專利名稱：一種基于個(gè)性化三維虛擬人臺(tái)的服裝衣身原型樣板生成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種服裝數(shù)字化打板技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種基于個(gè)性化三維虛擬人臺(tái)的服裝衣身原型樣板生成方法。
背景技術(shù)：
隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，服裝產(chǎn)業(yè)已經(jīng)建立了靈活的快速反映機(jī)制，主要包括以下幾個(gè)方面先進(jìn)的CAD/CAM系統(tǒng)應(yīng)用，ERP等信息管理系統(tǒng)的應(yīng)用，三維人體測(cè)量技術(shù)發(fā)展與應(yīng)用，以及遠(yuǎn)程試衣系統(tǒng)等的應(yīng)用。另外隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和著裝個(gè)性化的需求，批量定制也成為21世紀(jì)服裝制造業(yè)重要的生產(chǎn)模式?；谌S的服裝樣板定制系統(tǒng)正是結(jié)合了三維CAD技術(shù)和個(gè)性化模式，已成為服裝數(shù)字化技術(shù)領(lǐng)域的重要研究方向。它主要包括兩 個(gè)部分個(gè)性化的服裝虛擬人臺(tái)建模技術(shù)和三維服裝曲面的二維展平技術(shù)。對(duì)于3D虛擬人臺(tái)建模方面的研究，具有代表性的有陳家訓(xùn)等的《基于人體模版和體型輪廓的人體自動(dòng)生成方法》，其方法是將人體分解成胸身段、腰身段、臀身段等部件，三維虛擬人體的構(gòu)建可以選用人體部件的模板，然后按照人體體形輪廓控制修改和組裝來可實(shí)現(xiàn)。該研究是通過提供客戶的正面、側(cè)面圖片信息，來修改各部件的模板，生成人體模型，并不是直接來源顧客的三維掃描數(shù)據(jù)，因此所得三維模型與原始掃描數(shù)據(jù)有一定誤差。劉瑞旗、張文斌等的《一種基于實(shí)測(cè)人群體型的虛擬人臺(tái)的建立及虛擬人臺(tái)》，是根據(jù)實(shí)測(cè)人體尺寸調(diào)查的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，基于三維掃描數(shù)據(jù)建立代表群體體型特征的標(biāo)準(zhǔn)虛擬人臺(tái)，也并不是直接由顧客的三維掃描數(shù)據(jù)處理得到的個(gè)性化的虛擬人臺(tái)。另外服裝工業(yè)用人臺(tái)的曲面并不是直接復(fù)制人體的曲面，它是在人體復(fù)雜曲面基礎(chǔ)上，根據(jù)著裝后的特征進(jìn)行了一定的修正和簡(jiǎn)化，如左右求對(duì)稱，曲面凹凸平緩等。現(xiàn)有的研究所建的三維虛擬人臺(tái)均未考慮到這種曲面特性及需求。對(duì)于三維服裝曲面的二維展平技術(shù)的研究，不緊在服裝領(lǐng)域，而且在飛機(jī)、汽車、造船等制造領(lǐng)域中都是普遍關(guān)注的問題。根據(jù)近年來的研究成果，主要有三種展開方法幾何展開法、力學(xué)展開法和幾何展開一力學(xué)修正法。主要代表性研究的有楊繼新等的《復(fù)雜曲面的可展化及其展開方法》(發(fā)表在機(jī)械科學(xué)與技術(shù)，2001)提出了一種復(fù)雜曲面可展化及其展開的方法，在依附于復(fù)雜曲面的兩條空間曲線之間，構(gòu)造可展面，逼近復(fù)雜曲面，使復(fù)雜曲面可展化并展開；McCartney等的《Pattern Flattening for OrthotropicMaterials))(發(fā)表在Computer Aided Design, 2005),將三角化曲面展開到二維平面并使得展開過程應(yīng)變能量最小化，其具體做法是首先將三維曲面用Delaunay方法三角化，然后將三角形逐個(gè)變換到平面，在變換過程中三角形的邊長(zhǎng)會(huì)發(fā)生變化，他們用應(yīng)變能量來衡量這種變化，并使用迭代法使得整個(gè)展開達(dá)到最小應(yīng)變能量；王昌凌等的《基于能量模型的曲面展開通用算法》(發(fā)表在計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)與圖形學(xué)學(xué)報(bào)，2001),《Surface flatteningbased on energy model》(發(fā)表在 Computer Aided Design, 2002)和《Freeform surfaceflattening based on fitting a woven mesh model》(發(fā)表在 Computer Aided Design,2005)等研究,在McCartney工作的基礎(chǔ)上，利用彈簧模型優(yōu)化了 McCartney的算法,使得展開的過程更優(yōu)化，展開結(jié)果可通過改變彈簧常數(shù)來控制；陸國(guó)棟等的《三維曲面展開算法在玩具設(shè)計(jì)中的應(yīng)用》(發(fā)表在東華大學(xué)學(xué)報(bào)，2004)利用基于最小能量方法來展開三角化曲面，并將之應(yīng)用于玩具設(shè)計(jì)；陸永良等的《基于織物機(jī)械性能的服裝曲面展開方法研究》(發(fā)表在北京服裝學(xué)院學(xué)報(bào)，2007)，在Mcartney和王昌凌等研究基礎(chǔ)上，提出了采用織物在小應(yīng)變情況下的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變非線性關(guān)系來取代織物質(zhì)點(diǎn)所受的彈簧應(yīng)變的線性關(guān)系。