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Robuste Kollisionserkennung zur Bekleidungssimulation an interaktiv animierbaren Avataren

 
: Freund, Frank
: Fuhrmann, Arnulph

Darmstadt, 2005, 61 S.
Darmstadt, FH, Master Thesis, 2005
Deutsch
Master Thesis
Fraunhofer IGD ()
Collision Detection; collision response; cloth simulation; animation

Abstract
Physikalische basierte Simulationen bietet die Möglichkeit einer virtuellen Anprobe von Bekleidungen um die Passform zu beurteilen. Um eine realistische Einschätzung zu gewährleisten ist vor allem die Vermeidung von Durchdringungen der Szeneobjekte nötig. Die vorliegende Arbeit beschreibt ein Verfahren zur Kollisionserkennung zwischen stark deformierbarem Stoff und einem skelettanimierten Avatar innerhalb einer physikalisch basierten Simulation. Dazu wird das bestehende Verfahren einer Kollisionsbestimmung mittles eines Distanzfeldes erweitert um mit den so entstandenen dynamischen Szenen arbeiten zu können. Dazu werden die Abfragepunkte, welche auf Durchdringungen geprüft werden sollen, entsprechend der aktuellen Pose des Avatars zurückgerechnet in eine Ausgangslage des Skelettes für welche ein Distanzfeld berechnet wurde.
Dazu ist es nötig die Rücktransformation zu bestimmen, welche den Punkt in diese Lage bringt. Um diese zu bestimmten ist es erforderlich jedem Punkt des Raumes einer gewichteten Transformation zuzuweisen. Dazu wird der Raum anhand von Trennebenen, so genannten Seperationplanes, unterteilt, welche die Zugehörigkeit des Teilraumes zu einem Gelenk festlegen. Da sich diese Teilräume überschneiden können, ist diese Zuordnung noch nicht eindeutig. Bei solchen Überschneidungen entscheidet der Abstand zum nächsten Knochen. Das heißt der Punkt wird dem Gelenk zugeordnet, welches den Knochen besitzt der den geringsten Abstand hat. Sollten Punkte nach der Rücktransformation einem anderen Gelenk zugeordnet werden, wurde zur Rücktransformation das falsche Gelenk gewählt. Um dies zu verhindern legt man Zylinder um die Knochen, welche einen maximalen Abstand zum Knochen beschreiben. Liegt ein Abfragepunkt außerhalb dieses Zylinders wird er nicht transformiert. Sein Abstand zum Körper ist ausreichend groß, so das eine Kollision ausgeschlossen werden kann.
Nachdem dem Punkt ein Gelenk zugeordnet wurde, ist zu prüfen ob eine Interpolation mit dem Nachbargelenk nötig ist, um harte Übergänge zu vermeiden. Dazu werden weiter Trennebenen eingeführt. Diese Boneplanes begrenzen den Raum, in dem eine Interpolation mit dem Nachbargelenk nötig ist. Sollte der Punkt in einem Interpolationsbereich liegen, werden seine Gewichte durch die Abstände zu den einzelnen Ebenen bestimmt.
Nachdem die beteiligten Transformationen und Gewichte bekannt sind, kann der Punkt in die Pose transformiert werden, für welche das Distanzfeld erstellt wurde. Anhand des transformierten Punktes kann eine Kollisionsprüfung erfolgen. Sollte eine Überscheidung festgestellt werden, muss die, zur Beantwortung nötige Normale, entsprechend transformiert werden, um dem aktuellen Animationsstand gerecht zu werden. Danach kann der Punkt entsprechend verschoben werden.
Des weiteren wird ein Methode zur interaktiven Animation des Avatars vorgestellt. Dem Anwender wird die Möglichkeit gegeben ein einzelnes Gelenk oder eine kinematische Kette, mittels des CCD-Algorithmus, an einen Zielpunkt anzunähern. Um alle Kollisionen erkennen zu können darf der Endpunkt dabei pro Zeitschritt nur einen bestimmten Weg verschoben werden.
Außerdem befaßt sich die Arbeit mit dem Vorberechnen von Simulationen. Dazu wird ein Verfahren zum Speichern und Einlesen der Simulationsdaten vorgestellt, um Simulation anschließend in Echtzeit darzustellen.

: http://publica.fraunhofer.de/dokumente/N-54315.html