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高斯核函数快速插值的头发实时仿真与渲染

计算机辅助设计与图形学学报 2017年第2期29卷 320-327页

作者：张骈侯进西南交通大学信息科学与技术学院成都611756

在平衡速度与视觉效果的前提下,直接采用dynamic follow-the-leader(DFTL)算法对头发进行快速的仿真.首先提出一种基于高斯核函数的快速插值算法,快速插值出平滑的发丝;然后采用偏移函数改变发束位置,产生卷发的效果;最后提出一种基于... 详细信息

在平衡速度与视觉效果的前提下,直接采用dynamic follow-the-leader(DFTL)算法对头发进行快速的仿真.首先提出一种基于高斯核函数的快速插值算法,快速插值出平滑的发丝;然后采用偏移函数改变发束位置,产生卷发的效果;最后提出一种基于数学和物理的风力模型,通过调整风力因子控制风速大小实时地仿真头发受风力驱动的动态效果.动态仿真的实时渲染采用Kajiya-kay和Marschner 2种光照模型,并使用deep opacity maps算法产生头发自阴影.实验结果表明,文中提出的风力模型在头发仿真中得到了较好的动态效果,并具有良好的实时性.

关键词：头发仿真快速插值风力模型头发渲染光照模型

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真实感虚拟人头发动态仿真研究

计算机应用研究 2017年第4期34卷 1226-1230页

作者：谈杰侯进西南交通大学信息科学与技术学院成都611756

针对头发的不可伸展性和数量过大造成的头发仿真时性能低效、真实感不高的问题,提出一种新的头发动态仿真方法。该方法首先利用弹簧模型对单根头发进行建模,然后采用DFTL(dynamic follow the leader)算法进行变形计算,并基于FTL(static ... 详细信息

针对头发的不可伸展性和数量过大造成的头发仿真时性能低效、真实感不高的问题,提出一种新的头发动态仿真方法。该方法首先利用弹簧模型对单根头发进行建模,然后采用DFTL(dynamic follow the leader)算法进行变形计算,并基于FTL(static follow the leader)算法对头发进行快速插值,最后运用deep opacity maps技术对头发进行渲染,增强虚拟人头发的真实感。同时,对头发与头部模型、头发与头发进行碰撞检测与响应。实验结果表明,该方法生成的头发逼真自然,并且在大量仿真时保持了较高的稳定性。

关键词：头发仿真 DFTL 头发渲染碰撞检测鼠标拾取法

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三维虚拟人头发动态仿真研究

三维虚拟人头发动态仿真研究

作者：谈杰西南交通大学

学位级别：硕士

随着虚拟现实技术及计算机硬件性能的发展,计算机创造的虚拟人在众多领域正扮演着越来越重要的作用。头发作为一种传递特性和感觉的媒介,对于虚拟人的真实感起着重要的作用。但是,头发本身数量巨大、几何性质复杂,现有的头发仿真算法往... 详细信息

随着虚拟现实技术及计算机硬件性能的发展,计算机创造的虚拟人在众多领域正扮演着越来越重要的作用。头发作为一种传递特性和感觉的媒介,对于虚拟人的真实感起着重要的作用。但是,头发本身数量巨大、几何性质复杂,现有的头发仿真算法往往不能同时满足实时性和真实性。因此,虚拟人头发仿真技术的研究有着积极的现实意义。本文主要研究内容包括头发建模、头发渲染、碰撞检测与响应三部分。在头发建模方面,在对3D头部模型文件重绘的基础上,利用重绘式拾取法在头皮层指定头发生长区域,并对单根发丝构建质点-弹簧模型。再根据质点的受力情况,采用动态跟踪控制点算法对发丝进行变形计算,并通过一种基于跟踪控制点思想的快速插值算法生成其他的发丝。在头发渲染方面,.使用Marschner光照模型对环境光进行模拟,并基于阴影图算法和深度不透明阴影图算法对头发进行自阴影计算。同时,对头发进行半透明和抗锯齿处理,增强头发渲染的真实感。在碰撞检测与响应方面,通过对人体构造k-DOPs层次包围盒来处理头发与人体间的体碰撞问题,并运用流体力学的思想,利用FLIP (Fluid Implicit Particle)来维持头发所占有的体积以及处理彼此间的自碰撞问题。在上述研究的基础上,本文建立了一个带有键鼠交互功能的三维虚拟人头发动态仿真统,该系统可以通过调节系统参数仿真出相对真实的虚拟人头发。实验结果表明,在普通的硬件配置下,本文提出的方法能够完成高质量的头发绘制和动态模拟。

