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发型设计及效果展示算法的研究

段文慧  
【摘要】: 当前计算机技术迅速发展,计算机动画在娱乐、电影、仿真等领域都有着极其广泛的应用。人物发型和动物的毛发对动画的真实感有着极其重要的影响,吸引了越来越多的研究。虽然头发的模拟非常重要,而且已经有了大量的研究,但是三维发型设计和效果展示现在依然是一个挑战。本文主要内容包括头发建模、发型设计、碰撞检测与碰撞处理、发型渲染等。 本文设计并且实现了一种可支持多种发型的框架,给出了一种改进的渲染方法,加速了发型在复杂灯光条件下渲染,并且能够在图形硬件的支持下获得更快的速度。 本文采用了发线模型来表示头发,使用了流体力学的原理对发型进行造型,模型的结构简单,支持多种发型,并且能够比较精确地进行碰撞检测,能合理地处理碰撞反应。在头发的渲染方面,使用了Kajiya-Kay的经典毛发光照模型对发型进行渲染,同时高效地模拟了头发的自阴影,采用了阴影图(shadow map)技术。本文对常用的渲染方法进行一点修改,将光照分解为并行于X,Y,Z轴方向的三个分量,然后对这三个分量分别进行光照运算,更真实地体现出了毛发的自阴影效果,能大大提高复杂光照条件下的计算效率,并且能够用硬件实现并行计算,可以进一步提高效率。 算法实现是使用了openGL作为开发工具,具有较好的可移植性,算法简洁,效率高,能在普通的硬件配置上,实现高质量的发型设计和渲染输出。


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