一種用于服裝工業(yè)的數(shù)字化混合人體快速建模方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種用于服裝工業(yè)的數(shù)字化混合人體快速建模方法，包括以下步驟：獲取需要建模人體的全身3D點云數(shù)據(jù)以及人體面部照片；把人體的點云分成頭、手、腳、胳膊、腿、大身和肩部七個部位，其中頭部使用圖片建模方法，手和腳使用正向建模方法，胳膊、腿、大身和肩部使用基于點云的逆向建模方法；通過結(jié)合手、腳、胳膊、腿、肩部和大身的模型構(gòu)建一個身體模型，并通過結(jié)合頭和身體模型構(gòu)建一個完整的人體模型；依據(jù)真實人體的骨骼系統(tǒng)創(chuàng)建一個虛擬骨骼系統(tǒng)，調(diào)整虛擬骨骼系統(tǒng)的骨骼和關(guān)節(jié)點使之與人體模型的骨骼和關(guān)節(jié)點相對應(yīng)，然后把虛擬骨骼綁定到人體模型上。本發(fā)明能夠快速構(gòu)建一個滿足服裝工業(yè)用的逼真的3D數(shù)字化人體模型。
【專利說明】
一種用于服裝工業(yè)的數(shù)字化混合人體快速建模方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及人體建模技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種用于服裝工業(yè)的數(shù)字化混合人體快速建模方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前虛擬試穿技術(shù)，虛擬立體裁剪技術(shù)，3D服裝設(shè)計與樣板開發(fā)技術(shù)，虛擬服裝走秀技術(shù)等廣泛的應(yīng)用于服裝行業(yè)。這些技術(shù)都需要一個數(shù)字化的3D人體模型。人體建模技術(shù)主要包含正向建模，逆向建模，圖片建模，參數(shù)化建模等。然而，這些人體建模技術(shù)單獨使用都不能很好的構(gòu)建符合服裝工業(yè)要求的人體模型。服裝工業(yè)對數(shù)字化3D人體模型的要求主要包含以下幾個方面:
[0003]—、人體模型的各部位尺寸須與真實的人盡可能的相同(用于虛擬試穿，虛擬立體裁剪等);
[0004]二、人體模型要能夠做各種動作，且其面部和膚色與真實人體應(yīng)盡可能相似(用于動態(tài)的虛擬試穿評估，高質(zhì)量的虛擬試穿以及制作虛擬走秀等)。
[0005]正向建模的方法構(gòu)建3D人體模型受建模者個人建模水平等主觀因素影響很大。這種方法不依據(jù)人體的尺寸進(jìn)行建模，全靠建模者的個人構(gòu)思，所以構(gòu)建出來的人體模型外觀與真實人體相似，但是尺寸是隨機的，并不能構(gòu)建一個與真實人體尺寸相同的3D人體模型，所以單純通過正向建模的方式構(gòu)建出來的人體模型并不符合服裝工業(yè)使用。此外這種建模方法構(gòu)建3D人體模型的速度慢，效率低，模型的成本很高。
[0006]圖片建模的方法構(gòu)建3D人體模型，是用一張或多張人體的二維平面照片，通過計算機合成的方式構(gòu)建人體模型，這種方法雖然建立的3D人體模型與真實人體的外觀很相似，但尺寸與真實人體相差很大，所以也不能用于服裝工業(yè)使用。
[0007]參數(shù)化建模的方法構(gòu)建3D人體模型，是用人體的幾個主要尺寸，例如身高、臀圍、腰圍、臂長、腿長等這些關(guān)鍵尺寸構(gòu)建人體模型。雖然這種方法能夠快速構(gòu)建3D人體模型，但是由于這種方法采用人體的幾個關(guān)鍵尺寸來控制其他不同部位尺寸的數(shù)值，所以主要部位尺寸可以與真實人體完全相同，但其他部位尺寸與真實人體并不完全相同。所以此方法構(gòu)建的人體模型只能大體符合服裝設(shè)計使用，對于量身定制則不可行。
