[发明专利]一种面向基于图像头发建模的自适应浮动切线匹配方法

权利要求书

1.一种面向基于图像头发建模的自适应浮动切线匹配方法，其特征在于：所述的方法分为3个阶段，具体如下：

第1阶段，生成三维静态头发模型，该阶段首先从多视点采集的静态头发图像出发，生成带方向的三维发丝段，之后生成混合方向场，并构建三维静态头发模型，该阶段分为2个步骤：

(1)从带方向的三维发丝段出发，构建混合方向场，该混合方向场由表面结构方向场、内部方向场、内部距离场和生长方向场共四个方向场组成；

(2)依据混合方向场，构建发丝生长规则，生成三维静态头发模型；

第2阶段，基于第1阶段的结果，使用自适应的浮动切线匹配方法，生成基于物理的头发模型，该阶段分为3个步骤：

(1)从第1阶段生成的静态头发模型中，提取简化的头发模型，使用自适应算法求得每根发丝对应的发丝段数目N；

(2)根据发丝段数目N，将简化头发模型中的每根发丝平均分为N段，得到N+1个断点，经释放断点操作后得到N段连续的螺旋弧；

(3)对每一段螺旋弧求解其对应的物理参数，从而得到基于物理的头发模型；

第3阶段，基于第2阶段的结果构建拉格朗日运动方程，进行动态头发仿真，生成动态头发运动序列；

所述第1阶段的步骤(1)中生成混合方向场，具体为：

首先，根据发丝所占空间生成规则化三维网格体，从三维发丝段头发模型ST出发，根据现有方法生成保留头发局部结构的发丝带，在进行方向一致性求解后将带方向的发丝段映射到规则化网格上，构建表面结构方向场S_d，有发丝带通过的网格点处的方向由发丝带上该点的切线方向确定，其余未知点通过求解热扩散方程求得；

其次，再次使用规则化网格体求解内部方向场V，发丝或发根处网格点的方向由发丝处的方向或发根方向确定，其余网格点的方向通过求解带约束的拉普拉斯方程求得；内部距离场I是标量场，在三维网格体中，头模型包含的网格点处值为0，发丝经过的网格点处值为1，网格边界处内部距离场的值设置为此网格点到ST上最近点的欧氏距离加上1；

最后，生长方向场O_g由每一根发丝上相邻两点的位置决定，生成的混合方向场定义为：其中：α_s，α_v，α_i和α_o为分别对应于每一个场的动态权重。

2.根据权利要求1所述一种面向基于图像头发建模的自适应浮动切线匹配方法，其特征在于：所述第1阶段的步骤(2)中构建三维静态头发模型，具体为：对每根发丝S中新生成的点p_i，其位置由公式p_i＝p_i-1+δ(H(p_i-1))决定，其中p_i-1是发丝S上点p_i的前序点，δ是生长步长，H(p_i-1)是混合方向场H中点p_i-1处的值，新生长的点p_i重复生长，直到满足下列终止条件之一：(i)新生长的点p_i超出了头发体I(p_i)＞I_bound，其中I_bound取值为1.1；(ii)生长的发丝S长度达到了设定的最大值。

3.根据权利要求1所述一种面向基于图像头发建模的自适应浮动切线匹配方法，其特征在于：所述第2阶段的步骤(1)中求解发丝段数目，具体为：首先从第1阶段生成的三维静态头发模型中提取出简化的头发模型，之后利用发丝长度来决定发丝段数目，若发丝长度L小于L_min，则N＝N_min，若发丝长度L大于L_max，则N＝N_max，其他情况则使用自适应的发丝段数目求解算法得到发丝段数目N，在本方法中，各参数取值分别为：N_max＝25,N_min＝3,L_max＝80cm,L_min＝5cm。