[发明专利]一种从拓扑关系构建高强度的弯曲约束的方法

说明书

本发明提供一种从拓扑关系构建高强度的弯曲约束的方法，包括以下步骤：将待进行动力学模拟的三维模型的连通域进行划分，找到若干不同的连通域，并获取每个连通域对应的几何体集合；在每个连通域的几何体集合中，从点出发，根据边与面的连接关系，获取顶点在对应的k环内的所有顶点；在k环的所有顶点中选定所需顶点，将每个顶点与其自身k环内的选定顶点确定连接关系约束条件，并添加给三维模型；设置连接关系约束条件的动态属性；将连接关系叠加到其他的目标物的约束条件上，并代入PBD进行解算；将添加的约束条件与三维模型本身的约束条件进行叠加，并将叠加的约束条件提交至动力学模拟引擎，增强三维模型的弯曲约束效果。

技术领域

本发明涉及动画制作技术领域，具体涉及一种从拓扑关系构建高强度的弯曲约束的方法。

背景技术

在电影电视产业中，CG动画的仿真模拟(动力学解算)是十分重要的一环。它可以将已经制作好的三维实体模型(由点边面在电脑中被描述和显示的三维图形，下称模型)进行动力学模拟，赋予接近真实世界的重力，风场以及碰撞等效果，这样就可以在制作好模型后，通过设置参数在一个CG动画场景中制作出各种各样的变形效果，并且这些效果和动画师制作的人力动画效果交互，模拟出接近现实世界的各种特效，这样不仅可以增强动画效果的细节，还可以节约动画制作时间；

在动力学解算前，需要对模型进行设置，这样才能保证在进行解算(仿真)时的效果正确性，比如一个篮球模型被抛到空中掉到地面上并弹起，我们就需要去设置这个篮球模型在这个重力效果下，撞击到地面后会被压缩得多厉害，然后又能弹起到多高等。控制这些效果的过程就叫添加约束，约束本身描述了模型在动力学解算过程中能够达到的极限效果，解算时，软件根据这些约束保证模型的效果在合理的范围区间内，并计算出模型的动力学效果；

所以约束设置本身属于动力学解算的十分重要的一个步骤，如何构建约束，添加约束，是影响动力学解算结果的直接条件；

现阶段在进行物理模拟时，基本都更倾向基于PBD的物理模拟算法，因为其在解算速度上有十分巨大的优势。但是相较于传统的RBD或者FEM物理模拟算法，PBD在约束构建方面有着很大的劣势。PBD是基于点位置的迭代求解，也就是说其约束本身也是针对于模型顶点进行，并且仅支持点与点之间的位置约束关系，而传统的物理模拟算法中，不仅有点，还有边与面的约束，在约束间还能设置诸如角度，面积，体积等约束条件。

所以针对PBD算法需要更多的使用位置约束来模拟其他种类的约束方式，比较常见的PBD约束方式有distance along edges，triangle，cross bend，struts；一般情况下这几种约束方式单独或者混合使用足以满足大多数的解算需求，但是对于很多高强度的约束或者高精度的约束场合，这几种约束方式并不足以应付。比如在需要模拟薄片金属或者薄片塑料时，通用的PBD约束方式基本不能很好的做到相应的效果。因为薄片金属这类物体需要使用弯曲约束来达成柔韧程度的操作，然而通用PBD约束只有cloth能模拟弯曲约束，但是cloth约束只能做出柔和的布料效果。

发明内容

本发明的目的是提供一种从拓扑关系构建高强度的弯曲约束的方法，解决了经典PBD约束方式不能快速处理硬度很高的弯曲约束的问题，并且不需要额外引入计算过程来修改变形结果，仅仅是通过增加定量的约束条件，在相同的PBD模拟过程中计算得到变形效果，增强约束效果。

本发明提供了如下的技术方案：

一种从拓扑关系构建高强度的弯曲约束的方法，包括以下步骤：

S1、将待进行动力学模拟的三维模型的连通域进行划分，找到若干不同的连通域，并获取每个所述连通域对应的几何体集合；

S2、在每个所述连通域的几何体集合中，从点出发，根据边与面的连接关系，获取顶点在对应的k环内的所有顶点；