[0008]目前服裝工業(yè)使用的3D人體模型是通過3D人體掃描獲取人體點云數(shù)據(jù)，然后依據(jù)掃描的人體點云數(shù)據(jù)，通過逆向建模的方式構(gòu)建的。這種建模方法的缺點是建模要完全依據(jù)點云數(shù)據(jù)，而3D人體掃描的點云在頭部、手和腳等部位缺陷嚴(yán)重，無法用點云數(shù)據(jù)建模。此外，頭部和面部比較復(fù)雜，使用逆向建模的方法去構(gòu)建，速度慢，效率低。依據(jù)現(xiàn)有的人體建模技術(shù)構(gòu)建達(dá)到服裝工業(yè)需求的3D人體模型，技術(shù)難度大，成本高，效率低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種用于服裝工業(yè)的數(shù)字化混合人體快速建模方法，能夠快速構(gòu)建一個滿足服裝工業(yè)用的逼真的3D數(shù)字化人體模型。
[0010]本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是:提供一種用于服裝工業(yè)的數(shù)字化混合人體快速建模方法，包括以下步驟:
[0011 ] (I)獲取需要建模人體的全身3D點云數(shù)據(jù)以及需要建模的人體面部照片；
[0012](2)依據(jù)人體3D點云數(shù)據(jù)，把人體的點云分成頭、手、腳、胳膊、腿、大身和肩部七個部位，其中頭部使用圖片建模方法，手和腳使用正向建模方法，胳膊、腿、大身和肩部使用基于點云的逆向建模方法；
[0013](3)通過結(jié)合手、腳、胳膊、腿、肩部和大身的模型構(gòu)建一個身體模型，并通過結(jié)合頭和身體模型構(gòu)建一個完整的人體模型；
[0014](4)依據(jù)真實人體的骨骼系統(tǒng)創(chuàng)建一個虛擬骨骼系統(tǒng)，調(diào)整虛擬骨骼系統(tǒng)的骨骼和關(guān)節(jié)點使之與人體模型的骨骼和關(guān)節(jié)點相對應(yīng)，然后把虛擬骨骼綁定到人體模型上。
[0015]所述步驟(2)中手和腳正向建模具體包括:首先建立一個長方體；調(diào)整長方體的點、線和面，使其近似于手或腳的形狀;增加模型網(wǎng)格的數(shù)量，直到手或腳的模型光滑度達(dá)到要求為止。
[0016]所述步驟(2)中使用人體面部的正面照片和側(cè)面照片進(jìn)行頭部建模。
[0017]所述步驟(2)中腿的建模具體包括:通過20個水平的橫截面抽取點云;將抽取的點云擬合成曲線;通過放樣擬合的曲線構(gòu)建出腿部模型。
[0018]所述步驟(2)中大身的建模具體包括:通過水平腋窩線、水平襠底線和中心線抽取兩個水平橫截面和一個豎直縱截面;通過兩個水平橫截面和一個豎直縱截面分別抽取點云；通過抽取的點云分別擬合水平腋窩曲線、前中心線曲線、后中心線曲線和水平襠底曲線;修剪水平腋窩曲線、前中心線曲線、后中心線曲線和水平襠底曲線使其首尾相連形成一個空間四邊形;抽取空間四邊形中的點云；由空間四邊形和其包含的點云擬合曲面，最后通過對稱曲面的方式得到一個大身模型。
