轨迹线上对应于其轨迹上一点；(B)对采样层ν,,将其在UV平面上的对应直线V= A与形状网格求交得到&组空间线段，使其满足不同组的线段均相互分离，而组内线段可互相串联成一空间曲线；第 组空间线段(！ )与形状网格的边相交又可得到^个!4值从小到大排列的一组交点P(h)o，Phi，---Pivki4^(uL· <4 <-<K4^1),其ν 值均为η ；将每组线段首尾相连可构成个封闭的空间多边形，将其作为对应于采样层、的等高线多边形截面；(C)在步骤(B)中，对于每个采样层、我们可以得到^fc个截面 ’从V0到义爿，截面数量的变化与形状网格的拓扑关系的变化有可能有无分支无汇聚的管状结构、分支结构或汇聚结构三种情况我们可以将这种不同采样层子间截面的对应关系用截面关系图进行表示图中的顶点用来表示某个截面，将Vjh中截面与ι中对应截面相互连接；(D)求得每个截面的重心位置W^；(E)以权利要求1.一种，其特征在于，该方法包括以下步骤(1)形状网格的预处理对输入的形状网格进行预处理以满足后续建模步骤对形状网 格的需求规范，即通过自动或用户辅助的方式修正形状网格的參数坐标以标识局部位置内 毛发的形态方向，以便在网格内自动提取毛发轨迹线；(2)毛发轨迹线的提取通过采样方式得到网格内均勻分布的毛发轨迹线，将表面的 毛发形态方本文档来自技高网...
【技术保护点】
１．一种基于表面网格的快速毛发建模方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：（１）形状网格的预处理：对输入的形状网格进行预处理以满足后续建模步骤对形状网格的需求规范，即通过自动或用户辅助的方式修正形状网格的参数坐标以标识局部位置内毛发的形态方向，以便在网格内自动提取毛发轨迹线；（２）毛发轨迹线的提取：通过采样方式得到网格内均匀分布的毛发轨迹线，将表面的毛发形态方向定义依据网格的几何结构拓展至形状网格几何体内部，得到空间内的毛发形态的离散表示；（３）基本毛发建模：为毛发对象额外指定依附网格对象，由依附网格来决定毛发的起始位置，以属性贴图方式定义在依附网格上的密度、长度等参数来进行毛发形态的局部控制，而步骤２中得到的毛发轨迹线集合用以改变空间中的毛发方向以拟合形状网格确定的毛发形态，并最终得到基本的毛发建模结果；（４）毛发的风格化：基于基本的建模结果，通过过程式风格化方法来精细调整毛发几何以实现卷曲、弯曲、杂乱等风格化效果。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：翁彦琳，侯启明，柴蒙磊，任重，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：86
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