[发明专利]一种衣物自碰撞检测高层裁剪优化方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种衣物自碰撞检测高层裁剪优化方法，属于虚拟衣物仿真技术领域。

背景技术

在衣物动态仿真过程中，碰撞检测是最耗时的部分。碰撞检测过程中，首先需要检测出所有发生碰撞的三角形对，然后对每个三角形对分配基元对进行后续基本相交测试。在每个时间步长内，需要判断网格的顶点与三角形、边与边之间的碰撞情况，对于N个顶点的衣物网格，进行自碰撞检测的时间复杂度是O(N²)。碰撞检测成为衣物动态仿真过程中的主要瓶颈，为了对自碰撞检测进行优化，研究者们提出一系列优化方法，分为三角形层面的高层裁剪方法和基元对层面的低层裁剪方法。

在以往的研究工作中，最常用的高层裁剪方法是层次包围盒算法，对物体建立层次包围盒，通过层次包围盒的相交测试，裁剪掉包围盒不想交的三角形对。为了减少层次包围盒遍历过程中的包围盒相交测试次数，许多研究者提出自碰撞检测的裁剪优化方法，用来裁减掉不存在碰撞三角形对的区域，即不可能发生自碰撞区域。Volino利用网格的拓扑和连接性，通过轮廓测试判断网格的自碰撞状态。Provot基于网格曲率，提出法向量锥的方法，可以有效的裁剪掉不发生自碰撞的区域，该方法只适用于离散碰撞检测。Tang将法向量锥方法扩展到连续碰撞检测，计算整个时间步长内的连续法向量锥信息。Wong进行基于骨骼驱动的放射视角裁剪。Schvartzman等人提出基于星形轮廓的轮廓测试方法，该方法用于离散自碰撞检测，由于轮廓测试的投影和相交操作的复杂性，在自碰撞检测中通常忽略。

以往自碰撞检测高层裁剪方法主要存在以下问题：

(1)由于邻接三角形对的包围盒相交，层次包围盒算法裁剪效率较低。

(2)连续法向量锥的有效裁剪区域较小。

(3)基于骨骼驱动的放射视角裁剪，通过计算顶点的骨骼权重对网格进行分簇，实现较为复杂，影响碰撞检测的效率。

针对以上问题，本发明对虚拟衣物仿真技术和自碰撞检测高层裁剪方法做了进一步的研究，一种基于衣物自碰撞检测高层裁剪优化方法，其核心内容可以总结为：高层裁剪阶段，第一步，结合层次包围盒算法和连续法向量锥信息进行基本的高层裁剪。为了提高裁剪效率，第二步，在基本高层裁剪的基础上，进行基于放射视角的高层裁剪优化，得到所有可能发生碰撞的候选三角形对。最后一步，在基本高层裁剪及放射视角优化的基础上，进行基于孤立集的裁剪优化，通过建立孤立集，裁剪掉候选三角形对中所有的邻接三角形对，进一步提高自碰撞检测的效率。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种衣物自碰撞检测高层裁剪优化方法，针对虚拟衣物仿真这一具体应用给出一种全新的自碰撞检测优化方法。

本发明采用的技术方案：首先结合层次包围盒算法和连续法向量锥信息实现基本的高层裁剪，裁剪掉包围盒不相交的区域和三角形对。在此基础上，进行基于放射视角的高层裁剪优化，通过放射视角测试，裁剪掉簇内不可能发生碰撞的三角形对，得到所有可能发生碰撞的候选三角形对。最后，进行基于孤立集的高层裁剪优化，通过建立孤立集，裁剪掉候选三角形对中的邻接三角形对，进一步提高自碰撞检测的效率。

该方案实现的步骤：

(1)结合层次包围盒算法和连续法向量锥信息实现基本的高层裁剪，裁剪掉包围盒不相交的区域和三角形对；

(2)进行基于放射视角的高层裁剪优化，通过放射视角测试，裁剪掉簇内不可能发生碰撞的三角形对，得到所有可能发生碰撞的候选三角形对；

(3)进行基于孤立集的高层裁剪优化，通过建立孤立集，裁剪掉候选三角形对中的邻接三角形对，进一步提高自碰撞检测的效率；

本发明与现有技术相比的有益效果是：

本发明的高层裁剪优化方法能够有效的裁剪掉不发生碰撞的区域和三角形对，提高了自碰撞检测和高层裁剪的效率，并且提高了衣物动态仿真的仿真帧率。

附图说明

图1一种衣物自碰撞检测高层裁剪优化方法步骤示意图；

图2基本高层裁剪实验结果示意图；

图3基于放射视角的高层裁剪优化实验结果示意图；

图4基于孤立集的高层裁剪优化实验结果示意图。

具体实施方式

下面结合附图及具体实施方式对本发明进一步详细说明。

(1)结合层次包围盒算法和连续法向量锥信息实现基本的高层裁剪，裁剪掉包围盒不相交的区域和三角形对；

第一步，预处理阶段，采用自顶向下的方法对衣物网格建立AABB层次包围盒。