[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

说明书

本发明公开了一种面向基于图像头发建模的自适应浮动切线匹配方法，分为3个阶段：第1阶段从采集的静态头发图像出发，首先生成混合方向场，再构建出静态三维头发模型；第2阶段，使用自适应的浮动切线匹配方法将第1阶段生成的三维头发模型转换为基于物理的头发模型，该阶段分为3个步骤，分别为求解发丝段数目、释放断点和求解物理参数；第3个阶段为动态头发仿真。本发明相比其他头发建模方法，既可以保留三维头发模型的结构细节，又可以将头发几何模型转化为螺旋线表示的物理模型，应用于动态头发仿真。

技术领域

本发明属于虚拟现实技术和计算机图形学领域，特别是基于图像头发建模结果的仿真领域，具体的说是对基于图像头发建模结果进行物理仿真，生成动态头发运动序列，包括生成三维静态头发模型、自适应的浮动切线匹配以及动态头发仿真，主要应用于数字游戏、三维影视动画及化妆广告等领域。

背景技术

头发建模和仿真是计算机图形学领域重要的研究内容之一。当前，一种头发建模方式是基于物理的方式，但由于在物理方程中存在大量的参数，因此很难产生期望的发型；另一种头发建模方式是基于图像的方式。典型的基于图像的头发建模方式都是通过方向场重建头发模型，此类方法能够生成内部分布相对真实的头发模型，但头发模型外部发丝与头发照片差异较大。大部分基于图像的头发建模结果通过三维点序列表示，这种表示方式不能应用于动态头发仿真。在传统的超级螺旋线头发模型中，头发以超级螺旋线形式表示，能够适用于动态头发仿真。

一、基于图像的头发建模

近期，一些研究者从多张照片重建三维头发模型，主要包括(Wei,Y.,Ofek,E.,Quan,L.and Shum,H.2005.Modeling hair from multiple views.ACM Transactions onGraphics(TOG),24,3,816-820)(Paris,S.,Chang,W.,Kozhushnyan,O.I.,Jarosz,W.,Matusik,W.,Zwicker,M.and Durand,F.2008.Hair photobooth:geometric andphotometric acquisition of real hairstyles.ACM Transactions on Graphics(TOG),27,3,30)(Luo,L.,Li,H.and Rusinkiewicz,S.2013.Structure-aware hair capture.ACMTransactions on Graphics(TOG),32,4,76)。他们基于三角化规则生成一个方向场，之后从方向场中追踪生成头发模型。这类方法由于没有考虑头发的外部结构，重建的发型不能很好的保留头发外部结构，也不能保证发根及发丝的分布符合真实。

二、基于物理的头发仿真