Sag-vrije initialisatie voor op strengen gebaseerde hybride haarsimulatie
Author
Venue
SIGGRAPH 2023
Abstract
Lagrangiaanse/Euleriaanse hybride, op strengen gebaseerde haarsimulatietechnieken zijn in korte tijd een populaire benadering geworden in VFX- en realtime grafische toepassingen. Bij Lagrangiaanse haardynamica worden de contacten tussen de haren opgelost in het Euleriaanse raster met behulp van de continuümmethode, d.w.z. het MPM-schema met de granulaire Drucker-Prager-reologie, om dure botsingsdetectie en -afhandeling te vermijden. Deze vage botsingsafhandeling maakt het authoringproces aanzienlijk eenvoudiger. Hoewel de huidige tools voor haargrooming een breed scala aan op strengen gebaseerde modelleertools bieden voor deze simulatiemethode, wordt de cruciale functionaliteit voor sag-vrije initialisatie echter vaak genegeerd. Wanneer de simulatie start, zou de zwaartekracht er dus voor zorgen dat elk artistiek kapsel doorhangt en vervormt tot onbedoelde en ongewenste vormen. Dit artikel stelt een nieuw vierfasig sag-vrij initialisatiekader voor om stabiele quasi-statische configuraties op te lossen voor hybride, op haarlokken gebaseerde haardynamische systemen. Deze vier fasen zijn opgesplitst in twee globale-lokale paren. De eerste zorgt voor statisch evenwicht op elk Euler-rasterknooppunt met aanvullende ongelijkheidsbeperkingen om te voorkomen dat spanning het vervormingsoppervlak verlaat. Vervolgens leiden we in de lokale fase verschillende bijbehorende gesloten oplossingen af om de rustlengtes van segmenten, oriëntaties en de vervormingsgradiënten van deeltjes parallel te berekenen. De tweede globaal-lokale stap lost langs elke haarstreng op om ervoor te zorgen dat alle buig- en draaibeperkingen een netto koppel van nul opleveren op elk haarssegment, gevolgd door een lokale stap om de rust-Darboux-vectoren aan te passen aan een eenheidsquaternion. We introduceren ook een essentiële wijziging voor de Darboux-vector om de ambiguïteit van de rustpositie van de Cosserat-staaf zowel bij de initialisatie als bij de simulatie te elimineren. We evalueren onze methode op een breed scala aan kapsels, en onze aanpak kost slechts enkele seconden tot minuten om de quasi-statische rustconfiguraties voor honderden haarstrengen te verkrijgen. Onze resultaten tonen aan dat onze methode met succes doorhangen voorkomt en een minimale impact heeft op de haarbeweging tijdens de simulatie.
