CN105513135A - 一种三维服装纸样的空间位置自动设置方法 - Google Patents

Abstract

一种三维服装纸样的空间位置自动设置方法，读入一个三维人体模型；生成三维人体模型的特征点和特征线，并识别人体的各个部位；自动生成三维人体模型各个部位的空间包围圆锥面；生成三维人体模型的二维人体轮廓线，包括左右前后四个面的轮廓线；读入二维服装纸样；设置二维服装纸样的缝合信息，并将二维服装纸样进行三角网格化；将二维服装纸样移到步骤4)所述二维人体轮廓线周围的位置；计算二维服装纸样相关的人体部位；将二维服装纸样映射到三维人体模型各个部位的空间包围圆锥面上，获得服装纸样在人体模型周围的空间位置。该方法具有速度快、自动化程度高、操作简单的特点。

Description

一种三维服装纸样的空间位置自动设置方法

技术领域

本发明涉及一种三维服装模拟方法，特别涉及一种三维服装纸样的空间位置自动设置方法。

背景技术

三维服装模拟在计算机动画、服装CAD和虚拟试衣等方面有广泛的应用。真实感的三维服装模拟一方面可供服装设计师评价服装的设计效果，另一方面使消费者无需试穿即可了解着装效果。三维服装模拟技术通过模拟服装的制作过程减少服装的设计时间，大大缩短服装的设计周期。随着服装电子商务的发展，网上虚拟试衣技术的出现成为必然。它可将用户选中的衣服在虚拟模特身上进行试穿，实现远程的虚拟试衣，从而提高用户体验，降低服装的退货率，增加服装的销售量。

三维服装模拟的流程一般是这样的：首先，读入一个三维的人体模型与二维的服装纸样，然后交互地设置纸样的缝合信息，再将二维服装纸样放置到三维人体的周围，最后，采用基于物理模型的方法进行服装纸样的缝合模拟，形成三维服装模型。其中，二维服装纸样在人体周围空间位置的设置是三维服装模拟的重要步骤之一，它影响到服装模拟的速度和质量。目前，在大多数的服装模拟***中，纸样空间设置方法通过交互的方法逐一将二维服装纸样放置到三维人体的周围。例如，文献(陈青青，采用交互式缝合设置的三维服装模拟技术，计算机***应用，2013年第22卷第4期)就采用交互的方法。这种手工交互的方式，存在操作复杂、不直观和速度慢的缺点。一些***采用半自动的设置方法，例如，文献TungLeThanh,AndréGagalowicz，VirtualGarmentPre-positioning，ComputerAnalysisofImagesandPatterns，LectureNotesinComputerScience，Volume3691,2005(TungLeThanh,AndréGagalowicz，虚拟服装的位置预处理，计算机图像与模式分析，计算机科学讲义丛书，3691卷，2005)中采用基于小塑像(Figurine)的方法，将二维服装纸样映射到小塑像上实现二维服装纸样的空间位置放置。该方法的不足之处在于难以准确地设置纸样在空间中的位置。为了解决该问题，本发明提出一种三维服装纸样的空间位置自动设置方法，利用二维服装纸样与三维人体的轮廓线与特征线相对位置的关系，实现智能、准确、便捷的三维纸样空间放置，从而提高三维服装模拟的速度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种用于三维服装纸样的空间位置自动设置方法法，将服装二维服装纸样快速、准确地摆放在三维人体周围，以便进行三维服装的缝合模拟。

为解决该技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种三维服装纸样的空间位置自动设置方法，其特征在于包括下列步骤：

