JP5431173B2

JP5431173B2 - 着装シミュレーション装置とシミュレーションプログラム

Info

Publication number: JP5431173B2
Application number: JP2009554416A
Authority: JP
Inventors: 眞司森本; 俊統中村
Original assignee: Shima Seiki Manufacturing Ltd
Current assignee: Shima Seiki Manufacturing Ltd
Priority date: 2008-02-18
Filing date: 2009-02-16
Publication date: 2014-03-05
Anticipated expiration: 2029-02-16
Also published as: EP2249269A4; WO2009104777A1; CN101933021A; EP2249269A1; CN101933021B; JPWO2009104777A1

Description

この発明は着装シミュレーションに関し、特にガーメントのサイズを変更した際のシミュレーションの高速化に関する。

編物あるいは織物から成るガーメントに付いて、人体への着装状態をシミュレーションすることが検討されている。ところでガーメントには様々なサイズがあり、さらにデザイン上のバリエーションがある。また標準的な体型に対してフィットするデザインの他に、顧客の実際の体型にフィットするように、デザインを修正することがある。これらのことに対応するため、シミュレーションを最初からやり直すのは合理的ではない。
最初のシミュレーションを行った後のデザイン変更について、特許文献１：日本特開２０００−２４２６８３は、シミュレーションをやり直さずに、新しいデザインの着装状態を近似的に求める手法を提案している。特許文献１では、デザインの変更時にガーメント上の点を指定し、この点を新しいデザインに従って移動させる。そしてガーメントの周囲の部分も同様に移動させる。
しかしながらポケットを付ける、衿の形を変えるなどの単純なデザイン上のバリエーション以外では、単にガーメントを縮小拡大するだけでは、リアルなシミュレーションはできない。例えば人体モデルに対して身頃が細すぎる場合、身頃は人体モデルと密着して窮屈な形状をしている。ここから新しい身頃の輪郭となる点を数点指定して相似変形させると、身頃は人体モデルとは密着しなくなるが、相変わらず窮屈な形状をしている。逆に身頃が人体モデルに対して大きすぎる場合、身頃が人体モデルから離れたまま垂れ下がるなどの不似合いな部分が生じる。この状態からガーメントを元の形状に相似なまま縮小すると、身頃は小さくなるが、不似合いな部分はそのまま残っている。
日本特開２０００−２４２６８３

この発明の課題は、ガーメントのサイズを変更した際に、高速でリアルなシミュレーションができるようにすることにある。

この発明は、デザインされた仮想的なガーメント上に複数個の質点を生成し、質点間に働く弾性力と、人体モデルと質点間に働く力とにより、前記複数個の質点の安定状態をシミュレーションする着装シミュレーション装置において、
シミュレーション結果をディスプレイに表示しながら、ガーメントサイズの変更を受け付けるユーザインターフェースと、
ガーメントサイズが変更されたデザインに従って、前記弾性力が０となる質点間の距離を変更すると共に、前記シミュレーション結果での質点位置を保った状態から、もしくは前記シミュレーション結果での質点位置を変更後のデザインに応じて変更した状態から、複数個の質点の安定状態を再シミュレーションする再シミュレーション手段、とを設けたことを特徴とする。
またこの発明の着想シミュレーションプログラムは、デザインされた仮想的なガーメント上に複数個の質点を生成し、質点間に働く弾性力と、人体モデルと質点間に働く力とにより、前記複数個の質点の安定状態をシミュレーションするために、
着想シミュレーション装置に、
シミュレーション結果をディスプレイに表示しながら、ガーメントサイズの変更を受け付けるステップと、
ガーメントサイズが変更されたデザインに従って、前記弾性力が０となる質点間の距離を変更すると共に、前記シミュレーション結果での質点位置を保った状態から、もしくは前記シミュレーション結果での質点位置を変更後のデザインに応じて変更した状態から、複数個の質点の安定状態を再シミュレーションする再シミュレーションステップとを実行させる。
好ましくは、前記ユーザインターフェースでは、ユーザの指定した位置と向きに沿って、ガーメントの変更箇所と該変更箇所での現在のサイズとを表示すると共に、ユーザの入力した新たなサイズに従って、前記変更箇所を含むパーツのサイズを変更し、
前記再シミュレーション手段では、変更後のサイズに従って前記弾性力が０となる質点間の距離を変更する。
より好ましくは、変更されたパーツのサイズに従った、ガーメントのデザインデータを出力するための手段を設ける。
また好ましくは、前記ユーザインターフェースは、前記シミュレーション結果を表す画像に、前記弾性力の分布を重ねて表示する。
あるいは好ましくは、前記ユーザインターフェースは、前記シミュレーション結果を表す画像に、質点と人体モデルとの距離の分布を重ねて表示する。
この明細書において、シミュレーション装置に関する記載はシミュレーションプログラムにもそのまま当てはまり、シミュレーションプログラムに関する記載はシミュレーション装置にもそのまま当てはまる。

