本發(fā)明涉及一種三維虛擬服裝快速試衣方法。

背景技術(shù)：

目前三維虛擬服裝的制作過程尚未達(dá)到全自動(dòng)建模水平，一件三維虛擬服裝的制作往往需要耗費(fèi)相當(dāng)?shù)娜肆臀锪?，而隨著網(wǎng)絡(luò)服裝銷售業(yè)務(wù)的蓬勃發(fā)展，我們總是希望能夠?qū)⒁患呀?jīng)制作完成的三維虛擬服裝，穿著在不同體型的人體表面，從而得到相應(yīng)的試衣效果。

當(dāng)同一件三維虛擬服裝穿著在不同體型的人體表面后，由于體型的差異，人體與服裝這兩個(gè)幾何表面之間，會(huì)出現(xiàn)如圖4所示的交叉穿透現(xiàn)象。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是解決當(dāng)人體體型不同時(shí)所出現(xiàn)的大面積交叉穿透現(xiàn)象。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是提供了一種面向真實(shí)掃描人體的三維虛擬服裝快速試衣方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1、掃描目標(biāo)人體，掃描所得目標(biāo)人體模型以三角形集合表示；

步驟2、建立符合要求的虛擬服裝源模型，虛擬服裝源模型針對(duì)體態(tài)勻稱的試衣模特建立，且由三角形集合構(gòu)成；

步驟3、將虛擬服裝源模型穿著在目標(biāo)人體模型表面，對(duì)目標(biāo)人體模型與虛擬服裝源模型之間出現(xiàn)的交叉穿透現(xiàn)象采用如下步驟予以補(bǔ)償：

步驟3.1、判斷虛擬服裝源模型中每個(gè)三角形的頂點(diǎn)所處的位置

令虛擬服裝源模型中三角形頂點(diǎn)p的法向?yàn)閚，沿著法向n方向，建立一個(gè)矢量n1，若矢量n1與目標(biāo)人體模型有交點(diǎn)q，則三角形頂點(diǎn)p位于目標(biāo)人體模型內(nèi)部，處于穿透狀態(tài)，若矢量n1與目標(biāo)人體模型沒有交點(diǎn)，則三角形頂點(diǎn)p位于目標(biāo)人體模型外部；

步驟3.2、對(duì)于所有處于穿透狀態(tài)的三角形頂點(diǎn)p，用交點(diǎn)q的三維坐標(biāo)替代點(diǎn)三角形頂點(diǎn)p的三維坐標(biāo)。

優(yōu)選地，在所述步驟3.1中，所述矢量n1的長(zhǎng)度為1米。

優(yōu)選地，在所述步驟3.2后還包括：

步驟3.3、通過增廣拉格朗日方法來解決虛擬服裝源模型出現(xiàn)的局部過度拉伸或者過度壓縮，從而保持面料的固有面積和形態(tài)。

優(yōu)選地，所述步驟3.3包括：

步驟3.3.1、設(shè)目標(biāo)函數(shù)f(x)為如下形式：

其中，n為虛擬服裝源模型中的三角形頂點(diǎn)的總數(shù)目，xi為第i個(gè)虛擬服裝源模型的三角形頂點(diǎn)經(jīng)過所述步驟3.2之前的位置，xi_new為xi經(jīng)過所述步驟3.2之后的位置；

對(duì)于虛擬服裝源模型的第j個(gè)三角形，其應(yīng)變約束的上邊界gupper(x)、下邊界glower(x)分別為：

gupper(x)＝wj(ε(x)-εmax)；

glower(x)＝wj(εmin-ε(x))，式中，權(quán)重wj為第j個(gè)三角形的面積的平方根，即sj為第j個(gè)三角形的面積，εmax為最大允許應(yīng)變值，εmin為最小允許應(yīng)變值，ε(x)為瞬時(shí)應(yīng)變值；

步驟3.3.2、對(duì)局部過度拉伸或者過度壓縮的過度應(yīng)變加以約束，將約束優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)表達(dá)minf(x)s.t.g(x)≤0，式中，g(x)為約束條件，改寫為：

