基于人體骨架與二維形變的真實感服裝創(chuàng)建方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種基于人體骨架與二維形變的真實感服裝創(chuàng)建方法，包括：（1）將服裝圖案轉(zhuǎn)換為三角面片模型，將該三角面片模型映射到預(yù)先構(gòu)建的人體模型上，建立三角面片模型與人體模型中人體骨架的相對位置關(guān)系，得到三角面片模型上的二維形變控制點；（2）改變?nèi)梭w骨架的姿勢，根據(jù)步驟（1）得到的相對位置關(guān)系，獲得所有二維形變控制點的新位置，根據(jù)所有二維形變控制點的新位置計算新姿勢下的三角面片模型；（3）基于新姿勢下的三角面片模型，重新計算服裝圖案中的樣式線和圖案曲線并進行渲染，得到二維形變后的服裝圖案。本發(fā)明方法使設(shè)計師可以通過電腦在不同姿勢下模擬二維服裝的試穿效果，以便設(shè)計出更為貼身的服裝。
【專利說明】基于人體骨架與二維形變的真實感服裝創(chuàng)建方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及計算機圖形學(xué)及計算機輔助設(shè)計領(lǐng)域，特別是涉及一種基于人體骨架與二維形變的真實感服裝創(chuàng)建方法。
【背景技術(shù)】
[0002]計算機輔助服裝設(shè)計技術(shù)融合了設(shè)計師的思想和經(jīng)驗，通過計算機強大的計算能力，使得服裝設(shè)計更加科學(xué)化和高效化，為服裝設(shè)計師提供了一種便捷的輔助工具。近年來，該技術(shù)已被廣泛地應(yīng)用于服裝設(shè)計機構(gòu)、服裝生成基地等。計算機輔助服裝設(shè)計技術(shù)的發(fā)展很大程度上得益于圖形學(xué)技術(shù)的發(fā)展。
[0003]圖形學(xué)領(lǐng)域中，二維形變技術(shù)得到了廣泛的研究，已被成功地應(yīng)用于圖像編輯、計算機輔助設(shè)計、人機交互和計算機動畫等。為了生成滿意的服裝設(shè)計結(jié)果，研究者們根據(jù)應(yīng)用環(huán)境的不同提出了很多變形算法。其中，Igarashi等提出了一個兩步算法，可以像操縱二維實體變形一樣進行二維形變操作，參見Igarashi, T., T.Moscovich, and.J.F.Hughes, As-Rigid-As-Possible Shape Manipulation, ACM Transactions onGraphics, ACM Transactions on Graphics, 2005，24 (3): 1134-1141。在此研究基礎(chǔ)之上，有研究人員提出使用非線性最小二乘優(yōu)化方法進行二維形變，參見Weng，Y.，Xu W., WuY.,Zhou K.and Guo B., 2D shape deformation using nonlinear least squaresoptimization, The Visual Computer，2006，22(9):653-660。
[0004]根據(jù)物體材料的剛性和硬度，Yang等提出了一種交互式二維/三維形狀變形方法，在操縱變形的時候，用戶可以調(diào)節(jié)物體的硬度，參見Yang，W.，J.Feng, and X.Jinj Shapedeformation with tunable stiffness, The Visual Computer，2008.24 (7-9):495-503。Yu和Zhang等提出了一種保持拓撲約束的二維形變框架，參見H.Yu and J.J.Zhang, Topologypreserved shape deformation, The Visual Computer，28 (6-8)，849-858，2012。
