[发明专利]一种利用网格顶点对角色模型进行分割的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种对角色模型进行分割的方法，属于计算机图形学、虚拟现实技术领域。

背景技术

在三维模型的变形中，通常有以下几种变形技术：Morphing方法、FFD变形方法、基于骨骼的变形方法。Morphing方法通过插值方法实现变形，FFD变形方法通过控制包围三维模型表面的控制体实现变形，基于骨骼的变形技术通过设置模型表面网格顶点对应于骨骼的影响权值实现变形。

对于角色模型，通常有两部分信息包含在其中，表示模型几何特征的表面网格信息以及表示模型拓扑特征的模型骨骼信息。角色模型的变形通常具有以下特点：变形发生在关节点附近的区域，属于局部变形；变形由一段骨骼围绕一个关节点旋转引起，因此变形后的模型与骨骼的运动情况一致；模型对应的关节点自由度多，运动复杂，导致模型的变形控制比较复杂。

对于角色模型的变形，由于各个变形区域互相之间基本不受影响，因此，本专利提出一种按照骨骼结构将角色模型分割成若干个局部模型的方法，每个局部模型可以按照运动单元中弯曲和扭转角度分别进行变形。运动单元中包括三个关节点A、O、B，其中关节点A和O连接成骨骼OA，关节点B和O连接成骨骼OB，这样的结构称为运动单元。分割的目的是，通过将角色模型分割成若干个局部模型，并对每个局部模型分别应用较优的变形设置参数进行变形，可以获得更佳的变形效果，并且由于通过局部变形简化了变形计算，因此可以提高角色模型的变形速度。此外，还可以通过从骨骼运动数据中获取运动单元中弯曲和扭转角度实现角色模型的自动变形。

发明内容

本发明的目的是克服已有技术的缺陷，为了提高角色模型变形速度和变形效果，并将变形与角色模型的骨骼运动相结合的问题，提出一种利用网格顶点对角色模型进行分割的方法。

本发明是通过下述技术方案实现的：

首先选取原始模型中相邻的四个关节点A、O、B、C，其中关节点A和O连接成骨骼OA，关节点B和O连接成骨骼OB，关节点B和C连接成骨骼BC。

建立局部模型由以下步骤实现：

(1)在原始模型表面网格上关节点O附近选择两个顶点P₁、P₂，作为优选，应当使平面OP₁P₂与骨骼OA和骨骼OB各自的夹角大致相等，从而可以得到能够满足变形需要的分割结果。

(2)根据如下方法获得平面OP₁P₂的方程系数，

①计算三维向量其中×表示向量的叉乘；

②n＝n′/|n′|，变量s＝-n·μ_o；其中μ_o表示关节点O在世界坐标系中的坐标的向量表示；·表示向量的点乘；

③V＝[n，s]；V存储了平面OP₁P₂的方程的四个系数，

平面方程的系数是指Ax+By+Cz+D＝0中的A、B、C和D。

(3)在原始模型表面网格上关节点B附近选择两个顶点P₁′、P₂′，作为优选，应当使平面BP₁′P₂′与骨骼BO和骨骼BC各自的夹角大致相等，从而可以得到能够满足变形需要的分割结果。

(4)根据如下方法获得平面BP₁′P₂′的方程系数，

①计算三维向量其中×表示向量的叉乘；

②m＝n″/|n″|，变量s′＝-m·μ_B；其中μ_B表示关节点B在世界坐标系中的坐标的向量表示；·表示向量的点乘；

③V′＝[m，s′]；V′存储了平面BP₁′P₂′的方程的四个系数；

(5)对原始模型的每一个三角形网格，判断其网格顶点与平面OP₁P₂的关系，若网格的所有顶点都与关节点A在平面OP₁P₂的同一侧，则判定该三角形网格属于骨骼OA，否则该三角形网格不属于骨骼OA；若原始模型中不是全部由三角形网格构成的，则需要在判断前将非三角形网格看作多个三角形组成。

判断顶点与关节点A在平面OP₁P₂的同一侧方法为：

对网格中的一个顶点，在世界坐标系中的坐标的向量表示为P，关节点A在世界坐标系中的坐标的向量表示为μ_A，