Top > Search of Japanese Patents > DEVICE, PROGRAM AND METHOD FOR SIMULATING CLOTHING

# DEVICE, PROGRAM AND METHOD FOR SIMULATING CLOTHING

Patent code P10A015644 QP03015 Aug 31, 2010 P2003-173742 P2005-011027A P4243681 Jun 18, 2003 Jan 13, 2005 Jan 16, 2009 (In Japanese)牧之内 顕文 (In Japanese)尾下 真樹 (In Japanese)国立大学法人九州大学 DEVICE, PROGRAM AND METHOD FOR SIMULATING CLOTHING PROBLEM TO BE SOLVED: To express fine wrinkles that match a force working on the surface of a clothing model, while taking the clothing model and a body model into consideration.SOLUTION: A device for simulating clothing comprises a kinetic simulation means 13 by calculating the motion of the clothing model matching the action of the body model using kinetic simulations; a reference curved face creating means 14 calculating information on the position of each particle of a detailed clothing model and information on the connections among the particles using a subdividing method; a force calculating means 16 for calculating an elastic force working on each particle of the detailed clothing model and for calculating a force in the normal direction working on each particle on the basis of the elastic force calculated and the positions of particles around each particle; a displacement calculating means 17 for calculating the displacement of the peripheral length of each particle of the detailed clothing model; and a curved surface deforming means 18 for calculating information on the position of each particle of the detailed clothing model after deformation on the basis of the force in the normal direction working on each particle, calculated by the force calculating means 16, and the displacement of the peripheral length of each particle calculated by the displacement calculating means 17. (In Japanese)粗い幾何形状モデルから詳細な幾何形状モデルを生成する細分割技術（例えば、非特許文献1参照。）はモデリングなどで広く使われている。これらの技術を適用することによって、動力学シミュレーションを用いて計算された粗い衣服モデルから、滑らかな衣服モデルを生成することができる。しかし、シミュレーションに用いる元のモデルが比較的粗い場合、単純に滑らかな曲面を生成するだけでは衣服の皺などを再現することができないため、衣服に特化した何らかの曲面生成手法が必要になる。近年、動力学シミュレーションと幾何学的な処理を組み合わせることによって高速に衣服シミュレーションを行うことを目標とした手法がいくつか提案されている。例えば、非特許文献2には、予め皺のデータをディスプレイスメントマップとして用意しておき、粗い衣服モデルの圧縮の程度に応じてディスプレイスメントマップを適用することで、衣服の皺を表現する手法が提案されている。本発明者らは、非特許文献3において、粗い衣服モデルから詳細な衣服モデルを生成する際に、粗い衣服モデルの縮んでいる辺上に膨らみを追加する手法を提案している。また、非特許文献4には、粗い衣服モデルのシミュレーション結果に追従するように詳細な衣服モデルの形状を強制的に修正し、その後、弾性力のみを考慮して詳細な衣服モデルの簡易的なシミュレーションを行う手法が提案されている。さらに、非特許文献5には、衣服の袖など体に接している範囲を円柱としてモデル化し、揺れなどをシミュレートする手法が提案されている。ところで、粒子ベースの動力学シミュレーションを計算するための数値積分のための主な解法として、イクスプリシット（Explicit）手法とインプリシット（Implicit）手法の2種類がある。例えば、非特許文献6において提案されているインプリシット手法は、イクスプリシット手法に比べてシミュレーションの刻み幅を大きくできるため高速に計算を行うことができるというメリットがある。また、衣服と身体モデルの衝突判定を高速化するための手法としては、例えば、非特許文献7において提案されている方法が知られている。非特許文献7に記載の手法では、荒い衣服モデルの各粒子に身体モデルを構成する頂点のうち最も近い頂点の情報をそれぞれ持たせている。【非特許文献1】アレックス・ヴラチョス（Alex VLACHOS）、ジョルグ・ピータース（Jorg PETERS）、チャス・ボイド（Chas BOYD）、ジェイソン・エル・ミッチェル（Jason L. MITCHELL）著，“カーヴド・ピーエヌ・トライアングルス（Curved PN Triangles）”，プロシーディングズ・オブ・ザ・2001・エイシーエム・シンポジウム・オン・インタラクティブ・スリーディ・グラフィクス（Proceedings of the 2001 ACM Symposium on Interactive 3D Graphics），（米国），エイシーエム（ACM），2001年，p．