上面所述的三維CAD系統(tǒng)的3D服裝模型到2D樣板展平技術(shù)，雖然已經(jīng)取得較大的進(jìn)展。但對(duì)于服裝這種對(duì)形體要 求較高的柔性產(chǎn)品，其二維展平后的二維服裝裁片的形狀總與實(shí)際存在一定的區(qū)別，仍然缺乏實(shí)用性。這些研究在進(jìn)行3D-2D展平時(shí)很少考慮服裝產(chǎn)品的專業(yè)性和特殊性，不能充分的利用以往的傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)，從而使所展平的樣板很難直接被進(jìn)一步利用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決上述現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)，提供一種實(shí)用性好的基于個(gè)性化三維虛擬人臺(tái)的服裝衣身原型樣板生成方法。本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案，具體步驟如下I)、建立凸包形狀的個(gè)性化三維虛擬人臺(tái)。(I)人體軀干三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備；(2)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的每個(gè)切面點(diǎn)集進(jìn)行曲線擬合，然后對(duì)每個(gè)切面曲線進(jìn)行重新采樣，獲得新的人體表面點(diǎn)云矩陣，以保證每個(gè)切面數(shù)據(jù)具有相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。(3)對(duì)稱處理每個(gè)切面的左右兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)據(jù)。(4)對(duì)所有切面數(shù)據(jù)進(jìn)行凸包計(jì)算，并平移處在內(nèi)凹區(qū)域的采樣點(diǎn)，使切面輪廓呈凸包形狀。(5)沿橫向和縱向分別對(duì)步驟(4)處理后的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，然后再進(jìn)行曲面擬合，生成三維人臺(tái)曲面。2)、虛擬人臺(tái)曲面的特征定義和二維展平。(6)在對(duì)步驟(5)處理得到的曲面模型基礎(chǔ)上，進(jìn)行特征點(diǎn)及特征線的定義，并劃分區(qū)域。(7)進(jìn)一步細(xì)分人臺(tái)模型上每個(gè)區(qū)域的曲面。(8)在約束結(jié)構(gòu)特征線基礎(chǔ)上，將每個(gè)區(qū)域三維曲面通過幾何方法進(jìn)行二維展平，得到個(gè)性化的服裝原型樣板。3)、考慮松量的衣身三維模型的處理。(9)利用三維圖形軟件，直接對(duì)步驟(5)和步驟(7)中的人臺(tái)曲面和特征網(wǎng)格線按所要求的松量值(即平移量)進(jìn)行平移放縮，然后按步驟(8)展開獲得加松量的原型樣板。作為優(yōu)選，步驟(I)中，人體軀干三維數(shù)據(jù)模型，可以首先通過三維人體掃描系統(tǒng)獲得全身三維模型數(shù)據(jù)文件(如wrml文件等)，在刪除四肢及頭部數(shù)據(jù)后，獲得人體軀干的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)的格式為沿Z軸方向等距離的水平切面輪廓上的三維坐標(biāo)點(diǎn)矩陣。作為優(yōu)選，步驟(2)中，切面點(diǎn)的曲線擬合采用Numbs曲線建模技術(shù)，所擬合曲線經(jīng)過所有切面點(diǎn)。作為優(yōu)選，步驟(2)中，重新采樣前，先求出每個(gè)切面曲線外包矩形，然后外包矩形的形狀采取以下三種方法對(duì)每個(gè)切面曲線進(jìn)行重新采樣(a)當(dāng)外包矩形為橫向長(zhǎng)方形時(shí)(L1>L2)，在橫向中心線上求取兩個(gè)輔助點(diǎn)O1和02，使O1A=O2B=L2Z^15然后分別以O(shè)1和O2為圓心，按等角度(Θ/9)向四周沿η條射線，與原切面曲線的交點(diǎn)，即為所求采樣點(diǎn)。(b)當(dāng)外包矩形為縱向長(zhǎng)方形時(shí)(L1〈L2)，在縱向中心線上求取兩個(gè)輔助點(diǎn)O1和02，使O1A=O2B=L1A。然后分別以O(shè)1和O2為圓心，按等角度(Θ /9)向四周沿η條射線，與原切面曲線的交點(diǎn)，即為所求采樣點(diǎn)。(c)當(dāng)外包矩形為縱向正方形時(shí)(L1=L2)，直接以正方形的中心為圓心，按等角度向四周沿η條射線，與原切面曲線的交點(diǎn)，即為所求采樣點(diǎn)。三種方法對(duì)每個(gè)切面進(jìn)行重新采樣所得的點(diǎn)數(shù)均為36個(gè)。作為優(yōu)選，步驟(3)中，對(duì)稱處理的方法，其特征是根據(jù)方案(2)中的三種情況分別進(jìn)行下面對(duì)應(yīng)的處理(a)以y軸為分割線，分別計(jì)算左右兩邊的曲線上任意對(duì)應(yīng)的兩采樣點(diǎn)PpP2到輔助點(diǎn)O1和O2的距離P i和P 2，根據(jù)(P 1+P 2)/2的值調(diào)整對(duì)應(yīng)的兩采樣點(diǎn) 的位置，使左右數(shù)據(jù)點(diǎn)的對(duì)稱化處理。