基于表面网格的快速毛发建模方法

摘要

本发明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。

主权项

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、杂乱风格化效果；所述步骤（2）具体包括以下子步骤：（A）在参数坐标UV空间V轴上确定个等高线采样层，其值分别为，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，将其在UV平面上的对应直线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得到个值从小到大排列的一组交点其值均为，；将每组线段首尾相连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，对于每个采样层得到个截面；从到，截面数量的变化与形状网格的拓扑关系的变化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：将这种不同采样层之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，将中截面与中对应截面相互连接；（D）求得每个截面的重心位置；（E）以的顺序对所有采样层进行遍历处理：对当前采样层上的所有截面，，比较其与步骤（C）的截面关系图中上一采样层上的所有对应截面的值范围，若有值区间不属于任一对应截面的值范围，则在这个值区间于形状网格上对应的空间线段与重心构成的多边形内部进行均匀采样得到新的轨迹线起始采样点；而对于所有基截面，，在其截面的所有多边形区域内采点；对于任一起始于的新采样点，进行如下计算：连接重心与并延长使之与截面的边交于点，则的纹理坐标表示为；我们定义如下的采样点二元参数来确定采样点在截面内的相对位置：；其中，代表该采样点到形状网格表面投影点的纹理坐标，则表示该采样点到截面重心的长度与形状网格表面投影点到截面重心的长度之比；对于上一采样层上的采样点，在当前采样层上利用采样点参数定位采样点在这一层上的确切位置；首先在截面关系图上找到在上的截面与对应的在关系图上有边直接相连的所有截面，然后判断采样点的值是否包含在这个截面的值范围（）中，即判断是否满足，从而确定采样点是否在这个截面中存在对应点，若没有截面满足这个条件，则认为这条轨迹线终止于上一采样层；若有截面满足这个条件，假设存在个，令截面的面积为，其中，，所有截面的面积之和为，截面面积按如下方式估算：将封闭截面的所有边与这个截面的重心构成一组三角形，将所有三角形面积相加即为截面面积的估算，计算得到一个（0,1）之间独立均匀分布的随机数，若，则将采样点在层上的对应点从这个截面上选取；选取对应截面后，通过参数在截面上定位唯一的一点；（F）对于每个采样点，连接其在所在的连续采样层上的所有对应采样点，即得到一条对应的毛发方向轨迹线。