159－166【非特許文献2】スニル・ハダップ（Sunil HADAP）、エンドレ・バンゲルテ（Endre BANGERTE）、パスカル・ヴォリーノ（Pascal VOLINO）、ナディア・マグネナト・タルマン（Nadia MAGNENAT-THALMANN）著，“アニメーティング・リンクルズ・オン・クローズ（Animating wrinkles on clothes）”，プロシーディングズ・オブ・アイトリプルイー・ヴィジュアリゼーション’99（Proceedings of IEEE Visualization '99），（米国），アイトリプルイー（IEEE），1999年，p．175－182【非特許文献3】尾下真樹、牧之内顕文著，“リアルタイム・クロス・シミュレーション・ウィズ・スパース・パーティクルズ・アンド・カーブド・フェイシーズ（Real-time cloth simulation with sparse particles and curved faces）”，プロシーディングズ・オブ・コンピュータ・アニメーション2001（Proceedings of Computer Animation 2001），（米国），アイトリプルイー（IEEE），2001年，p．220－227【非特許文献4】ヤン・ミン・カン（Young-Min KANG），ホワン・ギュ・チョ（Hwan-Gue CHO）著，“バイレイヤード・アプロキシメート・インテグレーション・フォー・ラピッド・アンド・プロージブル・アニメーション・オブ・ヴァーチャル・クロス・ウィズ・リアリスティック・リンクルズ（Bilayered approximate integration for rapid and plausible animation of virtual cloth with realistic wrinkles）”，プロシーディングズ・オブ・コンピュータ・アニメーション2002（Proceedings of Computer Animation 2002），（米国），アイトリプルイー（IEEE），2002年，p．203－212【非特許文献5】フレデリック・コーディア（Frederic CORDIER）、ナディア・マグネナト・タルマン（Nadia MAGNENAT-THALMANN）著，“リアルタイム・アニメーション・オブ・ドレスト・ヴァーチャル・ヒューマンズ（Real-time animation of dressed virtual humans）”，コンピュータ・グラフィクス・フォーラム（Computer Graphics Forum），（英国），ユーログラフィクス（Eurographics），2002年，第21巻，第3号，p．327－334【非特許文献6】デイヴィッド・バラフ（David BARAFF）、アンドリュー・ウィットキン（Andrew WITKIN）著，“ラージ・ステップス・イン・クロス・シミュレーション（Large steps in cloth simulation）”，プロシーディングズ・オブ・シググラフ98（Proceedings of SIGGRAPH 98），（米国），エイシーエム（ACM），1998年，p．43－54【非特許文献7】タケオ・イガラシ（Takeo IGARASHI）、ジェイ・エフ・ヒューズ（J. F. HUGHES）著，“クロージング・マニピュレーション（Clothing manipulation）”，プロシーディングズ・オブ・フィフティーンス・アニュアル・シンポジウム・オン・ユーザ・インターフェース・ソフトウェア・アンド・テクノロジー（Proceedings of 15th Annual Symposium on User Interface Software and Technology），（米国），エイシーエム（ACM），2002年，p．91－100 (In Japanese)本発明は、衣服の自然なアニメーションをリアルタイムに生成するための衣服シミュレーション装置、衣服シミュレーションプログラムおよび衣服シミュレーション方法に関する。 (In Japanese)【請求項1】  身体に付けた衣服の動作をシミュレートする衣服シミュレーション装置であって、 前記身体をモデル化した身体モデルの各頂点の位置情報および各頂点の連結情報を記憶する身体モデル記憶手段と、 前記衣服をモデル化した衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を記憶する衣服モデル記憶手段と、 前記身体モデル記憶手段から読み出した身体モデルの各頂点の位置情報および各頂点の連結情報、および前記衣服モデル記憶手段から読み出した衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、身体モデルの動作に応じた衣服モデルの運動を動力学シミュレーションを用いて計算し、計算後の衣服モデルの各粒子の位置情報を前記衣服モデル記憶手段に格納する動力学シミュレーション手段と、 前記衣服モデル記憶手段から読み出した衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、細分割手法により詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を算出し、算出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を詳細衣服モデル記憶手段に記憶する基準曲面生成手段と、 前記詳細衣服モデル記憶手段から読み出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、詳細な衣服モデルの各粒子に働く弾性力を算出し、この算出した弾性力と各粒子の周囲の粒子の位置とから各粒子に働く法線方向の力を算出する力算出手段と、 前記詳細衣服モデル記憶手段から読み出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、詳細な衣服モデルの各粒子に隣接する辺の長さの変位量を算出する変位量算出手段と、 前記力算出手段により算出した各粒子に働く法線方向の力と前記変位量算出手段により算出した各粒子に隣接する辺の長さの変位量とに基づいて、前記詳細衣服モデル記憶手段から読み出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報から前記詳細な衣服モデルの変形後の各粒子の位置情報を算出し、算出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報を前記詳細衣服モデル記憶手段に記憶する曲面変形手段と、 前記詳細衣服モデル記憶手段から読み出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて衣服モデルを描画する描画手段とを備えた衣服シミュレーション装置。