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Synthétiser le mouvement d'une chevelure pour le jeu vidéo ou pour le prototypage cosmétique virtuel ? Un problème de modélisation difficile, auquel nous avons commencé à apporter des réponses en privilégiant l’alliance des diverses disciplines en jeu : science capillaire, modélisation mécanique, méthodes numériques et informatique graphique.
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2. Structure et mécanique des cheveux
Une bonne compréhension des propriétés mécaniques des cheveux est requise pour la simulation réaliste de la forme et du mouvement d'une chevelure. Aussi nous donnons ici un bref résumé des connaissances acquises sur les cheveux, principalement tirées d'ouvrages de cosmétologie. Pour plus de détails sur les propriétés physiques des cheveux, le lecteur pourra se référer à .
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Cheveu individuel
La fibre capillaire, partie visible (et morte) du cheveu humain, est un tube plein, long et très fin (environ 0,1 mm de diamètre) qui présente une section circulaire ou elliptique. La partie vivante du cheveu, appelée racine ou follicule pileux, est encastrée profondément (4 mm) dans le cuir chevelu et produit les protéines de kératine qui constituent la fibre. Contrairement aux végétaux, la pousse du cheveu s'effectue exclusivement depuis sa base encastrée.
La fibre est entièrement synthétisée par le follicule, ce dernier agissant comme un moule pour déterminer la forme de la section du cheveu lors de sa croissance . La fibre présente ainsi une section quasiment uniforme de la racine à la pointe et croît avec des courbures et torsion naturelles conditionnées en partie par la forme du follicule. Ces paramètres géométriques déterminent la forme du cheveu au repos (lisse, ondulé, bouclé, frisé ou crépu), et varient selon le groupe ethnique d'appartenance : les cheveux africains, crépus et irréguliers, sont caractérisés par une section très ovale, tandis que les cheveux asiatiques, raides et réguliers, ont une section circulaire et épaisse. Les cheveux d'origine européenne représentent quant à eux l'intermédiaire entre ces deux extrêmes et peuvent avoir une forme très variable allant de raide à très frisée.
La structure interne de la fibre est composée de trois couches concentriques : le cœur, appelé canal médullaire ; le cortex, constitué de cellules de kératine qui contribuent à 90 % du poids total de la tige ; et la cuticule, fine enveloppe protectrice recouverte d'écailles. La kératine, matériau très résistant, confère au cheveu des propriétés mécaniques remarquables : la fibre est pratiquement inextensible, et résiste bien au cisaillement. Cependant, à cause de sa section très fine, elle se plie facilement (phénomène de courbure)...
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BIBLIOGRAPHIE
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(1) - AUZOU (M.-C.), MELCHIOR-BONNET (S.) - Les vies du cheveu - Gallimard, 2001.
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(2) - ANJYO (K.), USAMI (Y.), KURIHARA (T.) - « A simple method for extracting the natural beauty of hair » - In Computer Graphics Proceedings (Proceedings of the ACM SIGGRAPH'92 conference), pages 111-120, August 1992.
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(3) - BERTAILS (F.), AUDOLY (B.), CANI (M.-P.), QUERLEUX (B.), LEROY (F.), LEVEQUE (J.-L.) - « Super-helices for predicting the dynamics of natural hair » - In ACM Transactions on Graphics (Proceedings of the ACM SIGGRAPH'06 conference), pages 1180-1187, August 2006.
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(4) - BERTAILS (F.), AUDOLY (B.), QUERLEUX (B.), LEROY (F.), LEVEQUE (J.-L.), CANI (M.-P.) - « Predicting natural hair shapes by solving the statics of flexible rods » - In J. Dingliana and F. Ganovelli, editors, Eurographics'05 (short papers). Eurographics, August 2005. Eurographics'05 (short papers).
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(5) - BANDO (Y.), CHEN (B-Y.), NISHITA (T.) - « Animating hair with loosely connected particles » - Computer Graphics Forum, 22(3) : 411-418, 2003. Proceedings of...
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