[0019]所述步驟(2)中胳膊的建模具體包括:通過穿過手腕線的橫截面抽取點云，并依據(jù)點云擬合出手腕曲線;沿著袖籠曲線的形狀創(chuàng)建一條曲線，通過投影該曲線的方式抽取點云，依據(jù)得到的點云擬合出袖籠曲線;依據(jù)袖籠的側(cè)縫線創(chuàng)建兩條曲線，通過投影該兩條曲線的方式抽取點云，依據(jù)得到的點云擬合出胳膊側(cè)縫線;修剪手腕曲線、袖籠曲線和胳膊側(cè)縫線使其形成一個首尾相連的空間四邊形；抽取空間四邊形中的點云；依據(jù)空間四邊形中的點云和空間四邊形擬合曲面;通過擬合曲面的上下交接點分別構(gòu)建兩條曲線，并結(jié)合胳膊側(cè)縫線構(gòu)建一個曲面，并將該曲面與空間四邊形擬合的曲面結(jié)合形成胳膊模型。
[0020]所述步驟(2)中肩部的建模具體包括:通過穿過領(lǐng)圍中線，身體中心線和水平腋窩線分別抽取點云；依據(jù)點云分別擬合出四條曲線;修剪該四條曲線使其首尾相連形成空間四邊形;抽取空間四邊形中的點云;依據(jù)空間四邊形中的點云和空間四邊形擬合曲面;通過曲面對稱的方法得到整個肩部模型。
[0021]有益效果
[0022]由于采用了上述的技術(shù)方案，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有以下的優(yōu)點和積極效果:本發(fā)明把人體劃分為頭、肩、大身、手、胳膊、腿和腳七個部位。不同的部位使用不同的建模方法，其中頭部用圖片建模方法，手和腳使用正向建模方法，其他部位使用基于點云數(shù)據(jù)的逆向建模方法。本發(fā)明能夠快速的構(gòu)建達(dá)到服裝工業(yè)需求的3D數(shù)字化的人體模型。
【附圖說明】
[0023]圖1是人體點云劃分示意圖；
[0024]圖2是手和腳的正向建模流程圖；
[0025]圖3是基于圖片的頭部建模流程圖；
[0026]圖4是腿部逆向建模流程圖；
[0027]圖5是大身逆向建模流程圖；
[0028]圖6是胳膊逆向建模流程圖；
[0029]圖7是肩部逆向建模流程圖；
[0030]圖8是靜態(tài)人體的混合建模流程圖；
[0031 ]圖9是人體模型骨骼綁定流程圖。
【具體實施方式】
[0032]下面結(jié)合具體實施例，進(jìn)一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實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)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落于本申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0033]本發(fā)明的實施方式涉及一種用于服裝工業(yè)的數(shù)字化混合人體快速建模方法，包括以下步驟:獲取需要建模人體的全身3D點云數(shù)據(jù)以及需要建模的人體面部照片；依據(jù)人體3D點云數(shù)據(jù)，把人體的點云分成頭、手、腳、胳膊、腿、大身和肩部七個部位，其中頭部使用圖片建模方法，手和腳使用正向建模方法，胳膊、腿、大身和肩部使用基于點云的逆向建模方法;通過結(jié)合手、腳、胳膊、腿、肩部和大身的模型構(gòu)建一個身體模型，并通過結(jié)合頭和身體模型構(gòu)建一個完整的人體模型；依據(jù)真實人體的骨骼系統(tǒng)創(chuàng)建一個虛擬骨骼系統(tǒng)，調(diào)整虛擬骨骼系統(tǒng)的骨骼和關(guān)節(jié)點使之與人體模型的骨骼和關(guān)節(jié)點相對應(yīng)，然后把虛擬骨骼綁定到人體模型上。具體如下:
[0034]第一部分建模數(shù)據(jù)的收集
[0035](一)人體點云數(shù)據(jù)的收集
