一種衣物自碰撞檢測低層裁剪優(yōu)化方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種衣物自碰撞檢測低層裁剪優(yōu)化方法，屬于虛擬衣物仿真技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在衣物動態(tài)仿真過程中，碰撞檢測是最耗時的部分。碰撞檢測過程中，首先需要檢 測出所有發(fā)生碰撞的三角形對，然后對每個三角形對分配基元對進行后續(xù)基本相交測試。 在每個時間步長內(nèi)，需要判斷網(wǎng)格的頂點與三角形、邊與邊之間的碰撞情況，對于N個頂點 的衣物網(wǎng)格，進行自碰撞檢測的時間復(fù)雜度是O (N2)。碰撞檢測成為衣物動態(tài)仿真過程中的 主要瓶頸，為了對自碰撞檢測進行優(yōu)化，研宄者們提出一系列優(yōu)化方法，分為三角形層面的 高層裁剪方法和基元對層面的低層裁剪方法。
[0003] 在以往的研宄工作中，低層裁剪最簡單的方法是，在分配過程中維護兩個數(shù)據(jù)庫， 分別記錄已經(jīng)進行基本相交測試的VF基元對和EE基元對。Hutter和Fuhrmann提出基元 包圍盒的方法，碰撞檢測過程中使用基元層次包圍盒代替三角形層次包圍盒，能夠有效的 裁剪掉不發(fā)生碰撞的基元對。Curtis提出代表三角形機制，通過將每個基元特征惟一的分 配給一個包含它的三角形，消除冗余的基元對。Tang通過建立孤立集對鄰接三角形對的基 元對進行裁剪，鄰接三角形對未被非鄰接三角形對包含的基元對構(gòu)成孤立集中的元素。除 此之外，Tang等人提出過濾器的方法，過濾掉不發(fā)生共面的基元對。通過計算基元對在時 間步長內(nèi)的投影距離進行不共面測試，若基元對不發(fā)生共面，則不會發(fā)生碰撞，可以直接裁 剪掉，無需進行基本相交測試。
[0004] 以往自碰撞檢測低層裁剪方法主要存在以下問題：
[0005] (1)基本低層裁剪方法實現(xiàn)簡單，能夠有效的消除重復(fù)的基元對基本相交測試， 但對每個候選三角形對分配基元對時，需要查詢數(shù)據(jù)庫，時間開銷大，影響自碰撞檢測的效 率。
[0006] (2)基元層次包圍盒方法需要維護多個基元層次包圍盒，影響仿真效率。
[0007] 針對以上問題，本發(fā)明對虛擬衣物仿真技術(shù)和自碰撞檢測低層裁剪方法做了進一 步的研宄，一種基于衣物自碰撞檢測低層裁剪優(yōu)化方法，其核心內(nèi)容可以總結(jié)為：低層裁剪 階段，首先進行基于特征分配的低層裁剪優(yōu)化，通過代表三角形的特征分配機制，裁剪掉冗 余的基元對，在對候選三角形對分配基元對時進行基元包圍盒相交測試，裁剪掉基元包圍 盒不相交的基元對。在此基礎(chǔ)上，進行基于不共面過濾器的低層裁剪優(yōu)化，通過不共面測 試，裁剪掉時間步長內(nèi)不發(fā)生共面的基元對。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種衣物自碰撞檢測低 層裁剪優(yōu)化方法，針對虛擬衣物仿真這一具體應(yīng)用給出一種全新的自碰撞檢測優(yōu)化方法。
[0009] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案：首先進行基于特征分配的低層裁剪優(yōu)化，在此基礎(chǔ)上，進 行基于不共面過濾器的低層裁剪優(yōu)化。
[0010] 該方案實現(xiàn)的步驟：
[0011] (1)進行基于特征分配的低層裁剪優(yōu)化。通過特征分配裁剪掉冗余的基元對，在對 候選三角形對分配基元對時，進行基元包圍盒相交測試，裁剪掉包圍盒不相交的基元對；
[0012] (2)進行基于不共面過濾器的低層裁剪優(yōu)化，通過不共面測試，過濾掉時間步長內(nèi) 不發(fā)生共面的基元對，進一步較少候選基元對的數(shù)量，提高自碰撞檢測的效率；
[0013] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
