Adaptive Echtzeit-Simulation von Stoff und Haaren

Für eine glaubwürdige und realistisch wirkende Animation von virtuellen Charakteren ist die korrekte Simulation von Kleidung und Haaren von großer Bedeutung. Dabei stellt die Berechnung der Bewegungsabläufe in Echtzeit eine besondere Herausforderung dar. Eine Möglichkeit der Beschleunigung ist der Einsatz von adaptiven Strukturen. In dieser Diplomarbeit wurde deren Verwendung im Zusammenhang mit der Simulation von Kleidung und Haaren in Echtzeit untersucht. Dabei wurde ein Überblick über adaptive Strukturen gegeben und verschiedene Möglichkeiten des Level of Detail für Stoff und Haare vorgestellt. Am Beispiel von Haaren wurde gezeigt, wie eine adaptive Simulation in der Praxis aussehen kann und welche Vorteile sie bietet. Als Kontrollstruktur für die Dynamiksimulation wurde ein Masse-Feder-System gewählt. Die Adaption erfolgt zum einen über unterschiedlich aufgelöste Kontrollstrukturen und zum anderen über unterschiedlich feine Geometrien. Die unterschiedlichen Auflösungen werden vorberechnet und in einer hierarchischen Datenstruktur gespeichert. Für das Speichern der Hierarchie wurde eine Quadtree-Datenstruktur verwendet. Zur Laufzeit wird, abhängig von folgenden Kriterien, im Quadtree auf- und abgestiegen. Die Kriterien sind die einwirkende Kraft auf die Haare und der Abstand des Betrachters. Wird eine starke Kraft ausgeübt oder ist der Betrachter sehr nahe an den Haaren wird ein feineres Level of Detail verwendet, indem im Quadtree eine tiefere Ebene gewählt wird. Das Simulationssystem wurde in die VR-Umgebung Avalon integriert. Für das Rendering wurde die OpenGL-basierte API OpenSG verwendet. Die Modelle, die getestet wurden, wurden mit dem Cinema4D-PlugIn HairDepartment erzeugt.