关键词：头发仿真头发渲染碰撞检测与响应质点-弹簧模型

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基于单视角图像的头发建模与仿真

基于单视角图像的头发建模与仿真

作者：周斌斌杭州师范大学

学位级别：硕士

头发的建模与仿真因为数目过于繁多且造型多种,加上头发本身的质感,所以较难仿真。传统基于物理与几何构造头发的方式,需要复杂庞大的计算以及构造头发的各种参数。近几年基于单幅图片、基于多幅图片、基于视频的头发的建模方法开始发展... 详细信息

头发的建模与仿真因为数目过于繁多且造型多种,加上头发本身的质感,所以较难仿真。传统基于物理与几何构造头发的方式,需要复杂庞大的计算以及构造头发的各种参数。近几年基于单幅图片、基于多幅图片、基于视频的头发的建模方法开始发展,加上一些数据库,其最大的优点就是建模快。目前主要采用三维点的线条来表示头发的几何形状。而头发的建模与仿真会增加3D虚拟人的真实感,增加用户的体验感,所以头发的建模与仿真有着较广的应用前景和研究意义。本文研究单视角下的3D虚拟人的头发建模与仿真技术,针对建模过程中需人工手动干预、时间慢,仿真过程中弹力等问题,设计了一个基于单幅图像的头发建模与仿真系统,采用一种三维布条状来表示头发的几何形状。本文的主要研究内容包括头发建模、头发拟合、动态模拟和碰撞检测四部分。通过输入一张人的正面的图片,自动构建出与图像中相似的模型,通过进一步拟合,将选取的头发模型和头部模型连接,然后通过设置重力、摩擦力和碰撞检测等模拟动态的头发,并赋予相应的物理特性。模型尽可能的保留了图像显示的形象外观,可用于模拟常见的各种头发几何形状。具体研究内容包括:(1)采用了一种基于三维多布条状来表示头发几何形状,并且结合小型头发模型数据库的方法,更适合实时渲染。(2)头发类型分类。提出一个深度学习和传统分类相结合的头发属性全自动分类框架,能够从单幅图像中获取头发的形状,并从数据库中匹配相应的模型,以及头发纹理的分类。(3)头发模型拟合。为了确保输出高质量的头发模型网格,提出了多布条调整拟合优化算法,防止网格穿透的同时保证形状。(4)头发动态模拟。采用质点弹簧模型,主要涉及头发模型的各种受力分析、运动模拟、碰撞检测和超弹性现象问题等。实验结果表明,本文研究的基于单视角的头发建模与仿真方法,能够较为真实地构建出符合物理运动常识的人物头发模型,具有较好的应用拓展价值。

关键词：头发仿真弹簧质点模型基于图像的头发建模头发动态模拟

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基于图像的头发建模技术综述

计算机研究与发展 2018年第11期55卷 2543-2556页

作者：包永堂齐越山东科技大学计算机科学与工程学院山东青岛266590 虚拟现实技术与系统国家重点实验室(北京航空航天大学) 北京100083 北京航空航天大学青岛研究院山东青岛266100

头发是人类特征的重要组成部分,是判断一个人的年龄、背景及身份等的重要依据.在虚拟现实和计算机图形学领域,头发建模受到越来越多的研究人员的关注.传统的头发建模是基于物理模拟的,通过设置相关参数构造出不同的头发,计算量很大,建... 详细信息