(b)以y軸為分割線，對(duì)于X軸以上部分，分別計(jì)算左右兩邊的曲線上任意對(duì)應(yīng)的兩采樣點(diǎn)P1I2到輔助點(diǎn)O1的距離，記為91和P2;對(duì)于X軸以下部分，別計(jì)算左右兩邊的曲線上任意對(duì)應(yīng)的兩采樣點(diǎn)P:、P2到輔助點(diǎn)O2的距離，記為P !和p2。然后根據(jù)(P 1+p2)/2的值調(diào)整對(duì)應(yīng)的兩采樣點(diǎn)的位置，使左右數(shù)據(jù)點(diǎn)的對(duì)稱化處理。(c)以y軸為分割線，分別計(jì)算左右兩邊的曲線上任意對(duì)應(yīng)的兩采樣點(diǎn)P1I2到中心點(diǎn)O的距離，記為PjP P2，然后根據(jù)(P 1+p2)/2的值調(diào)整對(duì)應(yīng)的兩采樣點(diǎn)的位置，使左右數(shù)據(jù)點(diǎn)的對(duì)稱化處理。作為優(yōu)選，步驟(4)中，對(duì)切面點(diǎn)云數(shù)據(jù)的凸包計(jì)算及平移處理，其方法是先對(duì)每個(gè)切面上經(jīng)過對(duì)稱處理的所以點(diǎn)，進(jìn)一步采用凸包算法，求出切面點(diǎn)集的凸包多邊形，然后將落在凸包多邊形內(nèi)的采樣點(diǎn)，沿輔助點(diǎn)Op O2或切面中心點(diǎn)到該點(diǎn)的射線方向，在切平面上平移至凸包多邊形邊緣直線上。作為優(yōu)選，步驟(5)中，橫向和縱向曲線擬合采用Numbs曲線建模技術(shù)，三維曲面是基于橫向和縱向形成的曲線網(wǎng)格進(jìn)一步采用Numbs曲面建模技術(shù)生成。作為優(yōu)選，步驟(6)中，對(duì)特征點(diǎn)特征線的定義及區(qū)域劃分，其方法是參照二維服裝原型結(jié)構(gòu)，先在三維人體軀干模型上設(shè)定原型樣板對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)。對(duì)于特征線的構(gòu)造方法首先通過對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)坐標(biāo)和曲面在特征點(diǎn)處的法向量方向，構(gòu)建一個(gè)局部的平面，然后通過計(jì)算機(jī)求取平面與人體曲面的交線在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上。根據(jù)3D人臺(tái)上的特征結(jié)構(gòu)線，由于左右對(duì)稱，其一半人臺(tái)的三維曲面可分割成10個(gè)區(qū)域，前片包含5個(gè)區(qū)域(A，B, C，D，E)，后片也包含5后區(qū)域(F，G，H，I，J)，作為優(yōu)選，步驟(7)中，對(duì)人體模型上每個(gè)區(qū)域的曲面細(xì)分，其方法是先等分特征結(jié)構(gòu)線，然后經(jīng)過等分點(diǎn)作曲面的正交切平面，再求取正交切平面與人體曲面的相交曲線，但因各區(qū)域的表面特征差異而不同。具體方法如下(a)對(duì)于A區(qū)域，首先過FNP點(diǎn)做與FNP-CP2線正交的切面后形成分割線FNP-CP4，然后過SNP作FNP-CP4的正交切面，形成分割線SNP-CP5，這里可以近似的把FNP-CP5、SNP-CP5分別看作是原型樣板中的前領(lǐng)寬、前領(lǐng)高，對(duì)于FNP-CP5線與CP1-CP2線之間的曲面和FNP-CP5-SNP的領(lǐng)口部分的曲面可以采用等間隔的橫向條狀分割，對(duì)于SNP-CP5-CP4-SP曲面片可以采用沿線SNP-CP5和CP4-SP進(jìn)行等間隔的橫向條狀分割，為了減小樣板展開時(shí)的誤差，前片肩部區(qū)域進(jìn)一步在取CP4-CP5和SP-SNP的中點(diǎn)處做一縱向分割線(CP6-SP2)；(b)對(duì)于B區(qū)域，首先在CP1-CP2線上取點(diǎn)CP3點(diǎn)，使CP2-CP3的長(zhǎng)等于FBP-BP線的長(zhǎng)，并過BP，CP3點(diǎn)做以縱向分割線，對(duì)于FBP-BP-CP3-CP2曲面片進(jìn)行等間隔的縱向條狀分割，對(duì)于BP-CP1-CP3的曲面片采用橫向等間隔條狀分割；(c)對(duì)于C，G，H區(qū)域中的表面，為近似的圓臺(tái)曲面，因此采用一系列的水平切面對(duì)曲面進(jìn)行細(xì)分，從而形成一系列的水平分割線；(d)對(duì)于D，E，F(xiàn)區(qū)域的表面，在胸圍線以下部分采用一系列的水平切面進(jìn)行細(xì)分，形成水平分割線，胸圍線以上采用縱向切面進(jìn)行細(xì)分，形成縱向分割線；(e)對(duì)于I區(qū)域，采用等間隔的縱向條狀分割；
(f)對(duì)于J區(qū)域，其細(xì)分方法與A區(qū)域的類似，首先過SP點(diǎn)做BP3-BP4線的正交切面，與人臺(tái)曲面形成了分割線SNP-BP6，對(duì)于曲面BNP-BP3-BP6-SNP部分，采用橫向，縱向分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對(duì)于曲面SNP-BP6-BP4-SP部分可以采用沿線SNP-BP6和BP4-SP進(jìn)行等間隔的橫向條狀分割，然后過SNP-SP和BP4-BP6的中點(diǎn)處進(jìn)行縱向分割線BP7-SP2。作為優(yōu)選，步驟⑶中，將每個(gè)區(qū)域三維曲面進(jìn)行二維展平，其特征是從3D曲面到2D樣板的展平，一般遵循幾個(gè)原則關(guān)鍵特征結(jié)構(gòu)線的長(zhǎng)度盡量保持相等或在允許的誤差之內(nèi)，二是3D曲面與2D樣板的曲面的面積盡量保持相等，樣板與三維模型的形狀上盡量保持一致。