[0014] 本發(fā)明的低層裁剪優(yōu)化方法能夠有效的裁剪掉了冗余和不發(fā)生碰撞的基元對，減 少了進行后續(xù)基本相交測試的基元對的數(shù)量，提高了自碰撞檢測的效率。
【附圖說明】
[0015] 圖1 一種衣物自碰撞檢測低層裁剪優(yōu)化方法步驟示意圖；
[0016] 圖2基本低層裁剪實驗結(jié)果不意圖；
[0017] 圖3基于特征分配的低層裁剪優(yōu)化結(jié)果示意圖；
[0018] 圖4基于不共面過濾器的低層裁剪優(yōu)化結(jié)果示意圖。
【具體實施方式】
[0019] 下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明進一步詳細說明。
[0020] (1)進行基于特征分配的低層裁剪優(yōu)化。通過特征分配裁剪掉冗余的基元對，在對 候選三角形對分配基元對時，進行基元包圍盒相交測試，裁剪掉包圍盒不相交的基元對；
[0021] 第一步，預(yù)處理階段，對網(wǎng)格進行特征分配。
[0022] 每個三角形的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中增加兩個屬性，分別用來記錄該三角形分配到的特征頂 點和特征邊的數(shù)量。對網(wǎng)格進行特征分配，分配過程使用貪婪算法，依次遍歷每個三角形， 如果該三角形存在未被分配的基元（頂點、邊），則將其分配給該三角形。特征分配過程中， 對每個三角形的頂點列表和邊列表進行重新排序，使得分配到的特征基元位于頂點/邊列 表的前面部分。
[0023] 第二步，碰撞檢測階段，每個時間步長，對高層裁剪得到的候選三角形對，分配進 行后續(xù)基本相交測試的候選基元對。
[0024] 首先判斷候選三角形對是否包含可兼容的特征對，如果至少有一個三角形分配到 一個或多個頂點或者兩個三角形都分配到一條或多條邊，則該三角形對包含可兼容的特征 對，繼續(xù)第二步。如果兩個三角形不包含可兼容的特征對，則跳過該三角形對。
[0025] 第三步，分配候選基元對時，進行基元包圍盒的相交測試。
[0026] 1、三角形A代表的每個頂點與三角形B進行VF基元包圍盒相交測試，若基元包圍 盒相交，則構(gòu)成一個VF候選基元對；
[0027] 2、三角形B代表的每個頂點與三角形A進行VF基元包圍盒相交測試，若基元包圍 盒相交，則構(gòu)成一個VF候選基元對；
[0028] 3、三角形A代表的每個特征邊分別與三角形B代表的每個特征邊進行EE基元包 圍盒的相交測試，若基元包圍盒相交，則構(gòu)成一個EE候選基元對。
[0029] EE基元包圍盒的相交測試，每個時間步長，首先分別構(gòu)建兩條邊的AABB包圍盒， 然后進行AABB包圍盒相交測試即可。VF基元包圍盒相交測試，由于連續(xù)碰撞檢測的每個時 間步長內(nèi)，頂點的軌跡是一條線段，線段的AABB包圍盒緊湊型差，進行包圍盒相交測試的 裁剪效率不高，所以進行VF基元包圍盒相交測試時，直接用線段與三角形包圍盒進行相交 測試。使用分離軸的方法進行線段與包圍盒的相交測試。
[0030] (2)進行基于不共面過濾器的低層裁剪優(yōu)化，通過不共面測試，過濾掉時間步長內(nèi) 不發(fā)生共面的基元對，進一步較少候選基元對的數(shù)量，提高自碰撞檢測的效率。
[0031] 第一步，在碰撞檢測階段，每個時間步長，通過計算基元對的投影距離，對VF基元 對進行不共面測試。設(shè)時間步長[0，1]的起點、終點、任意時刻頂點P位置分別為PpPpP t, 三角形T的三個頂點位置分別為（aQ，bQ，cQ)、（a^ bp C1)、（at，bt，ct)。
[0032] 首先，時間步長歸一化為[0，1]，每個頂點的速度乘以時間步長Λ t ;
[0033] 其次，計算步長內(nèi)三角形法向量的三個控制點rvnp w，計算公式如下：
[0034] n。= (b Q-a。）X (CtTaci)Ii1= (b ^a1) X (Cfa1)
[0035] ; = 丨 2
[0036] ~ aI