Khởi tạo không bị chùng cho mô phỏng tóc lai dựa trên sợi
Author
Venue
SIGGRAPH 2023
Abstract
Các kỹ thuật mô phỏng tóc dựa trên sợi kết hợp Lagrange/Euler đã nhanh chóng trở thành phương pháp phổ biến trong các ứng dụng hiệu ứng hình ảnh (VFX) và đồ họa thời gian thực. Với động lực học tóc Lagrange, các tiếp xúc giữa các sợi tóc được giải quyết trên lưới Euler bằng phương pháp liên tục, tức là phương án MPM kết hợp với mô hình rheology Drucker-Prager dạng hạt, nhằm tránh việc phát hiện và xử lý va chạm tốn kém. Cách xử lý va chạm linh hoạt này giúp quá trình tạo nội dung trở nên dễ dàng hơn đáng kể. Tuy nhiên, mặc dù các công cụ tạo kiểu tóc hiện nay cung cấp nhiều công cụ mô hình hóa dựa trên sợi cho phương pháp mô phỏng này, chức năng khởi tạo không bị xệ quan trọng vẫn thường bị bỏ qua. Do đó, khi mô phỏng bắt đầu, trọng lực sẽ khiến bất kỳ kiểu tóc nghệ thuật nào bị chùng xuống và biến dạng thành các hình dạng không mong muốn. Bài báo này đề xuất một khung làm việc khởi tạo không chùng bốn giai đoạn mới để giải quyết các cấu hình bán tĩnh ổn định cho các hệ thống động lực học tóc dựa trên sợi lai. Bốn giai đoạn này được chia thành hai cặp toàn cục-địa phương. Giai đoạn đầu tiên đảm bảo cân bằng tĩnh tại mọi nút lưới Eulerian với các ràng buộc bất đẳng thức bổ sung để ngăn ứng suất thoát ra khỏi bề mặt chịu nén. Sau đó, chúng tôi suy ra một số giải pháp dạng đóng liên quan trong giai đoạn cục bộ để tính toán độ dài nghỉ của đoạn sợi, hướng và gradient biến dạng của hạt song song. Bước toàn cục-cục bộ thứ hai giải quyết dọc theo từng sợi tóc để đảm bảo tất cả các ràng buộc uốn cong và xoắn tạo ra mô-men xoắn ròng bằng không trên mọi đoạn sợi tóc, tiếp theo là một bước cục bộ để điều chỉnh các vectơ Darboux nghỉ thành một quaternion đơn vị. Chúng tôi cũng giới thiệu một sửa đổi thiết yếu cho vectơ Darboux để loại bỏ sự mơ hồ của tư thế nghỉ của thanh Cosserat trong cả quá trình khởi tạo và mô phỏng. Chúng tôi đánh giá phương pháp của mình trên một loạt các kiểu tóc, và phương pháp của chúng tôi chỉ mất vài giây đến vài phút để có được các cấu hình nghỉ gần tĩnh cho hàng trăm sợi tóc. Kết quả của chúng tôi cho thấy phương pháp của chúng tôi thành công trong việc ngăn chặn hiện tượng xệ và có tác động tối thiểu đến chuyển động của tóc trong quá trình mô phỏng.
