Natural GPU-friendly dynamic animation of human hair

Abstract

Přirozený vzhled vlasů je jedním z klíčových aspektů realističnosti virtuálních lidských postav, protože obličej a hlava přirozeně přitahují lidský pohled. V po- hyblivých scénách je realistické chování vlasů důležité stejně jako vzhled. Pro ani- maci vlasů se často používají fyzikální principy a dynamická simulace, protože jiné tradiční metody animace-jako animace pomocí kostry nebo snímání pohybu- se na vlasy aplikují obtížně. Dynamická animace vlasů je otevřený problém bez známého nejlepšího řešení. Důvodem jsou velmi specifické mechanické vlastnosti vlasů spolu s tím, jak velké množství vlasů se na hlavě nachází. Realistická a přitom rychlá animace vlasů je proto náročný úkol. V této práci se zaměřujeme na metody dynamické animace vlasů, které mohou pracovat v reálém čase nebo alespoň interaktivně a při tom si zachovat fyzikální věrnost. Na základě výzkumu a analýzy vlastností vlasů z oblasti kosmetického průmyslu jsme navrhli novou metodu dynamické animace vlasů, která poskytuje realističtější výsledky než obdobné existující metody a přitom nabízí lepší výkon i stabilitu. Naši metodu jsme aplikovali na dva různé přístupy k animaci vlasů, abychom dokázali její nezávislost...

Natural-looking hair is a key component for presenting believable virtual hu- mans, because the head and face form natural focal points of the human figure. In non-static scenes, hair behaviour is just as important as its looks. Principles of physics and dynamic simulation are often used for animating hair, because other traditional animation approaches-such as skeletal animation or motion capture-are difficult to apply to hair. Dynamic animation of hair is still an open problem without a known best solution, because hair has quite specific mechanical properties which, combined with the high number of hairs typically comprising a hairstyle, make realistic and efficient simulation challenging. In this work, we focus on dynamic hair animation methods capable of provid- ing real-time or interactive performance while staying physically plausible. Basing on research and analysis of hair properties from the cosmetic industry, we have devised a novel hair animation method which provides more realistic results than existing comparable methods while at the same time offering better performance and stability. We have applied this method to two different approaches to hair animation in order to prove its independence on any particular representation of hair. In one of these approaches, our method allows us to replace an...