[发明专利]弹性物体变形运动的建模方法

说明书

本发明公开了一种弹性物体变形运动的建模方法，该方法包括：采集弹性物体的静态点云和动态点云序列；建立仿真四面体网格模型；驱动仿真四面体网格模型跟踪动态点云序列，得到跟踪变形运动序列；迭代估计弹性物体的材质属性系数和对应的参考形状；每个迭代周期均执行以下操作：获得当前材质属性系数对应的参考形状；根据该系数和参考形状，驱使仿真四面体网格模型从相同的初始形变下变形运动，得到仿真变形运动序列；计算仿真变形运动序列与跟踪变形运动序列的位置偏差；沿着位置偏差减小的方向更新材质属性系数；根据位置偏差最小时的材质属性系数和参考形状，建立弹性物体变形运动模型。通过上述建模方法，可以建立逼真的弹性物体变形运动模型。

技术领域

本发明涉及仿真建模技术领域，特别涉及一种弹性物体变形运动的建模方法。

背景技术

目前，近几十年来，计算机图形学技术得到了长足的发展，其研究成果在影视游戏、虚拟仿真、设计制造等领域都得到了广泛的应用。除了处理精细几何模型和渲染逼真效果，采用恰当物体数学物理模型，生成与控制真实感的运动是一个待继续深入研究的问题。

具有物理真实感的运动生成与控制是影视制作、动画领域不可或缺的重要组成部分。但是传统方法中数学模型的过度简化和参数不准确严重损害了仿真结果的精确性，阻碍了这一技术在实际工业领域的广泛应用。

传统的建模方法主要是：借助力传感设备在物体的不同位置施加强度已知的外力，然后通过位置跟踪设备，获得不同外力条件下稳定时物体的形状变化，最后利用机器学习、概率统计等理论方法建立应力与应变的关系曲线，从而获得被测量对象的数学物理模型进行仿真。然而，应用现有弹性物体运动建模方法所建运动模型不够逼真。

发明内容

本发明实施例提供了一种弹性物体变形运动的建模方法，用以建立逼真的弹性物体变形运动模型，该方法包括：

采集弹性物体的静态点云和变形运动过程中的动态点云序列；

根据静态点云，建立用于仿真弹性物体变形运动的仿真四面体网格模型；

驱动仿真四面体网格模型跟踪动态点云序列，得到仿真四面体网格模型的跟踪变形运动序列；

迭代估计弹性物体的材质属性系数和对应的仿真四面体网格模型的参考形状；每个迭代周期均执行以下操作：获得弹性物体的当前材质属性系数对应的仿真四面体网格模型的参考形状；根据当前弹性物体材质属性系数和对应的仿真四面体网格模型的参考形状，驱使仿真四面体网格模型从相同的初始形变下，仿真弹性物体变形运动，得到仿真四面体网格模型的仿真变形运动序列；计算仿真变形运动序列与跟踪变形运动序列的位置偏差；沿着使得位置偏差减小的方向更新弹性物体的材质属性系数；直到找到位置偏差最小时的材质属性系数和对应的仿真四面体网格模型的参考形状；

根据位置偏差最小时的材质属性系数和对应的仿真四面体网格模型的参考形状，建立弹性物体变形运动模型。

在一个实施例中，根据静态点云，建立用于仿真弹性物体变形运动的仿真四面体网格模型，包括：

根据静态点云，建立弹性物体的静态表面网格模型；

根据静态表面网格模型，建立用于仿真弹性物体变形运动的仿真四面体网格模型；

静态表面网格模型的每个顶点与仿真四面体网格模型的每个四面体空间重心坐标是线性插值关系。

在一个实施例中，驱动仿真四面体网格模型跟踪动态点云序列，得到仿真四面体网格模型的跟踪变形运动序列，包括：

找到弹性物体变形后所有动态点云序列与仿真四面体网格模型的所有节点的最大概率对应关系；

根据最大概率对应关系，向仿真四面体网格模型的每个节点施加虚拟外力，驱使仿真四面体网格模型的每个节点跟踪对应的动态点云序列，得到变形后的仿真四面体网格模型的每个节点的位置；