式中，s為非負(fù)松弛變量；

步驟3.3.3、按照增廣拉格朗日方法的定義，將約束優(yōu)化問題表述為如下的拉格朗日乘子與罰函數(shù)的組合方式，得增廣拉格朗日函數(shù)la(x，s；λ，μ)：

式中，λ^t為拉普拉斯乘子的估算值矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣，μ為用于控制迭代的收斂速度；

步驟3.3.4、將s從變量簡(jiǎn)化為其優(yōu)化值將增廣拉格朗日函數(shù)la(x，s；λ，μ)表述為如下的無約束非線性形式la(x；λ，μ)：

式中，為罰函數(shù)；

步驟3.3.5、無約束非線性形式la(x；λ，μ)進(jìn)行迭代，具體迭代過程如下：

1)給定λ和μ值，通過非線性共軛梯度法對(duì)la(x；λ，μ)進(jìn)行最小化，從而更新x；

2)按照如下方式更新λ：

反復(fù)步驟1)及步驟2)直至收斂，得到虛擬服裝源模型的三角形集合中各頂點(diǎn)最終的空間位置。

采用本發(fā)明提供的方法，可以對(duì)目標(biāo)人體模型與虛擬服裝源模型之間出現(xiàn)的交叉穿透現(xiàn)象進(jìn)行補(bǔ)償，實(shí)現(xiàn)了同一虛擬服裝源模型對(duì)不同目標(biāo)人的試穿。當(dāng)有不同的目標(biāo)人時(shí)，無需重新構(gòu)造三維虛擬服裝，即可將其穿著在目標(biāo)人體表面，并展示三維服裝著裝效果。

附圖說明

圖1為源人體；

圖2為根據(jù)源人體制作的三維虛擬服裝(稱為源服裝)；

圖3為目標(biāo)人體；

圖4為源服裝在目標(biāo)人體表面出現(xiàn)大面積穿透現(xiàn)象；

圖5為采用本發(fā)明技術(shù)處理后的著裝效果。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合具體實(shí)施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明作各種改動(dòng)或修改，這些等價(jià)形式同樣落于本申請(qǐng)所附權(quán)利要求書所限定的范圍。

本發(fā)明提供了一種面向真實(shí)掃描人體的三維虛擬服裝快速試衣方法，包括以下步驟：

步驟1、掃描目標(biāo)人體，掃描所得目標(biāo)人體模型以三角形集合表示。

為了得到較好的試衣效果，人體在接受三維掃描時(shí)，采用自然站姿。即兩腳與肩同寬，兩臂自然下垂。掃描所得人體模型以三角形集合表示，其三角形密度為20000個(gè)/人。

步驟2、建立符合要求的虛擬服裝源模型。

建議通過三維掃描儀、三維服裝cad軟件，或者手工建模的方式來構(gòu)造虛擬服裝模型。特別地，本發(fā)明對(duì)虛擬服裝源模型的要求為：

1、虛擬服裝源模型應(yīng)針對(duì)圖1所示體態(tài)勻稱的試衣模特建立，以符合人類時(shí)裝展示行為。

2、虛擬服裝源模型由三角形集合構(gòu)成，其密度為5000-8000個(gè)/件，依服裝的類型不同而不同。

步驟3、將虛擬服裝源模型穿著在目標(biāo)人體模型表面，由于體型的差異，目標(biāo)人體模型與虛擬服裝源模型這兩個(gè)幾何表面之間，會(huì)出現(xiàn)如圖4所示的交叉穿透現(xiàn)象。為了克服這種穿透現(xiàn)象，采用如下技術(shù)予以補(bǔ)償。