この発明では、デザインを変更した際に、変更前のシミュレーション結果から、再度シミュレーションを行うので、最初からシミュレーションをやり直す場合に比べ、はるかに短時間でシミュレーションできる。また元々のシミュレーション結果を相似変形するのではなく、新しいデザインデータに従ってシミュレーションするので、ガーメントと人体モデルとの干渉などを含めて再シミュレーションできる。従って、高速でかつ正確な再シミュレーションができる。
ここで、ユーザの指定した位置と向きに沿って、ガーメントの変更箇所と変更箇所での現在のサイズとを表示すると共に、ユーザの入力した新たなサイズに従って、変更箇所を含むパーツのサイズを変更すると、パーツのサイズをどのように変更するのかを容易に指定できる。
ここで、変更されたパーツのサイズに従った、ガーメントのデザインデータを出力するようにすると、サイズ変更に従ってガーメントのデザインデータを変更できる。
またシミュレーション結果を表す画像に、弾性力の分布を重ねて表示すると、人体モデルとの干渉によってガーメントが変形する部分がどこかを見ることができ、着心地を評価できる。そのためガーメントサイズの変更が容易になる。
またシミュレーション結果を表す画像に、質点と人体モデルとの距離の分布を重ねて表示しても、ガーメントが人体モデルと密着する部分がどこかを見ることができ、同様に着心地を評価できる。
再シミュレーション手段では、シミュレーション結果での質点位置を保ちながら、弾性力が０となる質点間の距離を変更した状態から、再シミュレーションを開始すると、質点に大きな力が働いた状態からシミュレーションを開始できる。すると再シミュレーションでガーメントは大きく変形するので、人体モデルとの摩擦により動けなくなる等のことが無く、またドレープなども元の状態から新たな状態へ変化する。また質点は大きな力で運動するので、新たな状態に比較的少ないステップで安定し、シミュレーション時間を比較的短くできる。このため、最初のシミュレーション結果から大きく変化した着装状態をも、比較的短時間でシミュレーションできる。
逆に、シミュレーション結果での質点位置を変更後のデザインに応じて変更すると共に、弾性力が０となる質点間の距離を変更した状態から、再シミュレーションを開始すると、サイズ変更が僅かな場合などに、極く僅かなステップで新しい安定状態を得ることができる。このため短時間で新しい着装状態をシミュレーションできる。

図１は実施例の着装シミュレーション装置のブロック図である。
図２は実施例でのシミュレーションアルゴリズムを示す図である。
図３は実施例でのサイズ変更前のシミュレーション結果を示す図である。
図４は実施例でのサイズ変更入力画面を示す図である。
図５は実施例でのサイズ変更後のシミュレーション結果を示す図である。
図６は実施例の着装シミュレーションプログラムのブロック図である。

２着装シミュレーション装置４バス６ディスプレイ８画像入力
１０コマンド入力１２カラープリンタ
１４ネットワークインターフェース１６メモリ１８プログラムメモリ
２０サイズ変更入力インターフェース２４ニットデザイン部
２６データ変換部２８画像メモリ３０シミュレータ
３１質点生成部３２力学計算部３３ポリゴン生成部
３４レンダリング部４０切断面６０着装シミュレーションプログラム
６１質点生成命令６２力学計算命令６３ポリゴン生成命令
６４レンダリング命令６５サイズ変更支援命令６６質点再配置命令
６７歪表示命令