【請求項2】 さらに、前記身体モデル記憶手段から読み出した身体モデルの各頂点の位置情報および各頂点の連結情報、および前記詳細衣服モデル記憶手段から読み出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、詳細な衣服モデルの身体モデルへのめり込み回避演算を行い、演算後の各粒子の位置情報を詳細衣服モデル記憶手段に記憶するめり込み回避変形手段を備えた請求項1記載の衣服シミュレーション装置。【請求項3】  身体に付けた衣服の動作をシミュレートする衣服シミュレーション装置としてコンピュータを機能させる衣服シミュレーションプログラムであって、 前記身体をモデル化した身体モデルの各頂点の位置情報および各頂点の連結情報を記憶する身体モデル記憶手段と、 前記衣服をモデル化した衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を記憶する衣服モデル記憶手段と、 前記身体モデル記憶手段から読み出した身体モデルの各頂点の位置情報および各頂点の連結情報、および前記衣服モデル記憶手段から読み出した衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、身体モデルの動作に応じた衣服モデルの運動を動力学シミュレーションを用いて計算し、計算後の衣服モデルの各粒子の位置情報を前記衣服モデル記憶手段に格納する動力学シミュレーション手段と、 前記衣服モデル記憶手段から読み出した衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、細分割手法により詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を算出し、算出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を詳細衣服モデル記憶手段に記憶する基準曲面生成手段と、 前記詳細衣服モデル記憶手段から読み出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、詳細な衣服モデルの各粒子に働く弾性力を算出し、この算出した弾性力と各粒子の周囲の粒子の位置とから各粒子に働く法線方向の力を算出する力算出手段と、 前記詳細衣服モデル記憶手段から読み出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、詳細な衣服モデルの各粒子に隣接する辺の長さの変位量を算出する変位量算出手段と、 前記力算出手段により算出した各粒子に働く法線方向の力と前記変位量算出手段により算出した各粒子に隣接する辺の長さの変位量とに基づいて、前記詳細衣服モデル記憶手段から読み出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報から前記詳細な衣服モデルの変形後の各粒子の位置情報を算出し、算出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報を前記詳細衣服モデル記憶手段に記憶する曲面変形手段と、 前記詳細衣服モデル記憶手段から読み出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて衣服モデルを描画する描画手段としてコンピュータを機能させる衣服シミュレーションプログラム。【請求項4】 さらに前記コンピュータを、前記身体モデル記憶手段から読み出した身体モデルの各頂点の位置情報および各頂点の連結情報、および前記詳細衣服モデル記憶手段から読み出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、詳細な衣服モデルの身体モデルへのめり込み回避演算を行い、演算後の各粒子の位置情報を詳細衣服モデル記憶手段に記憶するめり込み回避変形手段として機能させる請求項3記載の衣服シミュレーションプログラム。【請求項5】  身体に付けた衣服の動作をシミュレートする衣服シミュレーション方法であって、 予め身体をモデル化した身体モデルの各頂点の位置情報および各頂点の連結情報を記憶した身体モデル記憶手段から前記身体モデルの各頂点の位置情報および各頂点の連結情報を読み出すとともに、予め衣服をモデル化した衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を記憶した衣服モデル記憶手段から衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を読み出し、これらの読み出した身体モデルの各頂点の位置情報および各頂点の連結情報、および衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、身体モデルの動作に応じた衣服モデルの運動を動力学シミュレーションを用いて計算し、計算後の衣服モデルの各粒子の位置情報を前記衣服モデル記憶手段に格納する動力学シミュレーションステップと、 前記衣服モデル記憶手段から衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を読み出し、この読み出した衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、細分割手法により詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を算出し、算出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を詳細衣服モデル記憶手段に記憶する基準曲面生成ステップと、 前記詳細衣服モデル記憶手段から詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を読み出し、この読み出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、詳細な衣服モデルの各粒子に働く弾性力を算出し、この算出した弾性力と各粒子の周囲の粒子の位置とから各粒子に働く法線方向の力を算出する力算出ステップと、 