作為優(yōu)選，步驟(8)中，將每個(gè)區(qū)域三維曲面進(jìn)行二維展平，其方法是首先在每個(gè)區(qū)域的展平過程中，將預(yù)先定義方向和位置受約束的特征線。如前中線和后中線展平后保持豎直，背寬線，胸寬線展平后保持水平等。各曲面片展平的原則總結(jié)如下(a)原型前片，后片中心線展平后保持豎直狀態(tài)，前后片展平時(shí)分別從前中心和后中線向側(cè)縫線的順序，依次展開各曲面片，所有曲面在有3D向2D映射時(shí)的基本原則是保證每個(gè)劃分單元的各邊的長(zhǎng)度相等；(b)對(duì)于A，B區(qū)的曲面，在展平過程中，首先展開胸寬線CP1-CP2，保持水平，然后以CP1-CP2線和前中線為基準(zhǔn)依次展平其他分割線；(c)對(duì)于C區(qū)展開時(shí)，首先展開胸圍線段FBP-BP和前中線段FBP-FWP，其中FBP-BP保持水平，F(xiàn)BP-FffP保持豎直，然后以這兩條線為基準(zhǔn)，依次展平其他分割線；(d)對(duì)于D區(qū)曲面的展平，首先展開胸圍線段BP-XP2，并保持水平，然后以C片展平后的省道線Dl' -BP進(jìn)行對(duì)稱，得到D片展平后的省道線Dl" -BP，然后以胸圍線段BP-XP2和省道線Dl " -BP為基準(zhǔn)，依次展平其他分割線；(e)E區(qū)，F(xiàn)區(qū)的展平原則是胸圍線段XP2-XP3保持水平，E區(qū)的省道線D2" -CPl由D區(qū)對(duì)應(yīng)的省道線D2; -CPl對(duì)稱獲得，F(xiàn)區(qū)的省道線D4" -BPl由G區(qū)展平后對(duì)應(yīng)的省道線D2' -BPl對(duì)稱后獲得；(f)H, G區(qū)的展平原則分別與C，D區(qū)的展平原則類似，只是方向相反，H，G區(qū)展平時(shí)以背寬線BP12-BP2和后中線段BP2-BWP為基準(zhǔn)，其中BP1-BP2保持水平，BP2-BWP保持豎直，省道線D3' -BP5和D3 " -BP5保持對(duì)稱；(g) I區(qū)的展平時(shí)，首先展開背寬線BP3-BP4和后中心線段BP2-BP3，其中BP3-BP4保持水平，BP2-BP3保持豎直，然后以此為基準(zhǔn)依次展開其他分割線；(h) J區(qū)的展平時(shí)，首先展開背寬線BP3-BP4和后中心線段BNP-BP3，其中BP3-BP4保持水平，BNP-BP3保持豎直，然后以此為基準(zhǔn)依次展平曲面BNP-BP3-BP6-SNP和曲面BP4-BP6-SNP-SP中的分割線，另外為了保持后肩省，同時(shí)使后片的袖籠曲線保持圓順，在展平SP-BP4-BP7-BP8曲面片前，先在2D平面上構(gòu)造袖籠曲線，然后以袖籠曲線段SPBP4和背寬線段BP4-BP7為基準(zhǔn)，依次映射其他分割線，最終形成在后片的肩省。作為優(yōu)選， 步驟(8)中，每個(gè)細(xì)分單元的展平時(shí)，其方法是先將該單元與已映射的相連單元的連接點(diǎn)和連接邊對(duì)齊，然后以該單元的另外兩條邊的長(zhǎng)度為半徑，以該單元上已經(jīng)在2D平面上確定的兩連接點(diǎn)為圓心，做兩個(gè)圓，然后求該單元的另外一個(gè)映射點(diǎn)。作為優(yōu)選，步驟(9)中，其方法是利用三維圖形軟件對(duì)3D曲面或3D曲線進(jìn)行平行放縮，放縮方向是曲面的法線方向；3D特征線的平行放縮，其放縮方向也是基于所在曲面的該線位置處的法線方向進(jìn)行的。發(fā)明有益的效果是本發(fā)明是在虛擬人臺(tái)建模上，直接源于個(gè)性化的三維掃描數(shù)據(jù)；所述的切面點(diǎn)集重新采樣方法，對(duì)人體各切面復(fù)雜的曲線形狀具有較好的容錯(cuò)性，避免出現(xiàn)雙交點(diǎn)或點(diǎn)的順序顛倒等現(xiàn)象，且采樣后切面點(diǎn)得分布也較均勻；所述的凸包計(jì)算及平移處理，能較好的考慮到服裝工業(yè)人臺(tái)曲面的對(duì)稱性和簡(jiǎn)化的凹凸平緩特性，所生成的虛擬人臺(tái)可進(jìn)一步應(yīng)用于服裝工業(yè)人臺(tái)的個(gè)性化定制。在人臺(tái)特征結(jié)構(gòu)的定義上，結(jié)合了傳統(tǒng)的原型樣板形狀及三維人體曲面特征，采用正交切平面與曲面求交的方法，所獲得的三維原型細(xì)分特征線框，與傳統(tǒng)的服裝立裁原理有較好的相識(shí)性。在三維人臺(tái)曲面的二維展平上，預(yù)先考慮了結(jié)構(gòu)特征線方向與位置的約束，對(duì)曲面上定義的細(xì)分三維網(wǎng)格線進(jìn)行幾何展平。所生成的個(gè)性化服裝原型樣板，不僅繼承了現(xiàn)有三維曲面展平技術(shù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)又能保持傳統(tǒng)原型的結(jié)構(gòu)特征，使本發(fā)明的結(jié)果能與目前實(shí)用的基于原型的服裝打板技術(shù)相結(jié)合，并充分利用成熟的二維CAD技術(shù)，進(jìn)一步進(jìn)行特定款式服裝的樣板定制。另外，本發(fā)明還提出考慮松量的衣身原型曲面及特征框架的處理方法，可以對(duì)人體模型的主要部位進(jìn)行放大，以滿足松量的分配，然后通過將縮放后的特征結(jié)構(gòu)線進(jìn)行展平。


