一种三维动画中角色发型的快速生成方法.pdf

本发明提供一种三维动画中角色发型的快速生成方法，其包括：创建非辫子区域的一缕头发的轮廓，将轮廓上任一曲线Y转化为头发制作工具中的单根头发S，获得各缕头发对应的单根头发集合S’；同样的方法获取辫子区域各股头发对应的单根头发集合W’；沿辫子中线在头发制作工具中创建单根头发Z，沿Z曲线创建骨骼节点并赋予绑定权重；在当前帧角色运动后，对所述单根头发Z进行动力学解算，再对集合S’和W’进行动力学解算分别获得曲线集合X1和X2，将其中每一根曲线作为L系统中的路径曲线产生多根头发曲线，获得当前帧的角色发型。本发明的发型动力学系统解算快速，且生成的辫子不易变散。

1.  一种三维动画中角色发型的快速生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，利用NURBS建模工具创建出角色发型中非辫子区域的一缕头发的轮廓，所述一缕头发的轮廓即为NURBS面片或NURBS圆柱，然后从所述NURBS面片或NURBS圆柱上提取沿所述一缕头发走向的任意一个曲线Y，将该曲线Y转化为头发制作工具中的单根头发S；所述NURBS为non-uniform rational B-Splines即非均匀有理B样条曲线；
步骤2，利用步骤1生成角色发型中非辫子区域的各缕头发在头发制作工具中对应的单根头发集合S’，并将所述单根头发集合S’中的每根头发都绑定到头发动力学解算器，使之能够随着角色运动而动；
步骤3，利用NURBS建模工具创建出角色发型中辫子区域的一股头发的轮廓，所述一股头发的轮廓即为NURBS面片或NURBS圆柱，然后从所述NURBS面片或NURBS圆柱上提取沿所述一股头发走向的任意一个曲线Y，将该曲线Y转化为头发制作工具中的单根头发W；
步骤4，利用步骤3生成角色发型中辫子区域的各股头发在头发制作工具中对应的单根头发集合W’，并将所述单根头发集合W’中的每根头发都绑定到头发动力学解算器，使之能够随着角色运动而动；
步骤5，在辫子区域的总体形状中线位置从根部到末梢创建一根头发Z，并绑定到头发动力学解算器，使之能够随着角色运动而动；沿此头发曲线创建含有N个骨骼节点的曲线反向动力学骨骼系统，其中N大于等于三，并赋予所述曲线反向动力学骨骼系统对辫子区域的NURBS面片或NURBS圆柱上各控制点的绑定权重；
步骤6，在当前帧角色运动后，对所述单根头发Z利用头发动力学解算器进 行动力学模拟，使得确定辫子区域各控制点绑定权重的曲线反向动力学骨骼系统随之变化，从而更新辫子区域的NURBS面片或NURBS圆柱获得辫子整体的动力学模拟；然后进行各缕或股头发的动力学模拟，即对所述单根头发集合S’和所述单根头发集合W’均利用头发动力学解算器进行动力学模拟，分别获得曲线集合X1和曲线集合X2，将所述曲线集合X1和曲线集合X2的每一根曲线作为L系统中的路径曲线产生多根头发曲线，获得当前帧的角色发型。

一种三维动画中角色发型的快速生成方法
技术领域
本发明属于三维动画技术领域，尤其涉及一种三维动画中角色发型的快速生成方法。
背景技术
三维动画技术，是近年来随着计算机软硬件技术的发展而产生的一种新兴技术，可以方便快捷地制作出满足导演需求的三维动画或影视特效镜头。
三维动画片的制作原理一般为：首先，利用三维软件(比如3ds Max、Maya或Houdini)在计算机中建立一个虚拟的世界；然后，在这个虚拟的三维世界中添加场景和三维卡通角色等三维模型；最后，设定模型的动画曲线、虚拟摄影机的运动轨迹和其它动画参数，渲染得到角色动画。
