实时毛发动画

论文摘要

毛发建模、渲染绘制及运动模拟是毛发模拟中相互独立而又密切相关的三个方面。近年来,人们在毛发模拟方面取得了许多突破性的进展,特别是在渲染绘制算法及复杂发型建模方面提出了一些切实可行的新方案并得到了很多逼真的静态效果。与之不相称的是毛发运动模拟算法却没能取得很多进展,特别是在复杂发型的运动模拟方面更是毫无新意。本文是在总结前人对毛发模拟所做的工作的基础上,建立了一个实时发型动画模拟系统。本文首先研究了毛发的力学机械模型。对于给定的初始发型,在头部和初始发型周围定义一个晶格。然后构建一个机械模型,为晶格提供包含在其中的毛发相关的机械行为。这一机械模型是基于一个建立在晶格结点上的粒子系统。一些特殊类型的粒子相互作用来表现晶格上的毛发串的机械行为。碰撞通过斥力直接作用于晶格结点,斥力来自于一个表现头部和肩膀的简单的元球。用元球模型处理毛发和身体表面之间碰撞。然后是自由变形的研究。我们用自由变形模拟毛发。绘制的时候,毛发串的当前位置或任何其他表现特征最终由晶格结点的目前位置用线性或二次B样条插值得到。算法实现是使用了OpenGL作为开发工具。具有较好的可移植性,算法简洁,效率高,能在普通的硬件配置上,实现高质量的发型设计和渲染输出。最后在毛发的渲染方面,使用了Kajiya的经典毛发光照模型对发型进行渲染。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 前人的工作
• 1.2.1 毛发建模
• 1.2.2 毛发渲染
• 1.2.3 毛发动画
• 1.3 本文的主要研究内容及组织结构
• 1.3.1 主要研究内容
• 1.3.2 文章组织结构
• 第二章 基于晶格的毛发模型
• 2.1 毛发力学模型
• 2.1.1 弹簧-质点模型
• 2.1.2 基于弹簧-质点的高效模型
• 2.2 空气动力学
• 2.2.1 力模型
• 2.2.2 风模型
• 2.2.3 简化模型
• 2.3 数值积分
• 2.4 碰撞检测
• 2.4.1 元球技术介绍
• 2.4.2 多项式元球
• 2.4.3 专用化元球
• 2.5 本章小结
• 第三章 晶格自由变形
• 3.1 引言
• 3.2 自由变形介绍
• 3.2.1 自由变形的数学基础
• 3.2.2 采用不同基函数的FFD
• 3.3 插值曲线
• 3.3.1 Bézier 曲线
• 3.3.2 B 样条曲线
• 3.3.3 线性插值
• 3.3.4 插值曲线选取
• 3.4 本章小结
• 第四章 实现和结果
• 4.1 OPENGL 简介
• 4.1.1 OpenGL 基础知识
• 4.1.2 OpenGL 图形显示
• 4.1.3 OpenGL 图形实现方式
• 4.2 光照模型
• 4.3 实验结果
• 4.4 本章小结
• 第五章 总结和展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文