(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211408588.5 (22)申请日 2022.11.11 (71)申请人 四川大学 地址 610065 四川省成 都市一环路南 一段 24号 (72)发明人 付玉嵩　 (74)专利代理 机构 四川力久律师事务所 512 21 专利代理师 任晓扬 (51)Int.Cl. G06T 15/50(2011.01) G06T 17/00(2006.01) G06T 19/20(2011.01) (54)发明名称 一种基于团着色的PBD骨骼驱动软体仿真系 统及方法 (57)摘要 本发明公开了一种基于团着色的PBD骨骼驱 动软体仿真系统及方法， 属于计算机图形与辅助 设计技术领域， 包括： PBD模型烘焙装置、 约束着 色装置、 PBD解算装置、 渲染装置， PBD 模型烘焙装 置、 约束着色装置、 PBD解算装置、 渲染装置依次 通信连接， 实现了基于PBD外加受到局部 ‑全局混 合着色方法加持的高效的GPU并行软体模拟， 就 可以基于物理法则来生成软体效果， 使得原本需 要大量人工绑定才能实现的基于骨骼动画生成 软体形变的这一功能， 能够实现自动化， 并且自 动化的实现产生了比人工绑定更好更自然的软 体模拟效果， 并且大 大降低了 工作量。 权利要求书2页 说明书7页 附图3页 CN 115457189 A 2022.12.09 CN 115457189 A 1.一种基于团着色的PBD骨骼驱动软体仿真系统， 包括： PBD模型烘焙装置、 PBD解算装 置、 渲染装置， 其特征在于， 所述PBD骨骼驱动软体仿 真系统还包括： 约束着色装置， 所述PBD 模型烘焙装置、 所述约束着色装置、 所述PBD解 算装置、 所述 渲染装置依次通信连接； 所述PBD模型烘焙装置用于将带有骨骼信息的三维模型转换为PBD软体模型； 所述PBD软体模型包括： 各个约束， 各个约束的顶点索引以及各个约束的刚度值， 所述 约束包括： 距离约束、 四面体约束和形状匹配约束； 所述约束着色装置用于给 各个约束采用局部 ‑全局混合着色方法进行分组； 所述PBD解 算装置用于按照着色 分组的结果分批并行求 解所述PBD软体模型； 所述渲染装置用于渲染每一帧的画面。 2.根据权利要求1所述的一种基于团着色的PBD骨骼驱动软体仿真系统， 其特征在于， 所述PBD模型烘焙装置包括： 实体体素化装置： 用于将所述三维模型包裹的空间使用离散的体素填满， 并且将体素 作为粒子数据写入磁 盘； PBD约束生成装置： 用于将所述体素数据转化为粒子， 并根据空间位置关系和用户输入 的刚度参数分别连接为距离约束、 四面体约束、 形状匹配约束， 并且将所述距离约束、 所述 四面体约束和所述形状匹配约束存 入磁盘； 骨骼绑定装置： 用于将部分靠近骨骼的粒子使用所述距离约束绑定在对应骨骼的对应 位置， 同时将相应的所述距离约束的数据存 入磁盘。 3.根据权利要求1所述的一种基于团着色的PBD骨骼驱动软体仿真系统， 其特征在于， 所述约束着色装置包括： 约束加权无向图生成装置： 用于从当前的各个约束中抽象出图结构， 并用于描述每个 约束与其对应的约束之间的依赖关系， 并输出加权无向图： 团结构搜索装置： 用于采用贪心算算法和剪枝算法搜索出加权无向图中所有的团结 构； 局部着色装置： 用于对顶点数 大于等于阈值的团结构进行着色； 全局着色装置： 用于对未被着色的约束和团结构边 缘的约束 进行着色。 4.根据权利要求2所述的一种基于团着色的PBD骨骼驱动软体仿真系统， 其特征在于， 所述PBD解 算装置包括： PBD软体模型 数据加载装置： 用于将磁 盘中的所述PBD软体模型加载到内存或显存中； 约束求解装置： 用于在同一组内并行的根据当前粒子的位置求解出各个约束在各个粒 子上的梯度； 雅可比线性系统解算装置： 用于使用雅可比方式将所述梯度以约束为单位收集到粒子 上， 更新粒子位置； 惯性项解 算装置： 用于缓存粒子当前的位置， 并更新粒子的速度。 5.根据权利要求4所述的一种基于团着色的PBD骨骼驱动软体仿真系统， 其特征在于， 所述渲染装置包括： 自动蒙皮装置： 用于根据粒子的位置自动计算出粒子与三维模型的顶点间的蒙皮信 息； 交互装置： 用于使用鼠标和键盘控制 相机在场景中漫游；权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115457189 A 2角色渲染装置： 用于使用物理模拟的粒子位置根据所述蒙皮信息更新粒子的位置， 并 渲染所述 三维模型和所述PBD软体模型中的粒子 。 6.一种根据权利要求1 ‑5任一所述的基于团着色的PBD骨骼驱动软体仿真系统的基于 团着色的PBD骨骼驱动软体仿真方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1： 获取模型 数据， 对所述模型 数据进行实体 体素化后生成分层的PBD软体模型； S2： 从所述PBD软体模型中抽象出加权无向图， 搜索所述加权无向图中的所有的团结 构， 同时计算所述团结构中的顶点数量， 并按降序排列； S3： 使用局部 ‑全局混合着色方法对所述团结构按照降序进行局部 ‑全局着色， 并输出 着色的结果； S4： 根据所述着色的结果 来进行分组， 同时循环并行计算， 并更新网格定点 位。 7.根据权利要求6所述的一种基于团着色的PBD骨骼驱动软体仿真方法， 其特征在于， 所述步骤S2中的所述加权无向图为描述所述PBD软体模型中各个约束间依赖关系的图结 构， 包含若干个顶 点和若干条边， 其中每个所述顶点代表一个约束， 每条边代表其连接的两 个所述顶点间存在的粒子 。 8.根据权利要求6所述的一种基于团着色的PBD骨骼驱动软体仿真方法， 其特征在于， 所述步骤S2中的搜索所述加权无向图中的所有的团结构包括： 采用贪心算算法和剪枝算 法， 搜索出 所有的团结构。 9.根据权利要求6所述的一种基于团着色的PBD骨骼驱动软体仿真方法， 其特征在于， 所述步骤S3中使用局部 ‑全局混合着色方法对所述 团结构按照降序进行局部 ‑全局着色包 括以下步骤： S31： 挑选出 所有的尺寸大于等于预设的阈值的团结构； S32： 局部着色： 从筛选出来的团结构中， 按照从大到小的顺序， 依次将其包含的约束采 用边权重优先的策略进行着色； S33： 全局着色： 将剩余的约束和团结构边 缘的约束 使用边权 重优先的策略再次着色。 10.根据权利要求9所述的一种基于团着色的PBD骨骼驱动软体仿真方法， 其特征在于， 所述步骤S4包括： 将相同颜色的所述约束归为一组， 并且各个组之间依次按照顺序采用GPU 进行并行解 算。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115457189 A 3