三维互联网应用中的服饰实时动画关键技术研究

As the rapid development of 3D Internet Applications, more and more demands on clothing animation in the network environment are raised. The existing clothing animation techniques are difficult to meet the requirements of the real-time interaction. This project will research on the key techniques of real-time clothing animation, which is based on the 3D Internet Applications, aiming to getting real-time and realistic clothing animation. A physical-geometrical hybrid model is established, in which the rigid constraints are used to improve the physical model's expression ability and geometric model based on the constraints of feature transfer function are constructed on the sparse grid. Approximate inverse pre-conditioner and the kinetic equation decomposition are constructed to achieve fast and stable parallel solution in calculation of hybrid model. Then the expression of point cluster structure is established to achieve fast collision detection and rational collision response under different conditions. In 3D Internet Applications, the Server-Client hybrid rendering architecture is presented and on this basis, parallel processing scheme for clothing animation algorithm is developed to enhance real-time of the synchronizating animation in network environment. The research results of this project will provide new theories and methods for the generation of clothing animation in 3D Internet Applications and of great significance to the fundamental theories and techniques upgrading in computer graphics and virtual reality fields.

随着三维互联网应用的迅速发展，网络环境下服饰动画的需求越来越多，现有的服饰动画技术难以满足其实时交互的要求。本项目以三维互联网应用为背景，以服饰动画的交互实时性和真实感为目标，研究服饰动画的关键技术，提出基于稀疏网格的物理-几何混合模型。通过建立刚性约束提高物理模型的表达能力，同时在稀疏网格上建立基于特征传递函数约束的几何模型，提高服饰动画的计算速度；在混合模型的计算方面，构造近似逆预条件子并将动力学方程分解，实现快速、稳定的并行求解；建立不同条件下的点簇结构表示，实现快速的碰撞检测与合理的碰撞响应。在三维互联网应用方面，提出服务器-客户端混合渲染的方式，并在此基础上部署服饰动画算法的并行处理方案，增强网络环境下服饰动画同步更新的实时性。本项目研究不仅为三维互联网应用中服饰动画的生成提供新的理论和方法，还对计算机图形学、虚拟现实等领域基础理论和技术提升具有重要意义。

随着三维互联网应用的迅速发展，网络环境下布料动画的需求越来越多，现有的布料动画技术难以满足其实时交互的要求。本项目以三维互联网应用为背景，以布料动画的交互实时性和真实感为目标，研究服饰动画的关键技术，提出基于稀疏网格的物理-几何混合模型。对布料进行合理的区域划分，提高模型表达能力和服饰动画的计算速度；在混合模型的计算方面，增加了碰撞检测的预处理阶段，实现快速、稳定的求解；建立不同条件下的点簇结构表示，实现快速的碰撞检测与合理的碰撞响应。提出了基于拉伸张量的质点排序算法，区域预处理的AABB层次包围盒方法，网格自适应算法及混合碰撞检测算法等，还对虚拟人语言伴随性手势动画合成问题进行了研究，提出了基于运动基元关键帧插值的手势动画合成算法。取得以下主要成果：.--通过拉伸张量来表征质点的拉伸程度，并以此提出的基于拉伸张量的质点排序算法能够解决质点—弹簧模型“超弹性形变”现象。.--根据区域的不同采取不同的处理方式能够有效减少计算量提高效率，提出区域预处理的AABB层次包围盒方法，通过优化的AABB层次包围盒树加速碰撞检测计算。.--采取动态的网格策略能够有效减少冗余计算，能在保证仿真实时性的基础上提高实时性，提出了自适应的网格细分与粗化算法，根据布料褶皱情况决定网格数量，有效减少了渲染计算量。.--在布料碰撞检测方面，增加了碰撞检测的预处理阶段，有效减少了碰撞检测的运行处理时间。.--研究了如何将布料进行合理的区域划分，根据布料与物体结合的距离划分为三类区域，即物理区、几何区和弱物理区。然后对不同区域进行不同的仿真方法。.--项目还研究了语言伴随手势，提出了基于运动基元关键帧插值的手势动画合成方法，通过关键帧标注方式对运动基元结构化描述，实现了合成过程中运动细节保持和运动平滑。.本项目研究不仅为三维互联网应用中布料动画、手势动画提供新的理论和方法，还对计算机图形学、虚拟现实等领域基础理论和技术提升具有重要意义。