头发是人类特征的重要组成部分,是判断一个人的年龄、背景及身份等的重要依据.在虚拟现实和计算机图形学领域,头发建模受到越来越多的研究人员的关注.传统的头发建模是基于物理模拟的,通过设置相关参数构造出不同的头发,计算量很大,建模过程也不直观、难以控制;而基于图像的头发建模方法,具有建模速度快、模型逼真度高等优点,近几年受到研究者重视,开始成为另外一个研究热点.回顾了基于单幅图像的头发建模、基于多幅图像的静态头发建模、基于视频的动态头发建模、头发建模结果的编辑重用等方面的研究进展,并分析总结了各种方法的适用情况及不足,最后提出了基于图像的头发建模技术在未来的发展趋势以及面临的挑战.

关键词：头发建模基于图像的头发建模头发编辑重用头发仿真方向场

基于头发生成区域的发型建模和交互式参数化发型设计

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基于头发生成区域的发型建模和交互式参数化发型设计

作者：胡东辉浙江大学

学位级别：硕士

发型是3D虚拟角色的一个重要组成部分。在电子游戏、虚拟现实、计算机动画等领域,逼真的人体发型对于创建真实的3D虚拟角色都是至关重要的。逼真的发型建模是计算机图形学领域的重点和难点。复杂的物理性质、数量庞大的发丝数量、种类... 详细信息

发型是3D虚拟角色的一个重要组成部分。在电子游戏、虚拟现实、计算机动画等领域,逼真的人体发型对于创建真实的3D虚拟角色都是至关重要的。逼真的发型建模是计算机图形学领域的重点和难点。复杂的物理性质、数量庞大的发丝数量、种类繁多的发型样式使得进行逼真的发型建模变得极为困难。本文研究和实现了基于头发生成区域的发型建模和交互式参数化发型设计的相关算法。为了能够对各式各样的发型进行建模,提出了基于头发生成区域的分块思想,基于头部平行极坐标系的发根点分配,利用引导发丝生成不同款式发型,实现了发型的物理模拟;为了对发型进行基于头发生成区域的风格化调整,实现了分区域的卷曲功能,提出了分区域的蓬松、长度缩放参数化方法,实现了基于交互的剪发、梳发和卷发功能;为了处理人体与发型之间的穿透问题,实现了基于符号距离场的碰撞检测与响应算法。为了简化辫子发型和发髻发型的建模,提出了基于曲线参数方程的发型建模和参数化调整算法。

关键词：发型建模头发仿真参数化建模

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参数化发型建模算法的设计与实现

参数化发型建模算法的设计与实现

作者：梁家琪浙江大学

学位级别：硕士

发型在人物造型中起到重要作用。在计算机动画、电子游戏、虚拟试衣等领域,经常会需要创建搭配不同发型的各种个性化的虚拟人物模型,有关真实感三维发型的仿真和建模一直是计算机图形学领域热门的研究方向。头发的数量极多,物理特性复杂... 详细信息

发型在人物造型中起到重要作用。在计算机动画、电子游戏、虚拟试衣等领域,经常会需要创建搭配不同发型的各种个性化的虚拟人物模型,有关真实感三维发型的仿真和建模一直是计算机图形学领域热门的研究方向。头发的数量极多,物理特性复杂,发型种类繁多,这些都给发型建模算法带来了巨大的困难。本文实现了一种双阶段参数化的发型建模算法。第一阶段对人体模型头皮区域进行参数化划分,形成发型的区域模板;第二阶段是在此基础上用参数控制每个头皮区域的单根头发生长特性,并且按照单根头发-发束-发型的次序完成完整的发型建模。本文在处理头发与人体头部的碰撞检测时,参考人体头部的椭球包围盒,提出了使用一组平行圆对头部形状进行更加精确逼近的包围盒处理算法,提高了碰撞检测的精确度。本文的参数化发型建模算法基于头发的物理特性,将单根头发当作悬臂梁模型进行计算,通过参数控制单根头发和发束的生成过程,借助少量交互操作,实现了常见发型的建模和仿真。

关键词：发型建模头发仿真参数化建模