一种基于褶皱基线的三维褶皱生成方法技术

本发明专利技术涉及一种基于褶皱基线的三维褶皱生成方法，以褶皱基线为骨架，采用卷积曲面模拟三维褶皱，并对衣物三维褶皱截面形状的调整，使衣物褶皱的截面形状与真实褶皱的形状更加接近，提高三维衣物褶皱模拟的真实性。并且该褶皱截面形状的调整方法具有通用性，可以采用不同的目标形状函数，模拟不同的褶皱截面形状。其步骤是(1)对三维衣物网格进行网格变形分析；(2)根据网格的变形分析提取褶皱基线；(3)以褶皱曲线为骨架，生成卷积曲面；(4)将褶皱区域上的顶点映射到卷积曲面；(5)根据目标形状函数，将三维褶皱网格上的点调整到相应位置，调整三维褶皱截面形状。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于褶皱基线的改进三维褶皱生成方法，属于柔性织物仿真技术 领域。
技术介绍
在衣物仿真模拟过程中，模拟效果的视觉真实性一直是衡量衣物模拟仿真价值的 一个标准。在现实生活当中，柔性的衣物会因为各种力的相互作用而产生褶皱，而这些褶皱 正是衣物布料所具有的不可忽视的主要细节。因此，褶皱的添加能增强衣物模拟的视觉真 实性，对褶皱的模拟仿真成为实现真实性柔性衣物模拟中不可或缺的一部分。 衣物褶皱的模拟可以分为基于位图贴图的方法、基于几何的方法、基于物理的方 法和基于数据驱动的方法等。其中，基于几何的方法是比较常用的方法之一。2006年， Decaudin等人提出一个纯几何的方法模拟衣物裙皱。当衣物裹在圆筒形的身体部分时，会 产生弯曲，Decaudin等人利用这种衣物先验知识产生预定义的褶皱。该方法仅适用于当圆 筒形的衣物表面遭遇一些预定义的小变形的情况，不适用于任意的衣物变形。Larboulette 等人和WangYu等人采用边长保持不变的原则，在用户定义的褶皱线上添加褶皱。Li等人 由图片提取人脸皱纹曲线，并把曲线从2D投射到3D人脸模型，通过对皱纹剖面形状的曲 线函数调整得到立体的皱纹形状，并通过曲面细分进一步细化皱纹模型。Cutler等人在 衣物表面相应位置标定褶皱基线，并根据这些褶皱基线按照定义的褶皱形状及可调节的参 数-褶皱形状半径最后生成立体褶皱。Rohmer等人采用与其相同的概念，在褶皱基线的基 础上进一步模拟褶皱。不同的是，Rohmer等人的方法中，褶皱基线的位置是程序根据分析 粗仿真结果而得到，以一种自动后处理方法取代人为干涉。目前的大部分基于几何的衣物褶皱模拟方法分为两个步骤：首先在衣物网格上生 成褶皱基线，以描述褶皱的大致走向；然后根据已定义的褶皱基线，生成三维的衣物褶皱。 以往的基于几何的衣物褶皱模拟方法存在以下问题： (1)在褶皱基线的生成方面，没有成熟的褶皱基线自动生成方案，大部分的褶皱生 成方法依靠具有专业技能的艺术人员在衣物网格上手工添加褶皱基线。 (2)在三维衣物褶皱生成方面，由于衣物褶皱的千变万化，没有一种通用的方法可 以有效地描述褶皱的形状。 (3)目前模拟三维褶皱形状的方法模拟的褶皱形状与真实的褶皱形态有一定的差 距，从而引起仿真效果失真。 针对以上问题，本专利技术对三维褶皱生成方法作了进一步研宄，提出一种基于褶皱 基线的三维褶皱生成方法。该方法的核心内容可以总结为：对三维衣物网格进行网格变形 分析；根据网格的变形分析提取褶皱基线；以褶皱曲线为骨架生成卷积曲面，将褶皱区域 上的点映射到卷积曲面以模拟褶皱形状；根据目标形状函数，将三维褶皱网格上的点调整 到相应位置，调整三维褶皱截面形状。从而实现更具视觉真实性的褶皱模拟。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于褶皱基线的三 维褶皱生成方法，提高衣物褶皱模拟的真实性。 本专利技术采用的技术方案：将连续介质力学中定义的变形张量运用在三维衣物网格 上，对三维衣物网格进行网格变形分析；把三维衣物网格剖分成前后两个分块，并分别对两 个分块进行平面展开，并在展开的平面上，根据网格顶点的拉伸量信息进行褶皱基线的跟 踪寻找；以褶皱曲线为骨架生成卷积曲面，然后将褶皱区域上的顶点映射到卷积曲面以生 成最终的三维衣物褶皱；最后根据目标形状函数，对生成的三维褶皱进行截面形状的调整， 从而使衣物褶皱更具视觉真实性。 ，步骤如下： (1)对三维衣物网格进行网格变形分析； (2)根据网格的变形分析提取褶皱基线； (3)以褶皱曲线为骨架生成卷积曲面； (4)褶皱区域上顶点到卷积曲面的映射； (5)根据目标形状函数，调整三维褶皱截面形状。 本专利技术与现有技术相比的有益效果是： 提高三维衣物褶皱模拟的真实性，通过对衣物三维褶皱截面形状的调整，使衣物 褶皱的截面形状与真实褶皱的形状更加接近，并且该褶皱截面形状的调整方法具有通用 性，可以采用不同的目标形状函数，模拟不同的褶皱截面形状。【附图说明】 图1一种基于衣物褶皱基线的改进三维褶皱生成方法步骤示意图。 图2截面形状调整示意图。 图3褶皱形状对比图示意图。其中，（a)和（b)为真实世界中布料的褶皱形状；（c) 和（d)为以直线为骨架模拟生成的褶皱形状；（e)和（f)为采用半圆模拟褶皱截面形状后， 调整半圆幅值得到的褶皱形状；（g)和（h)为采用g(x) =Acos (x)模拟褶皱截面形状产 生的褶皱形状；（i)和（j)为采用g(x)=Acos2(X)模拟褶皱截面形状产生的褶皱形状。 图4不同截面形状函数模拟的衣物褶皱效果图（一）。其中，（a)深色部分的网 格为三维上衣背面网格的两个褶皱区域块，（b)为采用半圆模拟褶皱截面形状基础上，调整 半圆幅值（即调整公式g(x) =Acos2 (x)中A的值），最终产生的褶皱形状效果，（e)为其 对应的褶皱横截面形状；（c)为采用模拟褶皱截面形状产生的褶皱效果， (f)为其对应的褶皱横截面形状；（d)为采用模拟褶皱截面形状产生的 褶皱效果，（g)为其对应的褶皱横截面形状。 图5不同截面形状函数模拟的衣物褶皱效果图（二）。其中，（a)深色部分的网格 为三维上衣正面网格的两个褶皱区域块，（b)为采用半圆模拟褶皱截面形状基础上，调整半 圆幅值（即调整公式g(x) =Acos2 (x)中A的值），最终产生的褶皱形状效果，（e)为其对 应的褶皱横截面形状；（C)为采用模拟褶皱截面形状产生的褶皱效果， (f)为其对应的褶皱横截面形状；（d)为采用模拟褶皱截面形状产生的 褶皱效果，（g)为其对应的褶皱横截面形状。 图6褶皱增强过程示意图。其中，（a)为系统输入的上衣侧面的变形网格，（b)中 深灰色曲线标识在上衣侧面生成的褶皱曲线，（c)是在变形网格上添加褶皱后的效果图。【具体实施方式】 下面结合附图及【具体实施方式】对本专利技术进一步详细说明。 (1)对三维衣物网格进行网格变形分析 将连续介质力学中定义的变形张量运用在三维衣物网格上，对三维衣物网格进行 三角形基元变形分析；采用Pennec等人提出的定义在张量空间、基于仿射不变性的黎曼度 量的插值方案，由三角形变形量插值出网格顶点的变形量。 (2)根据网格的变形分析提取褶皱基线 为了降低褶皱基线查找的计算复杂性，需要把三维衣物网格信息转换到二维平面 上，因此采用保角度的平面展开方法实现对三维初始网格的平面展开。然后在展开平面上 根据网格顶点变形量提取褶皱基线。最后把二维平面上的褶皱基线映射到三维衣物网格 上，得到褶皱曲线。 (3)以褶皱曲线为骨架生成卷积曲面 ①卷积骨架。 本专利技术中的光滑褶皱曲线其实也是折线，因此本专利技术使用的骨架函数是用由一系 列连续线段组成的折线定义的。令Pl，P2, ...，Pm依次为折线上按顺序排列的端点，则折线 上的每一个线段Si (t)可以表示为： Sj (t) = Pj+taj, i = 1, 2, . . . , m-1, 0 t lj (3. 1) 其中，li= |Pi+1-Pi|，。所以褶皱曲线可以表示为：对于空间中的点p，当p为褶皱曲线上的点时值为1，反之值为0,因此本专利技术将要 生成的卷积曲面的几何函数为： ②点的拉伸量值 对于褶皱曲线上的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于褶皱基线的三维褶皱生成方法，其特征在于：对初始衣物网格进行变形分析，然后依据网格变形分析提取褶皱基线；以褶皱曲线为骨架生成卷积曲面，将褶皱区域上的点映射到卷积曲面以模拟褶皱形状；最后根据目标形状函数，将三维褶皱网格上的点调整到相应位置，完成对三维褶皱截面形状的调整，从而实现更具视觉真实性的褶皱模拟。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：何兵，井密，吕越，
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