[發(fā)明專利]一種基于人體截面環(huán)數(shù)據(jù)的衣物面片三維映射方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310269931.7
• 申請(qǐng)日: 2013-06-28
• 公開（公告）號(hào): CN103325146A
• 公開（公告）日: 2013-09-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 何兵;林曉丹;侯文華
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京航空航天大學(xué)
• 主分類號(hào): G06T17/30
• 分類號(hào): G06T17/30
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責(zé)任公司 11251
• 代理人: 李新華

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種基于人體截面環(huán)數(shù)據(jù)的衣物面片三維映射方法，屬于柔性織物仿真技術(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

虛擬衣物仿真是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)研究領(lǐng)域中一個(gè)重要的研究方向。虛擬衣物仿真是在已知三維人體模型和衣物二維平面網(wǎng)格的前提下，通過(guò)模擬仿真的手段獲得衣物的三維空間網(wǎng)格，保證幾何上衣物與人體表面的三維網(wǎng)格相匹配且無(wú)互相穿透現(xiàn)象，物理上衣物三維空間網(wǎng)格各點(diǎn)所受合力收斂接近零且無(wú)自穿透現(xiàn)象，衣物三維空間網(wǎng)格形態(tài)及褶皺逼真。其涉及的技術(shù)主要包括人體模型數(shù)據(jù)表示和衣物面片的三維映射等。

人體模型數(shù)據(jù)可用不同的組織形式來(lái)表現(xiàn)，包括參數(shù)化曲線、多面體等。參數(shù)化曲線是采用幾何約束來(lái)表達(dá)人體模型的形狀特征，結(jié)合人體工程學(xué)原理，利用人體各部分固有的比例關(guān)系，從人體模型工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)指定的眾多特殊尺寸中提取出起決定性作用的參數(shù)，通過(guò)修改參數(shù)來(lái)得到所需的人體模型；多面體表示是從構(gòu)造多面體開始，對(duì)多面體任意一個(gè)面、邊和基點(diǎn)進(jìn)行局部修改，從而構(gòu)造一個(gè)與實(shí)體外形相似的多面體，拼接成所需的形狀，計(jì)算機(jī)圖形學(xué)中常用三角形來(lái)組織人體。

給虛擬人體穿衣有各種不同技術(shù)。二維穿衣技術(shù)直接把二維衣物面片放在人體模型的正面和背面，然后根據(jù)縫合線來(lái)把面片合并到一起；三維穿衣技術(shù)是一種三維交互式的方法，在人體上可以生成不同形狀的局部衣物面片，用戶可以交互式的操作不同位置的面片使其縫合。

針對(duì)衣物面片的三維映射方法，研究者們提出了不同的方案。Okabe等人提出了一種衣物裁剪片從二維到三維的映射算法,在他們的算法中,衣物裁剪片二維到三維的映射被當(dāng)作純幾何問(wèn)題處理。二維裁剪片被三角劃分并分層映射到三維人體模型上。Wu和Yuen提出了一種用于服裝設(shè)計(jì)的從二維到三維的映射算法。樊勁提出了一種用于服裝設(shè)計(jì)的三維映射算法。該算法基于彈簧質(zhì)點(diǎn)變形模型，衣物裁剪片二維到三維映射及三維到二維映射可以在該模型中得到統(tǒng)一的實(shí)現(xiàn)。在衣物裁剪片二維到三維的映射過(guò)程中，二維裁剪片被放置在人體模型附近的初始位置，在縫合力的作用下，裁剪片自動(dòng)變形并縫合到人體模型上。在衣物裁剪片三維到二維映射的過(guò)程中，三維裁剪片被初始映射到指定的平面內(nèi)，在彈性變形力的作用下，逐步變形并得到最終的二維裁剪片。

以往的衣物面片三維映射方法主要存在以下問(wèn)題：

（1）在人體模型數(shù)據(jù)的表示上，很多方法在表示人體信息方面顯得有冗余，增大三維映射過(guò)程中的計(jì)算量，影響衣物與人體的碰撞檢測(cè)效率。

（2）虛擬人體穿衣技術(shù)上，二維穿衣技術(shù)必須保證縫合線不能穿透人體，衣物模型簡(jiǎn)單并且對(duì)面片的精度沒(méi)有特殊要求，如果仿真復(fù)雜衣物會(huì)比較耗時(shí)；三維穿衣技術(shù)的局限性在于可仿真的衣物種類有限。

（3）對(duì)衣物定位線不進(jìn)行調(diào)整而直接把人體模型正投影的方法只能仿真緊身衣，對(duì)于仿真寬松衣物在人體上是否合身效果不佳。

（4）以往的衣物定位線的展開方法的展開曲面邊界線彎曲程度不高，不能很好地保持原來(lái)空間曲面的性質(zhì)和信息。

（5）衣物面片的三維映射方法上，大多數(shù)算法遇到不同款式的服裝時(shí)會(huì)面臨許多困難，不是一種通用的算法。

針對(duì)以上問(wèn)題，本發(fā)明對(duì)三維人體建模技術(shù)和衣物面片三維映射方法做了進(jìn)一步的研究，一種基于人體截面環(huán)數(shù)據(jù)的衣物面片三維映射方法，其核心內(nèi)容可以總結(jié)為：采用截面環(huán)數(shù)據(jù)來(lái)表示人體；根據(jù)人體截面環(huán)數(shù)據(jù)生成衣物定位線，并對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化；通過(guò)對(duì)衣物定位線的平面展開，從空間距離和空間曲率方面保證展開后的平面保持曲面的原來(lái)特征，采用經(jīng)緯線的方式來(lái)組織二維衣物面片，用展開后的平面數(shù)據(jù)來(lái)完成二維衣物面片向三維空間的映射。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于人體截面環(huán)數(shù)據(jù)的衣物面片三維映射方法，在提高衣物仿真效果的同時(shí)，保證衣物仿真算法的通用性。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案：通過(guò)基于截面環(huán)數(shù)據(jù)的快速索引方法，簡(jiǎn)化人體數(shù)據(jù)組織，提高衣物與人體碰撞檢測(cè)的效率；把衣物定位線平面展開，從空間距離和空間曲率方面保證展開后的平面保持曲面的原來(lái)特征；采用經(jīng)緯線的方式組織二維衣物面片，以便于面片上邊界點(diǎn)和內(nèi)部點(diǎn)的索引，同時(shí)利于三角化繪制和建立物理模型；最后對(duì)二維衣物面片與展開后的衣物定位線進(jìn)行匹配和采用移動(dòng)最小二乘法最終實(shí)現(xiàn)二維衣物面片到三維空間的映射。

該方案實(shí)現(xiàn)的步驟，如圖1所示：

（1）建立三維人體模型，生成人體截面環(huán)狀數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行預(yù)處理；