[0005]通過模仿傳統(tǒng)的紙筆設(shè)計方式，基于草圖的服裝設(shè)計技術(shù)可以提供自然有效的交流平臺，近年來得到了很大發(fā)展。Igarashi等提出了基于草圖的在人體上穿衣服方法，用戶可以在人體和衣服上自由繪制對應(yīng)標(biāo)記，系統(tǒng)通過匹配這些對應(yīng)將衣服穿到人體上，參見 Igarashi，T.and J.F.Hughes, Clothing manipulation, in Proceedings ofthel5th annual ACM symposium on User interface software and technology, 2002, NewYork，USA。Turqin等開發(fā)了一個基于草圖的界面，用戶可以直接在三維角色身上進行勾畫，三維虛擬衣服可以很快生成出來，參見Turquin，E.，Wither J，BoissieuxL，Cani Μ.-P.，and Hughes, J.F., A Sketch-Based Interface for Clothing VirtualCharacters, IEEE Computer Graphi cs&App Ii cat ion, 2007.27 (I): 72-81。在這一思想的基礎(chǔ)上，Decaudin等提出一種自動服裝設(shè)計方法，可以創(chuàng)建可展平的二維衣片，便于進行衣物的縫制，參見 Decaudin，P.，Julius D.，Wither J.，Boissieux Lj Sheffer A.and CaniM.-P., Virtual Garments:A Fully Geometric Approach for Clothing Design, ComputerGraphics Forum, 2006.25(3): 625-634。Ma等開發(fā)了 一個基于草圖的二維衣服概念設(shè)計方法，可以在產(chǎn)品進入生產(chǎn)流水線之前幫助設(shè)計者識別不同的衣服設(shè)計方案，參見Ma，C.X., Liu Y.J., Yang H.Y., Teng D.X., Wang H.A.and Dai G.Z., KnitSketch:A Sketch Padfor Conceptual Design of2D Garment Patterns,IEEE Transactions on AutomationScience and Engineering，2011.8 (2):431_437。
[0006]現(xiàn)有的二維服裝設(shè)計是通過設(shè)計師直接對二維的服裝草圖進行拉伸，因此無法很好地模擬和觀察服裝穿在人體模型上時的形變、樣式線條效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明提供了一種基于人體骨架與二維形變的真實感服裝創(chuàng)建方法。該方法根據(jù)人體骨架與人體特征點的布局，結(jié)合二維形變技術(shù)，將設(shè)計師勾畫的二維服裝變形到對應(yīng)新姿勢下，從而方便設(shè)計師觀察所設(shè)計的服裝在不同姿勢下的效果。本發(fā)明的每一個步驟都可以在家用電腦上處理，為專業(yè)服裝設(shè)計人員提供了一種簡便且直觀的輔助服裝創(chuàng)建方法。
[0008]一種基于人體骨架與二維形變的真實感服裝創(chuàng)建方法，包括:
[0009](I)將服裝圖案轉(zhuǎn)換為三角面片模型，將該三角面片模型映射到預(yù)先構(gòu)建的人體模型上，建立三角面片模型與人體模型中人體骨架的相對位置關(guān)系，得到三角面片模型上的二維形變控制點；
[0010](2)改變?nèi)梭w骨架的姿勢，根據(jù)步驟(I)得到的相對位置關(guān)系，獲得所有二維形變控制點的新位置，根據(jù)所有二維形變控制點的新位置計算新姿勢下的三角面片模型；
