运动捕获数据导引下的服装动画技术

Realistic garment modeling is in ever-increasing demand in both the entertainment and the fashion industries. State-of-the-art technologies are often incapable of meeting some of the demands. Physically based simulation is the most widely used technique, and will remain being the mainstream garment animation tool for quite a while.This proposal first reviews and points out several bottleneck issues that plagued this method, and proposes our solutions to tackle them. These solutions include a DCD based collision repair strategy, and the construction of an anisotropic vector diffusion field to control the bending of the material. Based on our previous work on physical simulation, we will explore a hybrid animation method which combines garment motion capture and physical simulation into one system. First, the garment in motion will be captured and the feature points will be reconstructed from multiple synchronized pictures. The reconstructed geometric information is used as position constraints to guide the simulation of the garment mesh. Compared to other reconstruction based method, our method does not suffer the problem of imcomplete reconstruction due to missing information. On the other hand, collision handling will be less painful for the physical simulation process. How to retarget the synthesized animation data to other garment meshes will also be explored. The highlight of this proposal is the fusion of computer vision techniques and computer graphics techniques, which is hope to lead to a brand new garment animation technique for real production.

影视特效和时装业的虚拟试衣应用对服装动画技术提出了越来越高的要求，但当下的计算机技术却经常不能满足要求。基于物理的仿真是目前普遍采用的方法，且在未来一段时间仍将是主流方法。本项目首先针对该方法中存在的几个突出问题提出了改进方案和解决之道，包括提出了基于DCD的碰撞修复算法以及基于各向异性向量场的弯曲能量模型。以物理仿真为基础，我们首次提出并探索一种全新的基于运动捕获和物理仿真的混合动画生成新方法。新方法将用计算机视觉技术对运动着的服装进行捕获和三维重建，然后用重建的几何信息对服装网格进行带约束的仿真。与已有的服装三维重建工作相比，我们的方案将克服由于捕获信息缺失导致的结构不完整。同时新方案将发挥传统的物理仿真方法的长处，减轻其碰撞处理的压力。如何将该方法合成的动画数据向其他服装网格重定向也是要研究的问题之一。本项目将视觉技术和图形技术有机结合，将探索出一种新的服装动画方法。

影视特效和时装行业对服装建模和动画技术提出了越来越高的要求，但当下的计算机技术却经常不能满足要求。基于物理的仿真是目前普遍采用的方法，但其存在的问题还有很长一段路要走。本项目围绕服装建模与动画生成这个主题，进行了以下四方面的研究。（一）复杂场景下布料的碰撞检测及响应技术。提出了一个统一相交解算器，该框架可用于处理在布料模拟系统中经常出现的两类穿透：即将发生的穿透和已经发生的穿透。（二）布料各向异性的应变极限控制技术。我们针对三角形网格模型，提出了一种合理的各向异性约束方程，保证了材质的各向异性的特性，且具有非常好的收敛速度。（三）服装在人体模型之间的迁移重定向技术。某些虚拟试衣应用要解决的问题是，在不改变衣服模型的尺寸的情况下将其试穿到人体模型上，评估其合身程度。针对这个问题，我们设计了一个框架流程并进行了实现。（四）曲面网格的表达技术。我们提出了一种新的各向同性表面重新网格化算法，该算法能够自动地使网格边按照基本的方向场排列。这种排列是通过最小化一个能量函数实现的，该能量函数结合了质心Voronoi图的能量和由六向旋转对称场施加的惩罚项。在上述四个方面我们取得多项研究成果。总结下来，项目组圆满或超额完成了各项目标，包括论文发表、专利申请以及学生培养。在项目执行期间，项目组投稿16篇论文，已发表或接收论文15篇，另有两篇在审。在已（接收）发表的15篇论文中，国内外重要学术期刊上论文10篇，会议论文5篇，在重要国际会议上做口头报告3次。申请中国发明专利3项，其中一项已获授权。申请软件著作权一项。培养研究生5人。