[發明專利]一種計算機中人體服裝動態仿真實現方法

在審

• 申請號: 201510347177.3
• 申請日: 2015-06-19
• 公開（公告）號: CN104881557A
• 公開（公告）日: 2015-09-02
• 發明（設計）人: 楊若瑜;薛原
• 申請（專利權）人: 南京大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 江蘇圣典律師事務所 32237
• 代理人: 胡建華

技術領域

本發明涉及計算機圖形學技術領域，尤其涉及到計算機服裝仿真技術領域的計算機中人體服裝動態仿真實現方法。

背景技術

虛擬試衣是當今虛擬現實領域的熱點問題，相關技術被應用到諸多領域，如網絡購物、CG電影、3D游戲、三維動畫等。網絡購衣無疑是虛擬試衣應用最重要的領域，這一新興技術為廣大消費者帶來了巨大便利，具有節約成本，節約時間，選擇更加多樣化等優勢。

目前基于物理的仿真方法是動態服裝仿真的主流，因為這種方法可以取得較好的視覺效果，并且能夠滿足試衣系統的實時性要求，另外，較之幾何仿真方法，靈活性較強，更適合動態試穿仿真。然而，隨著用戶對視覺感受需求的提高，試穿仿真不僅需要滿足實時性和一定的真實性，還需要具備多樣性，多樣性包括服裝造型、材質的多樣性和人體體型、動作的多樣性。

在不同體型、動作的人體上試穿，機器學習的方法是當前非常熱門的方法，如文獻1:GUAN,P.,REISS,L.,HIRSHBERG,D.A.,WEISS,A.AND?BLA?CK,M.J.2012.Drape:Dressing?any?person.ACM?Transactions?on?Graphics(TOG)31,35中的方法。該方法的一個關鍵部分就是被稱為DRAPE(DRessing?Any?PErson)的衣服模型，是由通過學習具有特定體型和姿勢人體上的服裝模型得到的。首先把基本物理模擬方法產生的衣物穿在具有不同體型和姿勢的人體訓練集上進行學習；然后由DRAPE產生剛性姿態，姿態無關性是體型變化以及姿態有關的褶皺形變，這里需要利用SCAPE模型來表示不同姿態上不同形狀的人體。給出一個輸入的人體，則按照人體姿勢和體型會產生一個合適的服裝配置。衣服的擬合處理消除了衣服與人體相互滲透而創造出了逼真的動畫，實現多樣化的試穿仿真。實驗結果表明該方法適用于場景中包含很多人體并且每個人體可能體型姿勢各異，在這種情況下可以快速實現穿衣。但由于對每個姿勢都需要訓練，因此更適合靜態展示，不適合于動態模擬。

實現不同服裝材質的方法有兩種，即基于幾何的和基于物理的，文獻2:FENG,W.,YU,Y.,KIM,B.A?deformation?transformer?for?real-time?cloth?animation[C].In:Proceedings?of?Special?Interest?Group?for?Computer?Graphics?and?Interactive?Techniques.Asia:ACM?Press?29,4,Article?108(July?2010)中提出了在實時布料動畫中通過數據驅動模型以實現褶皺效果。具體是使用數據驅動模型將低分辨率低質量的服裝模擬轉換成高分辨率的模擬。衣服模型的動力學特征由低分辨率的基于物理的模擬表示，而衣服表面的高分辨率空間特性(褶皺)由從低維得來的數據驅動模型產生，該數據驅動模型是通過從衣服模型中提取的旋轉不變量來訓練獲得的，因而是獨立于所選取的低分辨率模型的模擬技術。通過低頻布料的單步模擬、變形轉換和碰撞檢測、高頻布料表面重構和渲染實現布料動畫，變形轉換包括兩個非線性映射，分別負責產生中等尺度和精細尺度的形變。該方法由于旋轉不變量獨立于模型，模擬耗時較少，能夠用低分辨率模擬的時間實現高分辨率模擬的效果。不足之處是預處理時間長，另外如果衣服嵌入人體，也會直接影響到最終的實驗結果。

文獻3:WANG,H.,O'BRIEN,J.F.AND?RAMAMOORTHI,R.2011.Data-driven?elastic?models?for?cloth:modeling?and?measurement.ACM?Transactions?on?Graphics(TOG)30,71介紹了一種基于物理的試穿仿真方法，首先文中指出布料具有非線性特征，因此使用分段線性彈簧以近似非線性，其次提出在傳統質點彈簧模型的基礎上增加更多方向的彈簧以更加充分地考慮布料的各向異性特點，同時對不同的彈簧做合理的參數設置以實現材質區分。建模過程中使用了24個拉伸參數和15個彎曲參數。數據庫中包含10種材質的樣本。不同材質的參數數值是通過實際測量材質的物理屬性得到的。這一方法真實性較高，但是由于其耗時較多不適合于較復雜布料，另外，每一種材質都需要測量非常多的參數，因此在一定程度上限制了該方法的擴展性。