[0011](3)基于新姿勢下的三角面片模型，重新計算服裝圖案中的樣式線和圖案曲線并進行渲染，得到二維形變后的服裝圖案。
[0012]其中服裝圖案是指由設(shè)計師預(yù)先勾畫的二維形式的服裝。人體骨架姿勢改變時，通過三角面片模型上相應(yīng)的的二維形變控制點來控制三角面片模型的二維形變。
[0013]步驟(I)中將服裝圖案轉(zhuǎn)換為三角面片模型的過程為:
[0014]描繪所述服裝圖案的外圍輪廓線，構(gòu)成一個封閉的多邊形；
[0015]使用Delaunay三角剖分算法將該多邊形三角化，得到對應(yīng)的三角面片模型。
[0016]其中三角面片模型中包含多個三角面片，構(gòu)成整個封閉的多邊形。
[0017]將三角面片模型映射到預(yù)先構(gòu)建的人體模型上時，步驟如下:
[0018]a)在三角面片模型的外圍輪廓上選擇若干特征點；
[0019]b)在人體模型上選擇所述特征點的對應(yīng)點；
[0020]c)匹配所述特征點與對應(yīng)點，如果三角面片模型覆蓋人體模型的對應(yīng)部位，則完成映射過程，否則執(zhí)行步驟d)；
[0021]d)增加若干特征點以及相匹配的對應(yīng)點，將所有的特征點以及相匹配的對應(yīng)點作為對三角面片模型進行RBF插值映射的約束條件，對三角面片模型進行插值處理，使插值后的三角面片模型覆蓋人體模型的對應(yīng)部位，完成映射過程。
[0022]在人體模型上與三角面片模型外圍輪廓對應(yīng)處的點為人體模型身形的輪廓。例如，在三角面片模型中選擇肩點，則在人體模型肩膀輪廓處相應(yīng)位置選擇肩點的對應(yīng)點。
[0023]其中二維形變控制點選擇過程為:設(shè)定人體骨架初始為正立姿勢，正立姿勢下的人體骨架包括若干線段以及相鄰線段的連接點，還包括兩條初始為水平的特征線，將兩條特征線的端點以及所有連接點均作為人體特征點；計算所述二維形變控制點時遍歷三角面片模型中的所有三角面片，為人體骨架中的每一條線段選擇若干個臨近的網(wǎng)格頂點作為二維形變控制點。其中，特征線用于更好地展現(xiàn)不同姿勢下人體軀干的狀態(tài)。
[0024]由每個人體特征點的坐標(biāo)確定其所在的三角面片，若人體特征點與其所在三角面片的中心點的距離小于設(shè)定值，則由該中心點將該三角面片劃分為三個新的三角面片，該中心點也作為二維形變控制點。
[0025]通過將人體特征點所臨近的三角面片中心點增加到二維形變控制點中，能夠更加精確地進行二維形變控制。
[0026]對于緊身款的二維服裝，通過增加人體骨架來達到較精確的控制。對于步驟d)中獲得的插值后的三角面片模型，在計算其二維形變控制點時，在插值后的三角面片模型的外輪廓與人體骨架的中間位置構(gòu)建曲線段，該曲線段以及相鄰曲線段之間的連接點也作為人體骨架的一部分。
[0027]步驟(2)中基于三角面片各個頂點與相應(yīng)二維形變控制點的相對位置關(guān)系，在滿足誤差總和最小的條件下，得到三角面片各個頂點的新位置，即獲得新姿勢下的三角面片模型。
[0028]由于各個控制點對每一個三角面片頂點所產(chǎn)生的期望位置不同，存在誤差，因此每個頂點的新位置應(yīng)滿足總體誤差最小。
[0029]得到三角面片各個頂點的新位置后，還需進行三角面片的比例調(diào)整，之后獲得新姿勢下的三角面片模型，其中，三角面片的比例調(diào)整包括如下步驟:
[0030]步驟2-1，設(shè)是與三角面片Ivtl, V1, ν2}匹配的新面片，其中通過最小化新面片的誤差得到，新面片誤差表示如下:
【權(quán)利要求】