前記詳細衣服モデル記憶手段から詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を読み出し、この読み出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、詳細な衣服モデルの各粒子に隣接する辺の長さの変位量を算出する変位量算出ステップと、 前記力算出手段により算出した各粒子に働く法線方向の力と前記変位量算出手段により算出した各粒子に隣接する辺の長さの変位量とに基づいて、前記詳細衣服モデル記憶手段から読み出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報から前記詳細な衣服モデルの変形後の各粒子の位置情報を算出し、算出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報を前記詳細衣服モデル記憶手段に記憶する曲面変形ステップと、 前記詳細衣服モデル記憶手段から詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を読み出し、この読み出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて衣服モデルを描画する描画ステップとを含む衣服シミュレーション方法。【請求項6】  身体に付けた衣服の動作をシミュレートする衣服シミュレーション方法であって、 予め身体をモデル化した身体モデルの各頂点の位置情報および各頂点の連結情報を記憶した身体モデル記憶手段から前記身体モデルの各頂点の位置情報および各頂点の連結情報を読み出すとともに、予め衣服をモデル化した衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を記憶した衣服モデル記憶手段から衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を読み出し、これらの読み出した身体モデルの各頂点の位置情報および各頂点の連結情報、および衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、身体モデルの動作に応じた衣服モデルの運動を動力学シミュレーションを用いて計算し、計算後の衣服モデルの各粒子の位置情報を前記衣服モデル記憶手段に格納する動力学シミュレーションステップと、 前記衣服モデル記憶手段から衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を読み出し、この読み出した衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、細分割手法により詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を算出し、算出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を詳細衣服モデル記憶手段に記憶する基準曲面生成ステップと、 前記身体モデル記憶手段から身体モデルの各頂点の位置情報および各頂点の連結情報を読み出すとともに、前記詳細衣服モデル記憶手段から詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を読み出し、これらの読み出した身体モデルの各頂点の位置情報および各頂点の連結情報、および詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、詳細な衣服モデルの身体モデルへのめり込み回避演算を行い、演算後の各粒子の位置情報を詳細衣服モデル記憶手段に記憶するめり込み回避変形ステップと、 前記詳細衣服モデル記憶手段から詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を読み出し、この読み出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、詳細な衣服モデルの各粒子に働く弾性力を算出し、この算出した弾性力と各粒子の周囲の粒子の位置とから各粒子に働く法線方向の力を算出する力算出ステップと、 前記詳細衣服モデル記憶手段から詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を読み出し、この読み出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて、詳細な衣服モデルの各粒子に隣接する辺の長さの変位量を算出する変位量算出ステップと、 前記力算出手段により算出した各粒子に働く法線方向の力と前記変位量算出手段により算出した各粒子に隣接する辺の長さの変位量とに基づいて、前記詳細衣服モデル記憶手段から読み出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報から前記詳細な衣服モデルの変形後の各粒子の位置情報を算出し、算出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報を前記詳細衣服モデル記憶手段に記憶する曲面変形ステップと、 前記詳細衣服モデル記憶手段から詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報を読み出し、この読み出した詳細な衣服モデルの各粒子の位置情報および各粒子の連結情報に基づいて衣服モデルを描画する描画ステップとを含む衣服シミュレーション方法。 G06T  15/70      Animation effects G06F  17/50      Computer-aided design 5B046AA10 Clothing and make-up 5B046JA04 Simulation 5B046JA07 Analysis 5B050BA08 Formation of animated and simulated images 5B050BA09 Formation of three-dimensional images 5B050BA12 Images of people 5B050EA24 Processing for moving image generation 5B050EA28 Description or generation of curved surfaces and three-dimensional shapes 5B050FA02 Displays (e.g., CRT) 5B056BB03 Differential equations 5B056HH07 Numerical control 5B080AA11 Bezier curved surfaces Registered