1)读入一个三维人体模型；

2)生成三维人体模型的特征点和特征线，并识别人体的各个部位；

3)自动生成三维人体模型各个部位的空间包围圆锥面；

4)生成三维人体模型的二维人体轮廓线，包括左右前后四个面的轮廓线；

5)读入二维服装纸样；

6)设置二维服装纸样的缝合信息，并将二维服装纸样进行三角网格化；

7)将二维服装纸样移到步骤4)所述二维人体轮廓线周围的合适位置；

8)计算二维服装纸样相关的人体部位；

9)将二维服装纸样映射到三维人体模型各个部位的空间包围圆锥面上，获得服装纸样在人体模型周围的空间位置。

在步骤1中，三维人体模型可用三角形网格曲面或四边形网格曲面表示。三维人体模型可以是全身的人体模型，也可以是用于服装立体裁剪的2/3或半身人体模特的数值化模型。

在步骤2中，人体模型的特征点包括颈、肩、肘、手、胸、腰、臀、裆、膝盖、脚踝等。对于不同类型的三维人体模型，其特征点也有所不同。特征点的确定可采用两种方法。一种是交互的方法，即通过鼠标在三维人体模型上点击确定人体特征点的位置；另一种方法是自动识别法，即通过三维人体模型的特征自动识别特征点。根据人体的特征点，可以将人体分为不同的部位，包括头、颈、上身、手和腿等。特征点和人体部位的识别采用文章FradinhoOliveira,DongliangZhang,BernhardSpanlang,AnimatingScannedHumanModels，JournalofWSCG2003(FradinhoOliveira,DongliangZhang,BernhardSpanlang，扫描人体的动画，WSCG杂志，2003)中的方法。获得人体的特征点后，生成人体的特征线。特征线一般是经过人体的特征点。特征线包括中心线、颈线、胸围线，腰围线和臀围线等。

在步骤3中，生成人体各部位的包围圆锥面是为了在设置服装纸样的空间位置时，服装纸样能更贴近人体模型的周围，以提高三维服装缝合模拟的速度，并改善服装缝合的质量。生成包围圆锥面的人体部位包括颈部、上身、手臂和腿，它们通常为服装包裹的部分。生成包围圆锥面时，根据身体各部位的大小，沿身体部位的主轴方向，计算出包裹该部位的最小圆锥面，并将它设置为该部位的包围圆锥面。为了在三维空间中显示圆锥面，圆锥面采用三维网格表示。有时为了简化圆锥面，一些身体部位的包围圆锥面也可用圆柱面表示。

在步骤4中，二维人体轮廓线包括正面、后面、左面和右面的轮廓线。人体的轮廓线采用截面切割的方法获得。具体方法是，从头顶到脚底依次用间隔很小的平面切割三维人体模型的各个部位，得到平面与人体的相交截面，然后计算截面的前后左右的极值点坐标，最后，将所有截面的极值点连接，投影到二维平面中，获得二维的人体轮廓线。显示人体的二维轮廓线时，将左面、正面、右面、后面的轮廓线依次按一定间隔显示在二维平面中。

在步骤5中，二维服装纸样的边界是由直线与曲线组成的，二维服装纸样可以通过二维设计的方法直接设计得到，也可以是通过三维曲面展开的方法设计得到。曲面展开的方法参见发明专利(授权号：20110312749.6一种基于立体裁剪的三维服装造型与纸样设计方法)中的方法。

在步骤6中，二维服装纸样的缝合信息用于标明纸样的哪些边界是缝合在一起的。这样，在三维服装缝合时，分离的纸样将被缝合到一起成为三维的服装。边界的缝合信息设置可用交互的方法实现。设置缝合信息后，需要对二维服装纸样进行三角网格化，使二维服装纸样变成二维网格面。其目的是为了使二维服装纸样缝合后，形成三维的服装曲面。二维服装纸样三角网格化的方法参见文章Triangle:Atwo-dimensionalqualitymeshgeneratorandDelauneytriangulator.JonathanRichardShewchuk,UniversityofCaliforniaofBerkeley(三角形：一个高质量的二维网格生成器和Delauney三角化生成器，JonathanRichardShewchuk，加州大学伯克利分校)中的方法。该方法将多边形变为网格均匀的三角网格。该方法在Delauney算法的基础上增加几何约束(如角度、面积和边长)的方法，使得三角化后的网格均匀。