步驟3.1、判斷虛擬服裝源模型中每個(gè)三角形的頂點(diǎn)所處的位置

令虛擬服裝源模型中三角形頂點(diǎn)p的法向?yàn)閚，沿著法向n方向，建立一個(gè)長(zhǎng)度為1米的矢量n1，若矢量n1與目標(biāo)人體模型有交點(diǎn)q，則三角形頂點(diǎn)p位于目標(biāo)人體模型內(nèi)部，處于穿透狀態(tài)，若矢量n1與目標(biāo)人體模型沒有交點(diǎn)，則三角形頂點(diǎn)p位于目標(biāo)人體模型外部；

步驟3.2、對(duì)于所有處于穿透狀態(tài)的三角形頂點(diǎn)p，用交點(diǎn)q的三維坐標(biāo)替代點(diǎn)三角形頂點(diǎn)p的三維坐標(biāo)。

經(jīng)過步驟3.2的補(bǔ)償方式，虛擬服裝源模型在穿透區(qū)域的幾何形態(tài)被人為地改變了，并且這種改變未必符合面料的變形方式，有可能出現(xiàn)局部過度拉伸或者過度壓縮的情況，為了保持面料的固有面積和形態(tài)，必須對(duì)過度的應(yīng)變加以約束，即通過增廣拉格朗日方法來解決該約束優(yōu)化問題，具體如下：

步驟3.3、通過增廣拉格朗日方法來解決虛擬服裝源模型出現(xiàn)的局部過度拉伸或者過度壓縮，從而保持面料的固有面積和形態(tài)，具體包括：

步驟3.3.1、設(shè)目標(biāo)函數(shù)f(x)為如下形式：

其中，n為虛擬服裝源模型中的三角形頂點(diǎn)的總數(shù)目，xi為第i個(gè)虛擬服裝源模型的三角形頂點(diǎn)經(jīng)過所述步驟3.2之前的位置，xi_new為xi經(jīng)過所述步驟3.2之后的位置；

對(duì)于虛擬服裝源模型的第j個(gè)三角形，其應(yīng)變約束的上邊界gupper(x)、下邊界glower(x)分別為：

gupper(x)＝wj(ε(x)-εmax)；

glower(x)＝wj(εmin-ε(x))，式中，權(quán)重wj為第j個(gè)三角形的面積的平方根，即sj為第j個(gè)三角形的面積，εmax＝1.01為最大允許應(yīng)變值，εmin＝0.99為最小允許應(yīng)變值，ε(x)為瞬時(shí)應(yīng)變值；

步驟3.3.2、對(duì)局部過度拉伸或者過度壓縮的過度應(yīng)變加以約束，將約束優(yōu)化問題的數(shù)學(xué)表達(dá)minf(x)s.t.g(x)≤0，式中，g(x)為約束條件，改寫為：

式中，s為非負(fù)松弛變量；

步驟3.3.3、按照增廣拉格朗日方法的定義，將約束優(yōu)化問題表述為如下的拉格朗日乘子與罰函數(shù)的組合方式，得增廣拉格朗日函數(shù)la(x，s；λ，μ)：

式中，λ^t為拉普拉斯乘子的估算值矩陣的轉(zhuǎn)置矩陣，μ為用于控制迭代的收斂速度；

步驟3.3.4、將s從變量簡(jiǎn)化為其優(yōu)化值將增廣拉格朗日函數(shù)la(x，s；λ，μ)表述為如下的無約束非線性形式la(x；λ，μ)：

式中，為罰函數(shù)；

步驟3.3.5、無約束非線性形式la(x；λ，μ)進(jìn)行迭代，具體迭代過程如下：

1)給定λ和μ值，通過非線性共軛梯度法對(duì)la(x；λ，μ)進(jìn)行最小化，從而更新x；

2)按照如下方式更新λ：

反復(fù)步驟1)及步驟2)直至收斂，得到虛擬服裝源模型的三角形集合中各頂點(diǎn)最終的空間位置。若迭代100次還不收斂時(shí)，取第100次更新后的x值作為三角形集合中各頂點(diǎn)最終的空間位置。

采用本發(fā)明后的總體表現(xiàn)即為穿透補(bǔ)償結(jié)束時(shí)的試衣效果，如圖5所示。