由于三维动画技术具备可精确模拟真实景象、几乎无创作限制等特点，目前被广泛应用于娱乐、教育、军事等诸多领域。
尽管现有三维软件及插件都提供了大量丰富功能，但对于人物角色发型的形态和动力学并没有一套完善的解决方案。角色头发的模拟分为发型设定、动力学模拟和渲染三个环节，其中前两个环节分别为渲染环节提供初始形态和动态效果。对于发型的塑造，现有技术可以分为几何建模方法和三维软件自身工具两种方法。前者可细分为雕刻方法和面片建模两种，后者可细分为利用L系统的方法,头发制作工具两种，这些方法各有利弊。
几何建模方法：
A)利用三维雕刻软件可以创建出头发的发型，但是存在缺乏小缕头发的细节、模型多边形数量很多，以及无法进行动力学模拟等缺陷。
B)面片建模方式，是利用多边形或NURBS面来建立小缕头发的模型，它 的缺点是，缺乏细节，如果每缕头发选取的很小，则需要很多的面片，工作量巨大，同时面片之间如何保证不穿插，以及面片在特定视角下边缘存在瑕疵，都无法妥善解决。
三维软件自身工具：
A)利用L系统可以提供对头发走势的灵活控制，可以快速方便的创建出各种发型效果，但是不支持动力学解算。
B)头发制作工具提供了对头发形态的多种控制，比如可以成缕梳理成辫子，渲染效果也更好，也支持动力学解算，但是却很难塑造成所需的发型，并且发型的维持也比较难，比如辫子在动力学模拟下很容变散。
发明内容
为解决上述问题，本发明提供一种三维动画中角色发型的快速生成方法，本发明的发型动力学系统解算快速，生成的发型及辫子不易变散。
本发明的三维动画中角色发型的快速生成方法，其包括以下步骤：
步骤1，利用NURBS建模工具创建出角色发型中非辫子区域的一缕头发的轮廓，所述一缕头发的轮廓即为NURBS面片或NURBS圆柱，然后从所述NURBS面片或NURBS圆柱上提取沿所述一缕头发走向的任意一个曲线Y，将该曲线Y转化为头发制作工具中的单根头发S；所述NURBS为non-uniform rational B-Splines即非均匀有理B样条曲线；
步骤2，利用步骤1生成角色发型中非辫子区域的各缕头发在头发制作工具中对应的单根头发集合S’，并将所述单根头发集合S’中的每根头发都绑定到头发动力学解算器，使之能够随着角色运动而动；
步骤3，利用NURBS建模工具创建出角色发型中辫子区域的一股头发的轮廓，所述一股头发的轮廓即为NURBS面片或NURBS圆柱，然后从所述NURBS 面片或NURBS圆柱上提取沿所述一股头发走向的任意一个曲线Y，将该曲线Y转化为头发制作工具中的单根头发W；
步骤4，利用步骤3生成角色发型中辫子区域的各股头发在头发制作工具中对应的单根头发集合W’，并将所述单根头发集合W’中的每根头发都绑定到头发动力学解算器，使之能够随着角色运动而动；
步骤5，在辫子区域的总体形状中线位置从根部到末梢创建一根头发Z，并绑定到头发动力学解算器，使之能够随着角色运动而动；沿此头发曲线创建含有N个骨骼节点的曲线反向动力学骨骼系统，其中N大于等于三，并赋予所述曲线反向动力学骨骼系统对辫子区域的NURBS面片或NURBS圆柱上各控制点的绑定权重；
步骤6，在当前帧角色运动后，对所述单根头发Z利用头发动力学解算器进行动力学模拟，使得确定辫子区域各控制点绑定权重的曲线反向动力学骨骼系统随之变化，从而更新辫子区域的NURBS面片或NURBS圆柱获得辫子整体的动力学模拟；然后进行各缕或股头发的动力学模拟，对所述单根头发集合S’和所述单根头发集合W’均利用头发动力学解算器进行动力学模拟，分别获得曲线集合X1和曲线集合X2，将所述曲线集合X1和曲线集合X2的每一根曲线作为L系统中的路径曲线产生多根头发曲线，获得当前帧的角色发型。