圖I三維人體點(diǎn)云數(shù)據(jù)示意圖；圖2為切面曲線進(jìn)行重新采樣示意圖；圖3為切面點(diǎn)集的凸包計(jì)算及內(nèi)凹區(qū)域點(diǎn)平移示意圖；圖4為人體軀干的橫向縱向擬曲線模型示意圖；圖5為凸包計(jì)算后人體軀干的Numbs曲面模型示意圖；圖6為二維服裝原型樣板結(jié)構(gòu)示意圖；圖7為人體軀干的特征點(diǎn)、特征線及區(qū)域劃分示意圖；圖8為人體軀干的各區(qū)域三維曲面的進(jìn)一步細(xì)分示意圖；圖9為區(qū)域C的三維曲面展平過程示意圖；圖10為展平后的衣身原型示意圖。圖11為經(jīng)過平行放縮的加松量衣身原型曲面及特征框架。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說明本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案，具體步驟如下(I)、人體軀干三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備。人體軀干三維數(shù)據(jù)模型，可以首先通過TC2三維人體掃描系統(tǒng)獲得全身三維模型數(shù)據(jù)文件(為wrml文件)，通過三維人體掃描儀，該文件共分為七部分RightLeg, LeftLeg, Torso, LeftArm, RightArm, LeftHand, RightHand0 其中，每一部分主要由兩類數(shù)據(jù)構(gòu)成(I)三維坐標(biāo)(X，y, z)逐行排列構(gòu)成的點(diǎn)矩陣(point)；
(2)由構(gòu)成三維網(wǎng)格小平面的坐標(biāo)序列號(hào)索引構(gòu)成的索引矩陣(coordlndex)。在刪除四肢及頭部數(shù)據(jù)后，獲得人體軀干的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，再利用3DS Max等三維圖形軟件，進(jìn)行修補(bǔ)，編輯等操作，進(jìn)一步完善點(diǎn)云數(shù)據(jù)。這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)的格式為沿Z軸方向等距離的水平切面輪廓上的三維坐標(biāo)點(diǎn)矩陣，如圖I。 (2)、軀干部分的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，沿Z軸方向共有60層切面數(shù)據(jù)，通過Numbs曲線建模技術(shù)，擬合每個(gè)切面點(diǎn)云數(shù)據(jù)，形成60個(gè)平行的封閉的曲線層，然后對(duì)每個(gè)切面曲線進(jìn)行重新采樣，獲得新的人體表面點(diǎn)云矩陣，以保證每個(gè)切面數(shù)據(jù)具有相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。重新采樣前，先求出每個(gè)切面曲線外包矩形，然后外包矩形的形狀采取以下三種方法對(duì)每個(gè)切面曲線進(jìn)行重新采樣(a)當(dāng)外包矩形為橫向長(zhǎng)方形時(shí)，在橫向中心線上求取兩個(gè)輔助點(diǎn)O1和O2，使O1A=O2B=L2A0然后分別以O(shè)1和O2為圓心，按等角度(Θ /9)向四周沿η條射線，與原切面曲線的交點(diǎn)，即為所求采樣點(diǎn)，如圖2(a)。(b)當(dāng)外包矩形為縱向長(zhǎng)方形時(shí)，在縱向中心線上求取兩個(gè)輔助點(diǎn)O1和O2，使O1A=O2B=L1Z^15然后分別以O(shè)1和O2為圓心，按等角度(Θ/9)向四周沿η條射線，與原切面曲線的交點(diǎn)，即為所求采樣點(diǎn)，如圖2(b)。(c)當(dāng)外包矩形為縱向正方形時(shí)，直接以正方形的中心為圓心，按等角度(10度)向四周沿η條射線，與原切面曲線的交點(diǎn)，即為所求采樣點(diǎn)，如圖2 (C)。三種方法對(duì)每個(gè)切面進(jìn)行重新采樣所得的點(diǎn)數(shù)均為從坐標(biāo)軸的I軸開始，按逆時(shí)針的順序排列切面上36個(gè)點(diǎn)。(3)、對(duì)稱處理每個(gè)切面的左右兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)據(jù)。除y軸上的兩個(gè)點(diǎn)不要參與計(jì)算夕卜，其它34點(diǎn)，分別以y軸左右一一對(duì)應(yīng)，形成17對(duì)點(diǎn)，然后分別計(jì)算沒對(duì)點(diǎn)到切面中心的距離，并求平均，最后平均距離在切面上沿中心點(diǎn)到切面點(diǎn)的射線分別平移切面輪廓線上的各對(duì)點(diǎn)，從而形成左右對(duì)稱的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。(4)、對(duì)每個(gè)切面上經(jīng)過對(duì)稱處理的36個(gè)點(diǎn)，進(jìn)一步采用凸包算法，求出36個(gè)點(diǎn)的凸包多邊形，然后將凸包多變形內(nèi)的切面輪廓線上的點(diǎn)，沿中心點(diǎn)到該點(diǎn)的射線方向再次進(jìn)行平移，最終使所有點(diǎn)均落在凸包多邊形上，如圖3所示為圖2(a)的處理情況。(5)、采用Numbs曲線建模技術(shù)，對(duì)凸包計(jì)算及平移后的人體軀干點(diǎn)云數(shù)據(jù)，分別沿橫向和縱向進(jìn)行曲線擬合，形成曲線網(wǎng)格。該實(shí)施例中共有60條橫向的切面輪廓線和36條縱向曲線。再利用Numbs曲面建模技術(shù)，基于該曲線網(wǎng)格，生成軀干的三維曲面，如圖4、5。