在步骤7中，在二维平面中，用鼠标等交互工具将二维服装纸样移到二维人体轮廓线周围的合适位置，其目的是用三维人体模型在二维平面上的投影轮廓线代替三维人体模型确定二维服装纸样在三维人体上的相对位置。例如，袖子是穿着手臂上的，因此，在移动袖子纸样的时候，需要将它放置到手臂轮廓线附近。

在步骤8中，二维服装纸样相关的人体部位是通过二维服装纸样与二维人体轮廓线的相对位置计算出来的。根据二维服装纸样的位置，可以判断二维服装纸样落在哪个视图的轮廓线上，然后计算二维服装纸样与人体特征线和轮廓线的相对位置，判断二维服装纸样落在人体的哪个部位上。

在步骤9中，二维服装纸样网格映射到人体模型各个部位的空间包围圆锥面上，获得三维服装纸样在人体模型周围的空间位置。我们采用文章ClemensGroβ,ArnulphFuhrmann,VolkerLuckas,Automaticpre-positioningofvirtualclothing,Proceedingsofthe19thspringconferenceonComputergraphic,2003(ClemensGroβ,ArnulphFuhrmann,VolkerLuckas，虚拟服装的预定位，19届计算机图形学春季会议论文集，2003)中的方法将二维服装纸样映射到人体部位的空间包围圆锥面上。采用该方法时，先将包围圆锥面曲面展开为平面网格，然后将展开的圆锥面网格放到二维平面中人体部位对应的位置，接着判断二维服装纸样网格的顶点落在哪个二维圆锥面网格的三角形内，最后计算网格顶点的重心坐标。根据重心坐标，就可以将二维服装纸样映射到空间包围圆锥面上，从而实现二维服装纸样网格在三维人体周围空间的放置。

采用上述技术方案，设计师只要将二维服装纸样放置到二维人体轮廓线附近，就能自动计算出二维服装纸样在三维人体周围的空间位置，用于进一步的三维服装缝合模拟。

该发明可以应用于服装设计领域，可以提高三维服装设计的效率和质量。相对手工交互或半自动的方法，该方法放置纸样的速度快，位置的准确度好高，自动化程度高；另外，该方法操作方便，设计师只要在二维平面中移动纸样的位置就可以设置二维服装纸样在三维空间的位置。采用该技术方案降低了三维服装设计操作的复杂度，可以被一般的服装设计师普遍使用。

附图说明

图1：本发明总体流程图

图2：三维人体模型及其特征线

图3：三维人体模型各个部位的空间包围圆锥面

图4：三维人体模型的二维人体轮廓线

图5：二维服装纸样

图6：二维服装纸样的缝合关系图

图7：二维服装纸样的三角网格化

图8：二维服装纸样与人体轮廓线的位置对应关系

图9：三维服装纸样自动摆放在人体模型周围的空间位置

图10：缝合后的三维服装模型

具体实施方式

本实施例涉及一种三维服装纸样的空间位置自动设置方法，它的总体步骤参见图1。

步骤1：在计算机中读入一个三维人体模型。三维人体模型可用三角形网格曲面或四边形网格曲面表示。图2显示的是一个用于服装设计的全身人体模型。该专利涉及的三维人体不仅包括全身人体，还包括各种用于服装立体裁剪的2/3身或半身的人体模型。

步骤2：生成三维人体模型的特征点和特征线，并识别人体的各个部位。人体模型的特征点包括颈、肩、肘、手、胸、腰、臀、裆、膝盖、脚踝等。对于不同类型的三维人体模型，其特征点也有所不同。特征点的确定可采用两种方法。一种是交互的方法，即通过鼠标在三维人体模型上点击确定人体特征点的位置；另一种方法是自动识别法，即通过三维人体模型的特征自动识别特征点。根据人体的特征点，可以将人体分为不同的部位，包括头、颈、上身、手和腿等。特征点和人体部位的识别采用文章FradinhoOliveira,DongliangZhang,BernhardSpanlang,AnimatingScannedHumanModels，JournalofWSCG2003(FradinhoOliveira,DongliangZhang,BernhardSpanlang，扫描人体的动画，WSCG杂志，2003)中的方法。获得人体的特征点后，生成人体的特征线。特征线包括中心线、颈线、胸围线，腰围线和臀围线等，如图2所示。