曲线反向动力学骨骼系统简称曲线IK系统，英文名Spline Ik。
有益效果：
本发明生成的辫子不易变散，理由：利用SplineIK骨骼系统约束辫子中每股头发的NURBS面片，使得股与股头发之间不会散开；利用NURBS面片来约束多根头发，使得多根头发之间不会散开。
本发明生成的发型速度快，理由：对Z来进行辫子整体的动力学模拟，然后 用S和W的动力学解算来制作单缕或单股头发的动力学模拟，从而速度更快，也利于头发作为一缕一缕的单位来运动。
附图说明
图1为本发明的三维动画中角色发型的快速生成方法流程图。
具体实施方式
三维动画制作工具Maya包括：NURBS建模工具、头发Hair模块和笔刷模块PaintEffect、SplineIk骨骼系统和EP曲线。笔刷模块PaintEffect中的头发Hair能够根据一缕头发的发型走向的任意一个曲线快速生成该缕头发的多根头发，提供对头发走势的灵活控制，可以快速方便的创建出各种发型效果。Maya Hair渲染效果好，支持动力学解算，能够使得头发随着动作而动。曲线反向动力学骨骼系统简称曲线IK系统，英文名Spline Ik，编辑点曲线英文名Edit Point Curve，简称EP曲线。
如图1所示，本发明的三维动画中角色发型的快速生成方法，其包括以下步骤：
步骤1，利用NURBS建模模块创建出角色发型中非辫子区域的一缕头发的轮廓，所述一缕头发的轮廓即为NURBS面片或NURBS圆柱，然后从所述NURBS面片或NURBS圆柱上提取沿所述一缕头发走向的任意一个曲线Y，将该曲线Y转化为头发Hair模块中的单根头发S，所述单根头发S具备头发Hair模块的动力学解算能力，能够随着角色运动而动；所述NURBS为non-uniform rational B-Splines即非均匀有理B样条曲线；
步骤2，利用步骤1生成角色发型中非辫子区域的各缕头发在头发Hair模 块中对应的单根头发集合S’；
步骤3，利用NURBS建模模块创建出角色发型中辫子区域的一股头发的轮廓，所述一股头发的轮廓即为NURBS面片或NURBS圆柱，然后从所述NURBS面片或NURBS圆柱上提取沿所述一股头发走向的任意一个曲线Y，将该曲线Y转化为头发Hair模块中的单根头发W；
步骤4，利用步骤3生成角色发型中辫子区域的各股头发在头发Hair模块中对应的单根头发集合W’；
步骤5，在辫子区域的总体形状中线位置从根部到末梢创建头发Hair模块中的单根头发Z，沿Z的曲线创建含有N个骨骼节点的曲线反向动力学骨骼系统(简称曲线IK系统，英文名Spline Ik)，其中N大于等于三，并赋予所述骨骼绑定系统对辫子区域的NURBS面片或NURBS圆柱上各控制点的绑定权重；
步骤6，在当前帧角色运动后，对所述单根头发Z进行动力学模拟，使得确定辫子区域各控制点绑定权重的曲线反向动力学骨骼系统随之变化，从而更新辫子区域的NURBS面片或NURBS圆柱获得辫子整体的动力学模拟；然后进行各缕或股头发的动力学模拟，即对所述单根头发集合S’和所述单根头发集合W’进行动力学解算，分别获得曲线集合X1和曲线集合X2，将所述曲线集合X1和曲线集合X2的每一根曲线作为笔刷模块PaintEffect中的头发生成路径曲线产生多根头发曲线，最后统一将所有的头发曲线转换为头发Hair模块中的头发P，获得当前帧的角色发型；
曲线反向动力学骨骼系统简称曲线IK系统，英文名Spline Ik。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。