以下に本発明を実施するための最適実施例を示す。

図１〜図６に、実施例の着装シミュレーション装置２と着装シミュレーションプログラム６０とを示す。図１において４はバスで、６はカラーのディスプレイ、８は画像入力で、ここではスタイラスとするが、マウス、ジョイスティック，トラックボールなどでもよい。１０はコマンド入力で、例えばキーボードである。１２はデザインデータ、及びシミュレーション画像などを表示するカラープリンタ、１４はネットワークインターフェース、１６は汎用のメモリで、１８はプログラムメモリで、シミュレーションプログラムなどを記憶する。着装シミュレーション装置２は、グラフィックＣＰＵと汎用のＣＰＵ、バス、メモリなどを備えたコンピュータからなる情報処理装置で、着装シミュレーションプログラム６０を実行する。
サイズ変更入力インターフェース２０は、シミュレーションしたガーメントに対し、ユーザがサイズを変更するためのインターフェースである。２４はニットデザイン部で、画像入力８などからの入力に従って、ニットガーメントをデザインする。なおデザイン対象はニットガーメントに限らず、織物を用いたガーメントでも良い。データ変換部２６は、ニットのデザインを横編機などで編成可能な編成データに変換する。２８は画像メモリで、シミュレーション結果などの画像データを記憶する。
３０はシミュレータで、デザインしたガーメントの人体モデルへの着装状態をシミュレーションする。ニットガーメントは極めて多数の編目を備えているので、編目を単位としてシミュレーションすると、対話的なシミュレーションが行えない。そこで１０〜１０００個程度の編目を代表するように質点を設け、質点を基準としてシミュレーションする。質点の生成では、例えばデザインデータに対応する仮想的なガーメントをメッシュなどで複数の部分に区切り、例えばメッシュの交点に質点を設ける。織物から成るガーメントの場合も、各パーツに対しそれぞれ複数の質点を設けて、質点単位でシミュレーションする。
質点生成部３１は、仮想的なガーメント上に複数の質点を生成する。近接した質点は互いに弾性力により結合されているものとし、弾性力は１次以外の項を含んでいてもよい。質点を生成した際にはガーメントはリラックスした状態にあり、この時の質点間の距離で弾性力が０となり、これより圧縮されても引き伸ばされても弾性力が作用するとのモデルを用いる。またガーメントの質量が各質点に分配され、さらにガーメントの素材に応じた摩擦係数で各質点には人体モデルとの摩擦が作用する。質点生成部３１のジョブは、デザインデータを力学的シミュレーション可能なモデルに置き換えることで、モデルの要素は質点である。
力学計算部３２は、質点で表されるガーメントのモデルに対し、人体モデルへの着装状態を計算する。人体モデルの形状はメモリ１６などに記憶し、力学計算部３２では各質点に働く力を計算して、その運動をシミュレーションする。働く力は、質点間の距離の変化による弾性力と、重力、及び人体モデルとの摩擦力である。そして各質点の位置が安定するまでシミュレーションを繰り返す。質点の配置が３次元的に決定されると、ポリゴン生成部３３は質点の位置を基に表示用のポリゴンを生成する。例えば個々の糸を表現する必要がない場合、ガーメントの表面を覆うように複数のポリゴンを生成する。糸を表現する必要がある場合、糸の表面をポリゴンで表現する。例えばニットガーメントの場合、質点の配置を基に編目の配置を決定し、編目に対して糸を配置し、糸の表面にポリゴンを生成する。レンダリング部３４は生成したポリゴンの表面にテクスチャーをマッピングし、シェーディングなどを施し、レンダリング後の画像をディスプレイにシミュレーション結果として表示する。
図２に実施例でのシミュレーションアルゴリズムを示す。ニットガーメントなどのガーメントをデザインし、ガーメントを表す質点を質点生成部で生成する。そして質点を人体モデルの周囲に配置する。言い換えると仮想的なガーメントを人体モデルに着せ付ける。力学シミュレーションにより質点の安定位置を計算し、ポリゴンを生成し、レンダリングを施して、ディスプレイ６などに着装状態を表示する。
シミュレーション結果の例を図３に示す。デザイン対象の衣類は、身頃と右袖及び左袖をそれぞれ前後に２分した合計６個のパーツから成っている。なお前身頃と後身頃は丈と幅が同じ、左右の両袖は対称、などのルールがある。表示では、ガーメントの画像と重ねて、質点に働く弾性力の分布を表示している。シミュレーションで質点間の距離を計算し、弾性力は距離により定まるので、質点に働く弾性力も容易に計算できる。そして弾性力が大きなエリアは、着装によってガーメントが大きく変形しているエリアである。このような変形はガーメントと人体モデルとの干渉などによって生じ、弾性力の分布はガーメントの歪みの分布であり、弾性力の分布を表示すると、着心地が窮屈なエリアが分かる。
なお図３及び後述の図５では、ガーメント内の弾性力の分布と、３Ｄ表示に基づく陰影とを共にグレースケールで表示しているので、これらが紛らわしくなっている。弾性力の分布は、首回りが最大で、肩ラインがこれに次ぎ、アームホールの周囲にも弱い弾性力が働いている。脇の陰影は弾性力ではなく、この部分が影になっているためである。図３から、デザインしたガーメントはサイズが大きくゆったりしていることが分かる。
図３には示さなかったが、シミュレーション画像に重ねて、質点と人体モデルとの距離の分布を表示しても良い。距離が小さい部分はガーメントと人体モデルとが密着している部分で、距離の大きな部分はガーメントと人体モデルとが離れている部分である。このようにしてもガーメントの着心地を評価できる。