這樣經(jīng)過稱化處理、點(diǎn)集的凸包算法后所建立的人體曲面模型將是對(duì)稱的、且類似穿著原型服裝效果時(shí)的人臺(tái)模型。(6)、在對(duì)步驟(5)處理得到的曲面模型基礎(chǔ)上，進(jìn)行特征點(diǎn)及特征線的定義，并劃分區(qū)域。參照?qǐng)D6所示的二維服裝原型結(jié)構(gòu)，先在三維人體軀干模型上設(shè)定原型樣板對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)。對(duì)于特征線的構(gòu)造方法首先通過對(duì)應(yīng)的特征點(diǎn)坐標(biāo)和曲面在特征點(diǎn)處的法向量方向，構(gòu)建一個(gè)局部的平面，然后通過計(jì)算機(jī)求取平面與人體曲面的交線在計(jì)算機(jī)平臺(tái)上。根據(jù)3D人臺(tái)上的特征結(jié)構(gòu)線，由于左右對(duì)稱，其一半人臺(tái)的三維曲面可分割成10個(gè)區(qū)域，前片包含5個(gè)區(qū)域(A，B, C，D，E)，后片也包含5后區(qū)域(F，G，H，I，J)，如圖7所示。同時(shí)根據(jù)每個(gè)區(qū)的表面形狀特征，對(duì)他們進(jìn)行進(jìn)一步的細(xì)分。特征線的構(gòu)造是通過正交平面與3D曲面求交的方法獲得。通過保持分割線的長(zhǎng)度不變?cè)瓌t對(duì)各個(gè)區(qū)的3D表面進(jìn)行幾何展平生成，最終的原型樣板見圖10所示。另外，在每個(gè)區(qū)域的展平過程中，將預(yù)先定義一條約束結(jié)構(gòu)線，使其位置和方向事先得到保證，目的是以使展平后的原型樣板與目前常用的2D原型形狀基本保持一致。由于3D-2D展平時(shí)，由于首先保證了各分割線的長(zhǎng)度不變，因此3D模型與展平后的2D樣板的主要特征結(jié)構(gòu)線的長(zhǎng)度基本相等，表I中列出了本實(shí)施例中原型結(jié)構(gòu)線長(zhǎng)度值。
權(quán)利要求
1.一種基于個(gè)性化三維虛擬人臺(tái)的服裝衣身原型樣板生成方法，其步驟包括 1)、建立凸包形狀的個(gè)性化三維虛擬人臺(tái)； (1)人體軀干三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的準(zhǔn)備； (2)對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)中的每個(gè)切面點(diǎn)集進(jìn)行曲線擬合，然后對(duì)每個(gè)切面曲線進(jìn)行重新采樣，獲得新的人體表面點(diǎn)云矩陣，以保證每個(gè)切面數(shù)據(jù)具有相同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)； (3)對(duì)稱處理每個(gè)切面的左右兩側(cè)的點(diǎn)數(shù)據(jù)； (4)對(duì)所有切面數(shù)據(jù)進(jìn)行凸包計(jì)算，并平移處在內(nèi)凹區(qū)域的采樣點(diǎn)，使切面輪廓呈凸包形狀； (5)沿橫向和縱向分別對(duì)步驟(4)處理后的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行曲線擬合，然后再進(jìn)行曲面擬合，生成三維人臺(tái)曲面； 2)、虛擬人臺(tái)曲面的特征定義和二維展平； (6)在對(duì)步驟(5)處理得到的曲面模型基礎(chǔ)上，進(jìn)行特征點(diǎn)及特征線的定義，并劃分區(qū)域； (7)進(jìn)一步細(xì)分人臺(tái)模型上每個(gè)區(qū)域的曲面； (8)在約束結(jié)構(gòu)特征線基礎(chǔ)上，將每個(gè)區(qū)域三維曲面通過幾何方法進(jìn)行二維展平，得到個(gè)性化的服裝原型樣板。
3)、考慮松量的衣身三維模型的處理； (9)利用三維圖形軟件，直接對(duì)步驟(5)和步驟(7)中的人臺(tái)曲面和特征網(wǎng)格線按所要求的松量值(即平移量)進(jìn)行平移放縮，然后按步驟(8)展開獲得加松量的原型樣板。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于個(gè)性化三維虛擬人臺(tái)的服裝衣身原型樣板生成方法，其特征是所述步驟(I)中，首先通過三維人體掃描系統(tǒng)獲得全身三維模型數(shù)據(jù)文件，刪除四肢及頭部數(shù)據(jù)后，獲得人體軀干的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，這些點(diǎn)云數(shù)據(jù)的格式為沿Z軸方向等距離的水平切面輪廓上的三維坐標(biāo)點(diǎn)矩陣。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于個(gè)性化三維虛擬人臺(tái)的服裝衣身原型樣板生成方法，其特征是所述曲線擬合和曲面擬合分別采用Numbs曲線、曲面建模技術(shù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于個(gè)性化三維虛擬人臺(tái)的服裝衣身原型樣板生成方法，其特征是所述步驟(2)中的切面點(diǎn)云的重新采樣方法為，先求出每個(gè)切面曲線外包矩形，然后根據(jù)外包矩形的形狀采取以下三種方法對(duì)每個(gè)切面曲線進(jìn)行重新采樣(a)當(dāng)外包矩形為橫向長(zhǎng)方形時(shí)，在橫向中心線上求取兩個(gè)輔助點(diǎn)O1和O2，使O1A=O2B=L2/^,然后分別以O(shè)1和O2為圓心，按等角度(Θ/9)向四周沿η條射線，與原切面曲線的交點(diǎn)，即為所求采樣點(diǎn)；(b)當(dāng)外包矩形為縱向長(zhǎng)方形時(shí)，在縱向中心線上求取兩個(gè)輔助點(diǎn)OdP