Inicialización sin flacidez para la simulación híbrida del cabello basada en hebras
Author
Venue
SIGGRAPH 2023
Abstract
Las técnicas híbridas de simulación de cabello basadas en hebras de Lagrange/Euler se han convertido rápidamente en un enfoque popular en aplicaciones de efectos visuales (VFX) y gráficos en tiempo real. Con la dinámica del cabello de Lagrange, los contactos entre cabellos se resuelven en la malla de Euler utilizando el método del continuo, es decir, el esquema MPM con la reología granular de Drucker-Prager, para evitar la costosa detección y gestión de colisiones. Esta gestión difusa de las colisiones facilita considerablemente el proceso de creación. Sin embargo, aunque las herramientas actuales de peinado del cabello ofrecen una amplia gama de herramientas de modelado basadas en mechones para este enfoque de simulación, la funcionalidad crucial de la inicialización sin caída suele ignorarse. Por lo tanto, cuando comienza la simulación, la gravedad provocaría que cualquier peinado artístico se cayera y se deformara adoptando formas no deseadas e indeseables. Este artículo propone un novedoso marco de inicialización sin caída en cuatro etapas para resolver configuraciones cuasiestáticas estables para sistemas dinámicos de cabello híbridos basados en mechones. Estas cuatro etapas se dividen en dos pares global-local. La primera garantiza el equilibrio estático en cada nodo de la malla euleriana con restricciones de desigualdad adicionales para evitar que la tensión salga de la superficie de fluencia. A continuación, derivamos varias soluciones de forma cerrada asociadas en la etapa local para calcular en paralelo las longitudes de reposo de los segmentos, las orientaciones y los gradientes de deformación de las partículas. El segundo paso global-local resuelve a lo largo de cada mechón de pelo para garantizar que todas las restricciones de flexión y torsión produzcan un par neto nulo en cada segmento de pelo, seguido de un paso local para ajustar los vectores de Darboux de reposo a un cuaternión unitario. También introducimos una modificación esencial del vector de Darboux para eliminar la ambigüedad de la pose de reposo de la barra de Cosserat tanto en la inicialización como en la simulación. Evaluamos nuestro método en una amplia gama de peinados, y nuestro enfoque solo tarda entre unos segundos y unos minutos en obtener las configuraciones cuasiestáticas de reposo para cientos de mechones de cabello. Nuestros resultados muestran que nuestro método evita con éxito el descuelgue y tiene un impacto mínimo en el movimiento del cabello durante la simulación.