[0036]通過三維人體掃描儀獲取需要建模人體的全身3D點云數(shù)據(jù)，此數(shù)據(jù)用于身體的建模。
[0037](二)人體面部照片的收集
[0038]通過數(shù)碼相機拍攝需要建模的人體面部照片，一張正面面部照片和一張側(cè)面面部照片，收集的這兩張照片用于接下來的頭部建模使用。
[0039]第二部分基于混合建模方法的人體建模步驟
[0040](— )人體點云數(shù)據(jù)的劃分以及人體各部位建模的方法
[0041 ]依據(jù)人體點云數(shù)據(jù)，把人體的點云分成頭、手、腳、胳膊、腿、大身和肩部七個部位，其中頭部使用圖片建模方法，手和腳使用正向建模方法，胳膊、腿、大身和肩部使用基于點云的逆向建模方法，如圖1所示。
[0042](二)手和腳的正向建模
[0043](I)首先建立一個長方體(圖2-a);
[0044](2)調(diào)整長方體的點、線和面，使其盡可能的近似于手的形狀(圖2-b和圖2-c);
[0045](3)增加模型網(wǎng)格的數(shù)量，直到手的模型光滑度達(dá)到要求為止(圖2-d)。
[0046]此外，腳部模型的構(gòu)建也使用同樣的方法(圖2-e，圖2-f，圖2_g，圖2_h)。
[0047](三)頭部的圖片建模
[0048](I)取人的正面和側(cè)面照片。
[0049](2)通過圖片建模的方法構(gòu)建人體的頭部模型(如圖3所示)。
[0050](四)腿、胳膊、大身和肩部的逆向建模[0051 ] 4.1腿部的建模
[0052](I)通過20個水平的橫截面抽取點云P4.I，P4.2...Ρ4.20(圖4-a)。
[0053](2)依據(jù)點云？4.1少4.2"子4.20分別擬合曲線04.1，04.2"{4.20(圖4-13)。
[0054](3)通過放樣曲線C4.1，C4.2…C4.20構(gòu)建腿部的模型(圖4_c)。
[0055]4.2大身的建模
[0056](I)通過水平腋窩線，水平襠底線和中心線抽取水平橫截面CS5.1，水平橫截面CS5.2和豎直縱截面LS5.1 (圖5-a)。
[0057](2)通過水平橫截面CS5.1，水平橫截面CS5.2和豎直縱截面LS5.1分別抽取點云卩5.1，卩5.2和卩5.3(圖5-13)。
[0058](3)通過點云P5.1，P5.2和P5.3分別擬合水平腋窩曲線C5.1，前中心線曲線C5.2，后中心線曲線C5.3和水平襠底曲線C5.4(圖5-c)。
[0059](4)修剪擬合水平腋窩曲線C5.1，前中心線曲線C5.2，后中心線曲線C5.3和水平襠底曲線C5.4使其首尾相連形成一個空間四邊形CSQ5.1 (圖5-d)。
[0060](5)抽取空間四邊形CSQ5.1中的點云Ρ5.4(圖5-e)。
[0061 ] (6)由空間四邊形CSQ5.1和其包含的點云P5.4擬合曲面S5.1 (圖5_f)，最后通過對稱曲面S5.1的方法得到一個完整的大身模型(圖5-g)。
[0062]4.3胳膊的建模
[0063](I)通過穿過手腕線的橫截面抽取點云P6.1(圖6-a)，依據(jù)點云P6.1擬合手腕曲線〇6.1(圖6-13)。
[0064](2)沿著袖籠曲線的形狀創(chuàng)建曲線C6.2，通過投影曲線C6.2抽取點云P6.2(圖6-b)，依據(jù)點云P6.2擬合袖籠曲線C6.3(圖6-b和圖6-c)。
[0065](3)依據(jù)袖籠的側(cè)縫線創(chuàng)建曲線C6.4和C6.5，通過投影曲線C6.4和C6.5的方式抽取點云P6.3和P6.4(圖6-d)，接著依據(jù)點云P6.3和P6.4擬合胳膊側(cè)縫線C6.6和C6.7(圖6-
e) ο