O2，使O1A=O2B=L1/^然后分別以O(shè)1和O2為圓心，按等角度(Θ /9)向四周沿η條射線，與原切面曲線的交點(diǎn)，即為所求采樣點(diǎn)；(c)當(dāng)外包矩形為縱向正方形時(shí)，直接以正方形的中心為圓心，按等角度向四周沿η條射線，與原切面曲線的交點(diǎn)，即為所求采樣點(diǎn)，三種方法對(duì)每個(gè)切面進(jìn)行重新采樣所得的點(diǎn)數(shù)均為36個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于個(gè)性化三維虛擬人臺(tái)的服裝衣身原型樣板生成方法，其特征是所述步驟(3)中，根據(jù)所述三種情況分別進(jìn)行下面對(duì)應(yīng)的處理(a)以y軸為分割線，分別計(jì)算左右兩邊的曲線上任意對(duì)應(yīng)的兩采樣點(diǎn)P:、P2到輔助點(diǎn)O1和O2的距離P !和P2，根據(jù)(P 1+Ρ2)/2的值調(diào)整對(duì)應(yīng)的兩采樣點(diǎn)的位置，使左右數(shù)據(jù)點(diǎn)的對(duì)稱化處理；(b)以I軸為分割線，對(duì)于X軸以上部分，分別計(jì)算左右兩邊的曲線上任意對(duì)應(yīng)的兩采樣點(diǎn)PpP2到輔助點(diǎn)O1的距離，記為91和P2;對(duì)于X軸以下部分，分別計(jì)算左右兩邊的曲線上任意對(duì)應(yīng)的兩采樣點(diǎn)PpP2到輔助點(diǎn)O2的距離，記為91和P2，然后根據(jù)(p1+p2)/2的值調(diào)整對(duì)應(yīng)的兩采樣點(diǎn)的位置，使左右數(shù)據(jù)點(diǎn)的對(duì)稱化處理；(c)以y軸為分割線，分別計(jì)算左右兩邊的曲線上任意對(duì)應(yīng)的兩采樣點(diǎn)P1UU中心點(diǎn)O的距離，記為PjP P2，然后根據(jù)(P 1+p2)/2的值調(diào)整對(duì)應(yīng)的兩采樣點(diǎn)的位置，使左右數(shù)據(jù)點(diǎn)的對(duì)稱化處理。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的基于個(gè)性化三維虛擬人臺(tái)的服裝衣身原型樣板生成方法，其特征是所述步驟(4)中，先對(duì)每個(gè)切面上經(jīng)過對(duì)稱處理的所有點(diǎn)，進(jìn)一步采用凸包算法，求出切面點(diǎn)集的凸包多邊形，然后將落在凸包多邊形內(nèi)的采樣點(diǎn)，沿中心點(diǎn)到該點(diǎn)的射線方向，在切平面上平移至凸包多邊形邊緣直線上。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于個(gè)性化三維虛擬人臺(tái)的服裝衣身原型樣板生成方法，其特征是所述步驟(6)中，根據(jù)2D原型樣板的結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)的特征線，通過平面與3D曲面求交的方法，預(yù)先在用三維圖形軟件在三維人體軀干模型上進(jìn)行定義，由于左右對(duì)稱，其一半的3D衣身原型曲面將被這些特征線分割成10個(gè)區(qū)域，前片包含5個(gè)區(qū)域(A，B, C，D，E)，后片也包含5后區(qū)域(F，G，H，I，J)。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于個(gè)性化三維虛擬人臺(tái)的服裝衣身原型樣板生成方法，其特征是所述步驟(7)中，先根據(jù)特征結(jié)構(gòu)線的形狀進(jìn)行均勻或非均勻分割，然后經(jīng)過分割點(diǎn)作曲面的正交切平面，再求取正交切平面與人體曲面的相交曲線，因各區(qū)域的表面特征差異而不同，具體方法如下 (a)對(duì)于A區(qū)域，首先過FNP點(diǎn)做與FNP-CP2線正交的切面后形成分割線FNP-CP4，然后過SNP作FNP-CP4的正交切面，形成分割線SNP-CP5，這里可以近似的把FNP-CP5、SNP-CP5分別看作是原型樣板中的前領(lǐng)寬、前領(lǐng)高，對(duì)于FNP-CP5線與CP1-CP2線之間的曲面和FNP-CP5-SNP的領(lǐng)口部分的曲面可以采用等間隔的橫向條狀分割，對(duì)于SNP-CP5-CP4-SP曲面片可以采用沿線SNP-CP5和CP4-SP進(jìn)行等間隔的橫向條狀分割，為了減小樣板展開時(shí)的誤差，前片肩部區(qū)域進(jìn)一步在取CP4-CP5和SP-SNP的中點(diǎn)處做一縱向分割線(CP6-SP2)； (b)對(duì)于B區(qū)域，首先在CP1-CP2線上取點(diǎn)CP3點(diǎn)，使CP2-CP3的長(zhǎng)等于FBPBP線的長(zhǎng)，并過BP，CP3點(diǎn)做以縱向分割線，對(duì)于FBP-BP-CP3-CP2曲面片進(jìn)行等間隔的縱向條狀分割，對(duì)于BP-CP1-CP3的曲面片采用橫向等間隔條狀分割； (c)對(duì)于C，G，H區(qū)域中的表面，為近似的圓臺(tái)曲面，因此采用一系列的水平切面對(duì)曲面進(jìn)行細(xì)分，從而形成一系列的水平分割線； (d)對(duì)于D，E，F(xiàn)區(qū)域的表面，在胸圍線以下部分采用一系列的水平切面進(jìn)行細(xì)分，形成水平分割線，胸圍線以上采用縱向切面進(jìn)行細(xì)分，形成縱向分割線； (e)對(duì)于I區(qū)域，采用等間隔的縱向條狀分割； (f)對(duì)于J區(qū)域，其細(xì)分方法與A區(qū)域的類似，首先過SP點(diǎn)做BP3-BP4線的正交切面，與人臺(tái)曲面形成了分割線SNP-BP6，對(duì)于曲面BNP-BP3-BP6-SNP部分，采用橫向，縱向分別進(jìn)行網(wǎng)格劃分，對(duì)于曲面SNP-BP6-BP4-SP部分可以采用沿線SNP-BP6和BP4-SP進(jìn)行等間隔的橫向條狀分割，然后過SNP-SP和BP4-BP6的中點(diǎn)處進(jìn)行縱向分割線BP7-SP2。
