Inicjalizacja bez ugięcia dla hybrydowej symulacji włosów opartej na pasmach
Author
Venue
SIGGRAPH 2023
Abstract
Hybrydowe techniki symulacji włosów oparte na pasmach Lagrange'a/Eulera szybko stały się popularnym podejściem w aplikacjach VFX i grafice czasu rzeczywistego. W dynamice włosów Lagrange'a kontakty między włosami są rozwiązywane w siatce Eulera przy użyciu metody continuum, tj. schematu MPM z reologią ziarnistą Druckera-Pragera, aby uniknąć kosztownego wykrywania i obsługi kolizji. Ta nieprecyzyjna obsługa kolizji znacznie ułatwia proces tworzenia. Jednakże, mimo że obecne narzędzia do stylizacji włosów oferują szeroki zakres narzędzi do modelowania opartego na pasmach dla tego podejścia do symulacji, kluczowa funkcja inicjalizacji bez ugięcia jest często pomijana. W związku z tym po rozpoczęciu symulacji grawitacja powodowałaby, że każda artystyczna fryzura opadałaby i deformowała się, przyjmując niezamierzone i niepożądane kształty. W niniejszym artykule proponujemy nowatorską czterostopniową strukturę inicjalizacji bez ugięć w celu rozwiązania stabilnych konfiguracji quasi-statycznych dla hybrydowych systemów dynamiki włosów opartych na pasmach. Te cztery etapy są podzielone na dwie pary globalno-lokalne. Pierwsza z nich zapewnia równowagę statyczną w każdym węźle siatki Eulera z dodatkowymi ograniczeniami nierówności, aby zapobiec wychodzeniu naprężeń poza powierzchnię plastyczną. Następnie wyprowadzamy kilka powiązanych rozwiązań w postaci zamkniętej na etapie lokalnym, aby równolegle obliczyć długości spoczynkowe segmentów, orientacje i gradienty deformacji cząstek. Drugi krok globalno-lokalny rozwiązuje wzdłuż każdego pasma włosów, aby zapewnić, że wszystkie ograniczenia zgięcia i skrętu dają zerowy moment obrotowy netto na każdym segmencie włosów, po czym następuje krok lokalny w celu dostosowania wektorów spoczynkowych Darboux do kwaternionu jednostkowego. Wprowadzamy również istotną modyfikację wektora Darbouxa w celu wyeliminowania niejednoznaczności pozycji spoczynkowej pręta Cosserata zarówno podczas inicjalizacji, jak i symulacji. Oceniamy naszą metodę na szerokiej gamie fryzur, a nasze podejście pozwala uzyskać quasi-statyczne konfiguracje spoczynkowe dla setek pasm włosów w ciągu zaledwie kilku sekund lub minut. Nasze wyniki pokazują, że nasza metoda skutecznie zapobiega opadaniu włosów i ma minimalny wpływ na ruch włosów podczas symulacji.