步骤3：自动生成三维人体模型各个部位的空间包围圆锥面。如图3所示，生成包围圆锥面的人体部位包括颈部、上身、手臂和腿。生成包围圆锥面时，根据身体各部位的大小，沿身体部位的主轴方向，计算出包裹该部位的最小圆锥面，并将它设置为该部位的包围圆锥面。为了在三维空间中显示圆锥面，圆锥面采用三维网格表示。有时为了简化圆锥面，一些身体部位的包围圆锥面也可用圆柱面表示。

步骤4：生成三维人体模型的二维人体轮廓线，包括左右前后四个面的轮廓线，见图4。二维人体轮廓线包括正面、后面、左面和右面的轮廓线。人体的轮廓线采用截面的方法获得。具体方法是，从头顶到脚底依次用间隔很小的平面切割三维人体模型的各个部位，得到平面与人体的相交截面，然后计算截面的前后左右的极值点坐标，最后，将所有截面的极值点连接，投影到二维平面中，获得二维的人体轮廓线。显示人体的二维轮廓线时，将左面、正面、右面、后面的轮廓线依次按一定间隔显示在二维平面中。

步骤5：读入二维服装纸样。二维服装纸样的边界是由直线与曲线组成的，如图5所示。二维服装纸样可以通过二维设计的方法直接设计得到，也可以是通过三维曲面展开的方法设计得到。曲面展开的方法采用发明专利：一种基于立体裁剪的三维服装造型与纸样设计方法，2011年，专利受理号：20110312749.6中的方法。

步骤6：设置二维服装纸样的缝合信息，并将二维服装纸样进行三角网格化。如图6所示，二维服装纸样的缝合信息用于标明纸样的哪些边界是缝合在一起的。纸样的缝合信息设置用交互的方法实现。设置缝合信息后，对二维服装纸样进行三角网格化，使二维服装纸样变成二维网格面，如图7所示。其目的是为了使二维服装纸样缝合后，形成三维的服装曲面。二维服装纸样三角网格化的方法参见文章Triangle:Atwo-dimensionalqualitymeshgeneratorandDelauneytriangulator.JonathanRichardShewchuk,UniversityofCaliforniaofBerkeley(三角形：一个高质量的二维网格生成器和Delauney三角化生成器，JonathanRichardShewchuk，加州大学伯克利分校)中的方法。

步骤7：将二维服装纸样移到二维人体轮廓线周围的合适位置，如图8所示。在二维平面中，用鼠标等交互工具将二维服装纸样移到二维人体轮廓线周围的合适位置，其目的是用三维人体模型在二维平面上的投影轮廓线代替三维人体模型确定二维服装纸样在三维人体上的相对位置。例如，袖子是穿着手臂上的，因此在移动袖子纸样的时候，需要将它放置到手臂轮廓线附近。

步骤8：计算二维服装纸样相关的人体部位。二维服装纸样相关的人体部位是通过二维服装纸样与二维人体轮廓线的相对位置计算出来的。根据二维服装纸样的位置，可以判断二维服装纸样落在哪个视图的轮廓线上，然后计算二维服装纸样与人体特征线和轮廓线的相对位置，判断二维服装纸样落在人体的哪个部位上。