ユーザからのサイズ変更入力を受け付ける。サイズの変更は各パーツの丈あるいは幅等を変更することで、筒状のパーツの場合、幅を２倍したものが周長である。図４にサイズ変更の入力例を示し、シミュレーション画像に対しユーザがサイズを変更する位置と変更の方向とを指定すると、図４のように切断面４０と例えば現在のサイズが表示される。この入力は切断面４０の高さ位置で、身頃の周長を変更することを意味する。そして変更するデータが周長であるか丈であるかは、例えばサイズを変更する方向に沿って画像入力で画像をなぞる、あるいはキーボードから変更の向きを指定する、などで指定する。変更箇所の位置と向きとが指定されると、サイズ変更入力インターフェース２０は、変更箇所での現在のサイズを示す。このサイズはｃｍなどの単位に変えて、適宜の単位で表現できる。なお図４はサイズ変更の入力例を示し、図３とは別のガーメントを表示している。
ユーザは、キーボードあるいは画像入力などから、新たなサイズを入力する。これによって変更後の周長及び丈などのサイズが定まる。図４では１箇所の高さ位置で身頃の周長を変更し、これによって前身頃も後身頃も幅が変更され、指定された高さ位置以外でも身頃の幅が変更される。サイズを変更すると、新たなデザインデータをニットデザイン部などで作成し、例えばシミュレーション結果が良好とユーザが判断すると、出力する。型紙で表現できるデザインの場合、新たな型紙データを出力する。
図５は、サイズ変更後のガーメントの着装状態のシミュレーション結果を示す。この例では図３から、身頃の周長を縮めて脇の遊びを除き、丈を縮めている。サイズの変更に応じて質点の数を増減すると、シミュレーション時間が長くなる。そこでサイズを例えば±２０％変更するなどのように、規則的に質点を追加あるいは削除すればシミュレーションできる場合を除き、質点の数は変更しない。質点の数を変更する代わりに、サイズ変更に応じて、質点間の安定距離を変更する。また重力の効果を正確にシミュレーションする場合、サイズ変更に応じて質点の質量を変更し、さらに素材も変更されている場合、人体モデルとの摩擦係数も変更してもよい。次に前回のシミュレーション結果、例えば図３のシミュレーションデータを基に、力学的シミュレーションを再度行う。シミュレーションにより質点の配置を変更する範囲は、サイズの変更の程度と変更箇所に応じて、制限しても良い。
再シミュレーションでの初期状態を検討する。前回のシミュレーション結果から質点の位置を移動させずに、質点間の安定距離及び質量のみを変更して、再度シミュレーションすると、ガーメントは大きく歪んだ状態から急激に安定状態に移行する。この場合、初期的に質点に大きな力が加わるので、人体モデルとの摩擦により自然な形状まで変化できないなどのことがない。またドレープについても、変更前のドレープに拘束されずに新たなドレープへと移行できる。従って大きな外観の変化を短いシミュレーション時間で求めることができる。このため前回のシミュレーション結果での質点位置を、再シミュレーションでの質点の初期位置とすることが好ましい。
サイズ変更が僅かな場合、本格的なシミュレーションを行う必要がない。このためガーメントはサイズ変更に従って３次元的に相似変形するなどのことを仮定し、質点をこれに応じて移動させる。この状態から質点間の安定距離及び質点の質量を変更して再度シミュレーションすると、ごく僅かなステップ数で安定状態が得られる。
図５の例では、サイズを小さくしたことにより、胸回りが人体モデルと密着し、脇の遊びもなくなっている。なお図５の脇の陰影は大部分影によるものである。図５のようにサイズを変更したガーメントは、人体モデルに良くフィットしている。オーダーメイドのガーメントをデザインする場合、顧客の体型を採寸し、人体モデルに変換する。次ぎに既存のデザインデータを用いて、着用状態をシミュレーションすると、例えば図３のようになる。ここから図４のようにしてサイズを変更し、再度シミュレーションすると、図５の結果が得られる。以上のように、顧客の体型に応じた着用状態を評価できる。またグレーディングを行う場合でも、人体モデルを複数用意すれば、どのサイズの人体モデルに、従ってどのような体型の顧客に、どのサイズのガーメントがフィットするかを客観的に評価できる。
図６に実施例の着装シミュレーションプログラム６０を示す。６１は質点生成命令で、デザインデータに従った仮想的なガーメントに対し質点を生成し、この時、質点間の安定距離及び質点間の弾性力、質点の質量、質点と人体モデルとの摩擦係数なども生成する。力学計算命令６２は、複数の質点から成るガーメントに対し、人体モデルが着装した際の安定状態を力学的計算によりシミュレーションする。ポリゴン生成命令６３は、位置が安定した質点で形状が定まるガーメントに対し、ガーメント表面を覆うようにポリゴンを生成する。レンダリング命令６４は、ポリゴンを基にレンダリングを施し、３Ｄ画像を生成する。
サイズ変更支援命令６５は、サイズ変更に関するユーザの入力を解釈し、変更後のサイズに対するデザインデータを発生させる。質点再配置命令６６は、再シミュレーション前に、変更後のサイズに応じて質点を再配置するが、好ましくは質点の再配置は実行しない。歪表示命令６７は、各質点に働く弾性力あるいは人体モデルとの間隔などにより、ガーメントの歪みを表示する。
実施例ではニットガーメントについて説明したが、織物を用いたガーメントでも同様である。また人体モデルに着装させる他に、動物、家具、置物などに、ガーメントを着装させてもよい。さらにサイズ変更後のデザインデータあるいは型紙データを出力すると、サイズを変更した際に、シミュレーション結果のみでなく、新たなデザインデータあるいは型紙データが得られて便利である。また図３〜図５の表示で、ガーメントの下側に人体モデルを重ねて表示しても、ガーメントが人体モデルに対してどのように着られているかを視覚的に理解しやすい。

