[发明专利]一种基于团着色的PBD骨骼驱动软体仿真系统及方法

权利要求书

1.一种基于团着色的PBD骨骼驱动软体仿真系统，包括：PBD模型烘焙装置、PBD解算装置、渲染装置，其特征在于，所述PBD骨骼驱动软体仿真系统还包括：约束着色装置，所述PBD模型烘焙装置、所述约束着色装置、所述PBD解算装置、所述渲染装置依次通信连接；

所述PBD模型烘焙装置用于将带有骨骼信息的三维模型转换为PBD软体模型；

所述PBD模型烘焙装置包括：

实体体素化装置：用于将所述三维模型包裹的空间使用离散的体素填满，并且将体素作为粒子数据写入磁盘；

PBD约束生成装置：用于将所述体素数据转化为粒子，并根据空间位置关系和用户输入的刚度参数分别连接为距离约束、四面体约束、形状匹配约束，并且将所述距离约束、所述四面体约束和所述形状匹配约束存入磁盘；

骨骼绑定装置：用于将靠近骨骼的粒子使用所述距离约束绑定在对应骨骼的对应位置，同时将相应的所述距离约束的数据存入磁盘；

所述PBD软体模型包括：各个约束，各个约束的顶点索引以及各个约束的刚度值，所述约束包括：距离约束、四面体约束和形状匹配约束；

所述约束着色装置用于给各个约束采用局部-全局混合着色方法进行分组；

所述约束着色装置包括：

约束加权无向图生成装置：用于从当前的各个约束中抽象出图结构，并用于描述每个约束与其对应的约束之间的依赖关系，并输出加权无向图：

团结构搜索装置：用于采用贪心算法和剪枝算法搜索出加权无向图中所有的团结构；

局部着色装置：用于对顶点数大于等于阈值的团结构进行着色；

全局着色装置：用于对未被着色的约束和团结构边缘的约束进行着色；

所述局部-全局混合着色方法为：对所述团结构按照降序进行局部-全局着色，包括以下步骤：

S31：挑选出所有的尺寸大于等于预设的阈值的团结构；

S32：局部着色：从筛选出来的团结构中，按照从大到小的顺序，依次将其包含的约束采用边权重优先的策略进行着色；

S33：全局着色：将剩余的约束和团结构边缘的约束使用边权重优先的策略再次着色；

所述PBD解算装置用于按照着色分组的结果分批并行求解所述PBD软体模型；

所述PBD解算装置包括：

PBD软体模型数据加载装置：用于将磁盘中的所述PBD软体模型加载到内存或显存中；

约束求解装置：用于在同一组内并行的根据当前粒子的位置求解出各个约束在各个粒子上的梯度；

雅可比线性系统解算装置：用于使用雅可比方式将所述梯度以约束为单位收集到粒子上，更新粒子位置；

惯性项解算装置：用于缓存粒子当前的位置，并更新粒子的速度；

所述渲染装置用于渲染每一帧的画面。

2.根据权利要求1所述的一种基于团着色的PBD骨骼驱动软体仿真系统，其特征在于，所述渲染装置包括：

自动蒙皮装置：用于根据粒子的位置自动计算出粒子与三维模型的顶点间的蒙皮信息；

交互装置：用于使用鼠标和键盘控制相机在场景中漫游；

角色渲染装置：用于使用物理模拟的粒子位置根据所述蒙皮信息更新粒子的位置，并渲染所述三维模型和所述PBD软体模型中的粒子。

3.一种根据权利要求1-2任一所述的基于团着色的PBD骨骼驱动软体仿真系统的基于团着色的PBD骨骼驱动软体仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1：获取模型数据，对所述模型数据进行实体体素化后生成分层的PBD软体模型；

S2：从所述PBD软体模型中抽象出加权无向图，搜索所述加权无向图中的所有的团结构，同时计算所述团结构中的顶点数量，并按降序排列；

S3：使用局部-全局混合着色方法对所述团结构按照降序进行局部-全局着色，并输出着色的结果；

S4：根据所述着色的结果来进行分组，同时循环并行计算，并更新网格定点位。

4.根据权利要求3所述的一种基于团着色的PBD骨骼驱动软体仿真方法，其特征在于，所述步骤S2中的所述加权无向图为描述所述PBD软体模型中各个约束间依赖关系的图结构，包含若干个顶点和若干条边，其中每个所述顶点代表一个约束，每条边代表其连接的两个所述顶点间存在的粒子。