步骤9：将二维服装纸样映射到三维人体模型各个部位的空间包围圆锥面上，获得服装纸样在人体模型周围的空间位置，如图9。采用文章ClemensGroβ,ArnulphFuhrmann,VolkerLuckas,Automaticpre-positioningofvirtualclothing,Proceedingsofthe19thspringconferenceonComputergraphic,2003(ClemensGroβ,ArnulphFuhrmann,VolkerLuckas，虚拟服装的预定位，19届计算机图形学春季会议论文集，2003)中的方法将二维服装纸样映射到人体部位的空间包围圆锥面上。采用该方法时，先将包围圆锥面曲面展开为平面网格，然后将展开的圆锥面网格放到二维平面中人体部位对应的位置，接着判断二维服装纸样网格的顶点落在哪个二维圆锥面网格的三角形内，最后计算网格顶点的重心坐标。根据重心坐标，就可以将二维服装纸样映射到空间包围圆锥面上，从而实现二维服装纸样网格在三维人体周围空间的放置。在服装缝合模拟时，根据二维服装纸样在人体周围空间中的位置，采用物理模型，在缝合边上施加拉力，就可以将二维服装纸样缝合为三维服装模型，如图10所示。

该实施例利用人体轮廓线的信息，通过在二维平面中设置二维服装纸样位置的方法实现二维服装纸样在三维人体周围空间位置的自动摆放，为下一步的三维服装的缝合模拟做好准备。该方法具有速度快、自动化程度高、操作简单的特点。

Claims (8)

1.一种三维服装纸样的空间位置自动设置方法，其特征在于包括下列步骤：

1)读入一个三维人体模型；

2)生成三维人体模型的特征点和特征线，并识别人体的各个部位；

3)自动生成三维人体模型各个部位的空间包围圆锥面；

4)生成三维人体模型的二维人体轮廓线，包括左右前后四个面的轮廓线；

5)读入二维服装纸样；

6)设置二维服装纸样的缝合信息，并将二维服装纸样进行三角网格化；

7)将二维服装纸样移到步骤4)所述二维人体轮廓线周围的位置；

8)计算二维服装纸样相关的人体部位；

9)将二维服装纸样映射到三维人体模型各个部位的空间包围圆锥面上，获得服装纸样在人体模型周围的空间位置。

2.权利要求1所述方法，其特征在于：在步骤1)中，三维人体模型用三角形网格曲面或四边形网格曲面表示。

3.权利要求1所述方法，其特征在于：在步骤3)中，生成包围圆锥面的人体部位包括颈部、上身、手臂和腿，生成包围圆锥面时，根据身体各部位的大小，沿身体部位的主轴方向，计算出包裹该部位的最小圆锥面，并将它设置为该部位的包围圆锥面。

4.权利要求1所述方法，其特征在于：所述包围圆锥面用圆柱面表示。

5.权利要求1所述方法，其特征在于：在步骤4)中，三维人体模型的二维人体轮廓线包括正面、后面、左面和右面的轮廓线，人体的轮廓线采用截面切割的方法获得，具体方法是：从头顶到脚底依次用间隔很小的平面切割三维人体模型的各个部位，得到平面与人体的相交截面，然后计算截面的前后左右的极值点坐标，最后，将所有截面的极值点连接，投影到二维平面中，获得二维的人体轮廓线，显示人体的二维轮廓线时，将左面、正面、右面、后面的轮廓线依次按一定间隔显示在二维平面中。

6.权利要求1所述方法，其特征在于：在步骤5)中，二维服装纸样的边界是由直线与曲线组成的，二维服装纸样可以通过二维设计的方法直接设计得到，也可以是通过三维曲面展开的方法设计得到。

7.权利要求1所述方法，其特征在于：在步骤6)中，二维服装纸样的缝合信息用于标明纸样的哪些边界是缝合在一起的，边界的缝合信息设置可用交互的方法实现。

8.权利要求1所述方法，其特征在于：在步骤8)中，二维服装纸样相关的人体部位是通过二维服装纸样与二维人体轮廓线的相对位置计算出来的，根据二维服装纸样的位置，可以判断二维服装纸样落在哪个视图的轮廓线上，然后计算二维服装纸样与人体特征线和轮廓线的相对位置，判断二维服装纸样落在人体的哪个部位上。