Inizializzazione senza cedimenti per la simulazione ibrida dei capelli basata sui filamenti
Author
Venue
SIGGRAPH 2023
Abstract
Le tecniche di simulazione dei capelli basate su ciocche ibride Lagrangiane/Euleriane sono diventate rapidamente un approccio popolare nelle applicazioni VFX e di grafica in tempo reale. Con la dinamica Lagrangiana dei capelli, i contatti tra i capelli vengono risolti nella griglia Euleriana utilizzando il metodo del continuum, ovvero lo schema MPM con la reologia granulare di Drucker-Prager, per evitare costose operazioni di rilevamento e gestione delle collisioni. Questa gestione approssimativa delle collisioni semplifica notevolmente il processo di authoring. Tuttavia, sebbene gli attuali strumenti di hair grooming forniscano un'ampia gamma di strumenti di modellazione basati sui singoli capelli per questo approccio di simulazione, la funzionalità cruciale di inizializzazione senza cedimenti rimane spesso ignorata. Pertanto, all'avvio della simulazione, la gravità causerebbe l'abbassamento di qualsiasi acconciatura artistica, deformandola in forme indesiderate e non volute. Questo articolo propone un nuovo framework di inizializzazione in quattro fasi senza cedimenti per risolvere configurazioni quasi-statiche stabili per sistemi dinamici dei capelli ibridi basati sulle ciocche. Queste quattro fasi sono suddivise in due coppie globale-locale. La prima garantisce l'equilibrio statico in ogni nodo della griglia euleriana con ulteriori vincoli di disuguaglianza per impedire che lo stress esca dalla superficie di snervamento. Deriviamo quindi diverse soluzioni in forma chiusa associate nella fase locale per calcolare in parallelo le lunghezze di riposo dei segmenti, gli orientamenti e i gradienti di deformazione delle particelle. Il secondo passo globale-locale risolve lungo ogni ciocca di capelli per garantire che tutti i vincoli di flessione e torsione producano una coppia netta pari a zero su ogni segmento di capello, seguito da un passo locale per regolare i vettori di Darboux di riposo su un quaternione unitario. Introduciamo inoltre una modifica essenziale per il vettore di Darboux al fine di eliminare l'ambiguità della posizione di riposo dell'asta di Cosserat sia nell'inizializzazione che nella simulazione. Valutiamo il nostro metodo su un'ampia gamma di acconciature e il nostro approccio richiede solo pochi secondi o minuti per ottenere le configurazioni quasi-statiche di riposo per centinaia di ciocche di capelli. I nostri risultati mostrano che il nostro metodo previene con successo l'afflosciamento e ha un impatto minimo sul movimento dei capelli durante la simulazione.
