[发明专利]一种服装动画计算方法

说明书

技术领域

本发明涉及计算机图形学领域，特别涉及到服装动画的快速计算。

背景技术

服装动画是计算机图形学领域研究的热点和难点之一。快速、逼真的服装动画可以为三维虚拟角色带来强烈的视觉真实感。游戏中的武士，动画中的小丑，电视、网站上的虚拟主持人，所有的虚拟角色都渴望穿上动感、飘逸的虚拟服装。而服装设计师更可以利用这一技术，在服装设计阶段就看到模特穿上之后的三维动态效果，从而提高设计效率、降低设计成本。

服装动画计算就是根据人体运动计算服装模型在每一时刻的位置，服装动画计算是服装动画生成过程中的一个必经阶段。服装动画计算的相关方法经过近20余年的发展，在理论和应用上都取得一定的进步，但离人们的期望仍有相当的差距。现有技术中，服装动画计算方法可分为基于几何的服装动画计算方法和基于物理的服装动画计算方法。两种类型的服装动画计算方法存在有各自的优缺点。

基于几何的服装动画计算方法仅考虑服装模型的几何属性，利用几何变形方法模拟服装整体或织物局部的造型。此类方法中，最常见的是延用皮肤变形中的骨骼驱动策略生成服装动画的方法，即采用骨骼驱动变形方法生成服装动画。采用骨骼驱动变形方法实现基于几何的服装动画方法的相关细节可见参考文献1：“李艳，王兆其，毛天露，三维虚拟人皮肤变形技术分类及方法研究，计算机研究与发展，42(5)：888-896，2005”。基于几何的方法具有计算速度快，能够实时生成服装动画的优点，但同时也具有真实感差，不能出现真实褶皱的缺点。

基于物理的服装动画计算方法考虑服装织物在真实世界中的各种物理属性，如质量、弹性、摩擦力等，采用动力学原理建立服装运动的数学模型。通过计算服装模型上顶点的受力，依据牛顿力学中的标准动力学方程求解各顶点在各个时间点的位置、速度等。基于物理服装动画计算方法中，最常见的是利用质点-弹簧模型的服装动画计算方法，此种方法的具体实现细节可详见参考文献2：“Xavier Provot.Deformation constraints in amass-spring model to describe rigid cloth behavior.In Graphics Interface，pages 147-154，June 1995”，以及参考文献3“David Baraff and AndrewWitkin.Large Steps in Cloth Simulation.In Michael Cohen.Editor，SIGGRAPH 98 Conference Proceedings，pages 43-54.ACM SIGGRAPH，Addison Wesley，1998”。基于物理的服装动画计算方法具有很好的逼真性，但同时还具有运算复杂性高，计算开销大的缺点。

若将上述的基于几何的服装动画计算方法和基于物理的服装动画计算方法进行混合，可以实现对于服装动画生成效果和生成效率的折衷。在参考文献4“Cordier F.，Magnenat-Thalmann N.，Real-time Animation ofDressed Virtual Humans，Eurographics，Blackwell publishers，Vol.21(3)，pp327-336，2002”中，Cordier等利用服装模型在静止状态下与人体皮肤表面的距离，将服装模型进行划分，将与人体皮肤距离近的服装区域采用基于几何的方法驱动，距离远的服装区域采用基于物理的方法驱动。这一方法由于在对服装模型的划分时仅考虑服装在人体模型上的静止位置，因此其生成的动画效果还有待进一步提高。如何充分考虑服装模型运动与人体肢体运动的相关性，实现效率和效果的最优组合，并满足不同具体应用的不同折衷需求，在现有技术中一直没有得到很好的解决。

发明内容

因此，本发明的目的是克服现有的服装动画计算方法无法对动画计算的效率和效果取得良好平衡的缺陷，从而提供一种在人体模型运动时进行区域划分，实现对服装动画快速计算的方法。

为了实现上述目的，本发明提供了一种服装模型的区域划分方法，包括以下步骤：

步骤1)、输入人体模型、服装模型以及人体运动数据片断；

步骤2)、利用所述的人体运动数据片断中的运动数据帧驱动所述人体模型，并计算当前时刻服装模型上的各个顶点的位置；

步骤3)、根据步骤2)的计算结果，对运动过程中的服装模型和人体模型进行位置冲突检测及响应，并记录冲突信息；