1.一種基于人體骨架與二維形變的真實感服裝創(chuàng)建方法，其特征在于，包括: (1)將服裝圖案轉(zhuǎn)換為三角面片模型，將該三角面片模型映射到預(yù)先構(gòu)建的人體模型上，建立三角面片模型與人體模型中人體骨架的相對位置關(guān)系，得到三角面片模型上的二維形變控制點； (2)改變?nèi)梭w骨架的姿勢，根據(jù)步驟(1)得到的相對位置關(guān)系，獲得所有二維形變控制點的新位置，根據(jù)所有二維形變控制點的新位置計算新姿勢下的三角面片模型； (3)基于新姿勢下的三角面片模型，重新計算服裝圖案中的樣式線和圖案曲線并進行渲染，得到二維形變后的服裝圖案。
2.如權(quán)利要求1所述基于人體骨架與二維形變的真實感服裝創(chuàng)建方法，其特征在于，步驟(1)中將服裝圖案轉(zhuǎn)換為三角面片模型的過程為: 描繪所述服裝圖案的外圍輪廓線，構(gòu)成一個封閉的多邊形； 使用Delaunay三角剖分算法將該多邊形三角化，得到對應(yīng)的三角面片模型。
3.如權(quán)利要求1所述基于人體骨架與二維形變的真實感服裝創(chuàng)建方法，其特征在于，將三角面片模型映射到預(yù)先構(gòu)建的人體模型上時，步驟如下: a)在三角面片模型的外圍輪廓上選擇若干特征點； b)在人體模型上選擇所述特征點的對應(yīng)點； c)匹配所述特征點與對應(yīng)點，如果三角面片模型覆蓋人體模型的對應(yīng)部位，則完成映射過程，否則執(zhí)行步驟d);` d)增加若干特征點以及相匹配的對應(yīng)點，將所有的特征點以及相匹配的對應(yīng)點作為對三角面片模型進行RBF插值映射的約束條件，對三角面片模型進行插值處理，使插值后的三角面片模型覆蓋人體模型的對應(yīng)部位，完成映射過程。
4.如權(quán)利要求1所述基于人體骨架與二維形變的真實感服裝創(chuàng)建方法，其特征在于，其中二維形變控制點選擇過程為:設(shè)定人體骨架初始為正立姿勢，正立姿勢下的人體骨架包括若干線段以及相鄰線段的連接點，還包括兩條初始為水平的特征線，將兩條特征線的端點以及所有連接點均作為人體特征點；計算所述二維形變控制點時遍歷三角面片模型中的所有三角面片，為人體骨架中的每一條線段選擇若干個臨近的網(wǎng)格頂點作為二維形變控制點。
5.如權(quán)利要求4所述基于人體骨架與二維形變的真實感服裝創(chuàng)建方法，其特征在于，由每個人體特征點的坐標(biāo)確定其所在的三角面片，若人體特征點與其所在三角面片的中心點的距離小于設(shè)定值，則由該中心點將該三角面片劃分為三個新的三角面片，該中心點也作為二維形變控制點。
6.如權(quán)利要求3所述基于人體骨架與二維形變的真實感服裝創(chuàng)建方法，其特征在于，對于步驟d)中獲得的插值后的三角面片模型，在計算其二維形變控制點時，在插值后的三角面片模型的外輪廓與人體骨架的中間位置構(gòu)建曲線段，該曲線段以及相鄰曲線段之間的連接點也作為人體骨架的一部分。
7.如權(quán)利要求1所述基于人體骨架與二維形變的真實感服裝創(chuàng)建方法，其特征在于，步驟(2)中基于三角面片各個頂點與相應(yīng)二維形變控制點的相對位置關(guān)系，在滿足誤差總和最小的條件下，得到三角面片各個頂點的新位置，即獲得新姿勢下的三角面片模型。
8.如權(quán)利要求7所述基于人體骨架與二維形變的真實感服裝創(chuàng)建方法，其特征在于，得到三角面片各個頂點的新位置后，還需進行三角面片的比例調(diào)整，之后獲得新姿勢下的三角面片模型，其中，三角面片的比例調(diào)整包括如下步驟: 步驟2-1，設(shè){vK,vf2}是與三角面片{V(l，Vl，v2}匹配的新面片，其中V[通過最小化新面片的誤差得到，新面片誤差表示如下:
【文檔編號】G06F17/50GK103678769SQ201310559433
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2013年11月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月12日
【發(fā)明者】萬賢美, 金小剛 申請人:浙江大學(xué)