Claims

デザインされた仮想的なガーメント上に複数個の質点を生成し、質点間に働く弾性力と、人体モデルと質点間に働く力とにより、前記複数個の質点の安定状態をシミュレーションする装置において、
シミュレーション結果をディスプレイに表示しながら、ガーメントサイズの変更を受け付けるユーザインターフェースと、
ガーメントサイズが変更されたデザインに従って、前記弾性力が０となる質点間の距離を変更すると共に、前記シミュレーション結果での質点位置を保った状態から、もしくは前記シミュレーション結果での質点位置を変更後のデザインに応じて変更した状態から、複数個の質点の安定状態を再シミュレーションする再シミュレーション手段、とを設けたことを特徴とする着装シミュレーション装置。
前記ユーザインターフェースでは、ユーザの指定した位置と向きに沿って、ガーメントの変更箇所と該変更箇所での現在のサイズとを表示すると共に、ユーザの入力した新たなサイズに従って、前記変更箇所を含むパーツのサイズを変更し、
前記再シミュレーション手段では、変更後のサイズに従って前記弾性力が０となる質点間の距離を変更するようにしたことを特徴とする、請求項１の着装シミュレーション装置。
変更されたパーツのサイズに従った、ガーメントのデザインデータを出力するための手段を設けたことを特徴とする、請求項２の着装シミュレーション装置。
前記ユーザインターフェースは、前記シミュレーション結果を表す画像に、前記弾性力の分布を重ねて表示するようにしたことを特徴とする、請求項２の着装シミュレーション装置。
前記ユーザインターフェースは、前記シミュレーション結果を表す画像に、質点と人体モデルとの距離の分布を重ねて表示するようにしたことを特徴とする、請求項２の着装シミュレーション装置。
デザインされた仮想的なガーメント上に複数個の質点を生成し、質点間に働く弾性力と、人体モデルと質点間に働く力とにより、前記複数個の質点の安定状態をシミュレーションする着想シミュレーション装置のためのプログラムにおいて、
前記着想シミュレーション装置に、
シミュレーション結果をディスプレイに表示しながら、ガーメントサイズの変更を受け付けるステップと、
ガーメントサイズが変更されたデザインに従って、前記弾性力が０となる質点間の距離を変更すると共に、前記シミュレーション結果での質点位置を保った状態から、もしくは前記シミュレーション結果での質点位置を変更後のデザインに応じて変更した状態から、複数個の質点の安定状態を再シミュレーションする再シミュレーションステップとを実行させる、着装シミュレーション装置のためのプログラム。