在构建虚拟人过程中,研究者往往忽略了头发这一因素,真实的头发是让角色看起来逼真的一个重要的组成部分。但是头发数量众多,带了速度瓶颈,还要考虑头发仿真过程中的刚性问题、拉伸变形以及动态效果。以上问题给虚拟人头发的仿真与渲染带来了巨大的挑战。本文在平衡速度与视觉效果的前提下,直接采用dynamic follow-the-leader(DFTL)算法对头发进行快速的仿真。首先提出一种基于高斯核函数的快速插值算法,快速插值出平滑的发丝,增大了头发的密度;然后提出一种简单的卷发模型,采用偏移函数改变发束位置,产生卷发的效果;为了提高动态特性,本文利用ArcBall算法实现鼠标与头部的交互,鼠标控制头部模型旋转并带动头发一起运动;最后提出一种基于数学和物理的风力模型,通过调整风力因子控制风速大小实时地仿真头发受风力驱动的动态效果。头发仿真过程中分别使用Aixe Align Bounding Boxes(AABB包围盒)和包围球来处理头发与头部的碰撞,并利用混合欧拉/拉格朗日算子的方法来处理头发之间的自碰撞。头发动态仿真的实时渲染采用Kajiya-kay和Marschner两种光照模型,并使用deep opacity maps算法产生头发自阴影。在渲染阶段使用几何着色器改变和细化头发几何体,使头发末端更加纤细,并运用贝塞尔曲线在每一个头发段之间插值出3个点,实现头发的平滑处理。基于以上的方法,本文分别在固定管线和可编程管线下建立了一套有良好交互性的动态头发仿真系统。实验结果表明,文中提出的插值算法和风力模型在头发仿真中取得较好的动态效果,并具有良好的实时性。