9.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于個(gè)性化三維虛擬人臺(tái)的服裝衣身原型樣板生成方法，其特征是所述步驟(8)中，首先在每個(gè)區(qū)域的展平過程中，將預(yù)先定義方向和位置受約束的特征線，如前中線和后中線展平后保持豎直，背寬線，胸寬線展平后保持水平等，各曲面片展平的原則總結(jié)如下 (a)原型前片，后片中心線展平后保持豎直狀態(tài)，前后片展平時(shí)分別從前中心和后中線向側(cè)縫線的順序，依次展開各曲面片，所有曲面在有3D向2D映射時(shí)的基本原則是保證每個(gè)劃分單元的各邊的長(zhǎng)度相等； (b)對(duì)于A，B區(qū)的曲面，在展平過程中，首先展開胸寬線CP1-CP2，保持水平，然后以CP1-CP2線和前中線為基準(zhǔn)依次展平其他分割線； (c)對(duì)于C區(qū)展開時(shí)，首先展開胸圍線段FBP-BP和前中線段FBP-FWP，其中FBP-BP保持水平，F(xiàn)BP-FffP保持豎直，然后以這兩條線為基準(zhǔn)，依次展平其他分割線； (d)對(duì)于D區(qū)曲面的展平，首先展開胸圍線段BP-XP2，并保持水平，然后以C片展平后的省道線Dl' -BP進(jìn)行對(duì)稱，得到D片展平后的省道線Dl" -BP，然后以胸圍線段BP-XP2和省道線Dl " -BP為基準(zhǔn)，依次展平其他分割線； (e)E區(qū)，F(xiàn)區(qū)的展平原則是胸圍線段XP2-XP3保持水平，E區(qū)的省道線D2"-CPl由D區(qū)對(duì)應(yīng)的省道線D2' -CPl對(duì)稱獲得，F(xiàn)區(qū)的省道線D4" -BPl由G區(qū)展平后對(duì)應(yīng)的省道線D2' -BPl對(duì)稱后獲得； (f)H，G區(qū)的展平原則分別與C，D區(qū)的展平原則類似，只是方向相反，H，G區(qū)展平時(shí)以背寬線BP12-BP2和后中線段BP2-BWP為基準(zhǔn)，其中BP1-BP2保持水平，BP2-BWP保持豎直，省道線D3' -BP5和D3 " -BP5保持對(duì)稱； (g)I區(qū)的展平時(shí)，首先展開背寬線BP3-BP4和后中心線段BP2-BP3，其中BP3-BP4保持水平，BP2-BP3保持豎直，然后以此為基準(zhǔn)依次展開其他分割線； (h)J區(qū)的展平時(shí)，首先展開背寬線BP3-BP4和后中心線段BNP-BP3，其中BP3-BP4保持水平，BNP-BP3保持豎直，然后以此為基準(zhǔn)依次展平曲面BNP-BP3-BP6-SNP和曲面BP4-BP6-SNP-SP中的分割線，另外為了保持后肩省，同時(shí)使后片的袖籠曲線保持圓順，在展平SP-BP4-BP7-BP8曲面片前，先在2D平面上構(gòu)造袖籠曲線，然后以袖籠曲線段SP-BP4和背寬線段BP4-BP7為基準(zhǔn)，依次映射其他分割線，最終形成在后片的肩省。
10.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于個(gè)性化三維虛擬人臺(tái)的服裝衣身原型樣板生成方法，其特征是所述步驟(8)中，每個(gè)細(xì)分單元的展平時(shí)，先將該單元與已映射的相連單元的連接點(diǎn)和連接邊對(duì)齊，然后以該單元的另外兩條邊的長(zhǎng)度為半徑，以該單元上已經(jīng)在2D平面上確定的兩連接點(diǎn)為圓心，做兩個(gè)圓，然后求該單元的另外一個(gè)映射點(diǎn)，以此類推，展平所有細(xì)分單元，最后形成二維原型樣板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種基于個(gè)性化三維虛擬人臺(tái)的服裝衣身原型樣板生成方法，首先將人體軀干的三維數(shù)據(jù)進(jìn)行切面曲線擬合，重新采樣，對(duì)稱化處、凸包計(jì)算、內(nèi)凹區(qū)域點(diǎn)的平移和曲面擬合等處理，得到對(duì)稱的、類似穿著緊身服效果的服裝虛擬人臺(tái)；然后在半身的三維人臺(tái)上定義特征點(diǎn)和線，并進(jìn)一步細(xì)分各區(qū)域曲面；最后基于特征線約束，將三維曲面進(jìn)行二維展平，生成個(gè)性化的服裝原型樣板。利用本發(fā)明所得到三維虛擬人體模型，可應(yīng)用于服裝工業(yè)人臺(tái)的個(gè)性化定制，所生成的原型樣板不僅繼承了現(xiàn)有三維曲面展平技術(shù)的準(zhǔn)確性，同時(shí)又能保持傳統(tǒng)原型的結(jié)構(gòu)特征，使結(jié)果能充分利用成熟的二維CAD技術(shù)，進(jìn)一步進(jìn)行特定款式服裝的樣板定制。
文檔編號(hào)G06F17/50GK102880741SQ201210293018
公開日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月16日
發(fā)明者楊允出, 鄒奉元 申請(qǐng)人:浙江理工大學(xué)