[0066](4)修剪手腕曲線C6.1，袖籠曲線C6.3，胳膊側(cè)縫線C6.6和C6.7使其形成一個首尾相連的空間四邊形CSQ6.1 (圖6-f)，抽取空間四邊形CSQ6.1中的點云P6.5(圖6_g)。
[0067](5)依據(jù)手腕曲線C6.1，袖籠曲線C6.3，胳膊側(cè)縫線C6.6和C6.7以及點云P6.5擬合曲面S6.1(圖6-f，圖6-g和圖6-h)。
[0068](6)通過橋接點A和B，構(gòu)建曲線C6.8;通過橋接點C和D，構(gòu)建曲線C6.9 (圖6_i)。
[0069](7)通過雙樣條放樣胳膊側(cè)縫線C6.6和C6.7以及曲線C6.8和C6.9構(gòu)建曲面S6.2(圖 6_i)0
[0070](8)通過結(jié)合曲面S6.1和S6.2構(gòu)建胳膊模型(圖6-j)。
[0071]4.4肩部的建模
[0072](I)通過穿過領(lǐng)圍中線，身體中心線和水平腋窩線的三個平面分別抽取點云P7.1，P7.2，P7.3和P7.4(圖7_a和圖 7_b);
[0073](2)依據(jù)點云P7.1，P7.2，P7.3和P7.4分別擬合曲線C7.1，C7.2，C7.3和C7.4(圖 7-
b) ο
[0074](3)修剪曲線C7.1，C7.2，C7.3和C7.4使其首尾相連形成空間四邊形CSQ7.1 (圖7-
C) O
[0075](4)抽取空間四邊形CSQ7.I中的點云P7.5 (圖7_d)。
[0076](5)依據(jù)空間四邊形CSQ7.1中的點云P7.5和空間四邊形CSQ7.1擬合曲面S7.1(圖7_e) ο
[0077](6)通過對稱的方法得到整個肩部的模型(圖7_f)。
[0078](五)基于混合建模方式的整體人體模型構(gòu)建
[0079](I)通過結(jié)合手、腳、胳膊、腿、肩部和大身的模型構(gòu)建一個身體模型(圖8-a和圖8-
b) ο
[0080](2)把皮膚的圖片貼合到身體模型上，得到一個較逼真的靜態(tài)身體模型(圖8-c)。
[0081](3)通過結(jié)合頭和身體的模型構(gòu)建一個完整的人體模型(圖8-d)。
[0082](六)人體的動態(tài)建模
[0083](I)依據(jù)真實人體的骨骼系統(tǒng)創(chuàng)建一個簡單的虛擬骨骼系統(tǒng)(圖9-a)。
[0084](2)調(diào)整虛擬骨骼系統(tǒng)的骨骼和關(guān)節(jié)點使之與人體模型的骨骼和關(guān)節(jié)點相對應(yīng)，然后把虛擬骨骼綁定到人體模型上，最后得到一個動態(tài)的人體模型(圖9-b和圖9-c)。
[0085]第三部分基于混合建模的快速人體模型生成系統(tǒng)
[0086]通過將混合建模的方法寫成計算機程序，開發(fā)出一個人體模型快速生成系統(tǒng)，這個系統(tǒng)的輸入是人體面部的正面照片和側(cè)面照片，而這個系統(tǒng)的輸出是動態(tài)的3D人體模型。
[0087]不難發(fā)現(xiàn)，本發(fā)明提出一種混合建模的方法，即多種建模方法混合使用，快速的構(gòu)建人體模型。本發(fā)明把人體劃分成不同的部位，那些對服裝設(shè)計有重要影響的部位采用依據(jù)點云數(shù)據(jù)的逆向建模的方式構(gòu)建，這樣所構(gòu)建的這些部位尺寸與真實人體完全相同；而那些對服裝設(shè)計幾乎沒有影響的部位則采用其他建模方法快速的構(gòu)建。其中人的頭部特別是面部建模比較復(fù)雜，而這個部位尺寸對服裝設(shè)計影響不大，因此本發(fā)明采用基于圖片的建模方法構(gòu)建人的頭部模型。人的手和腳部位的點云缺失嚴(yán)重，而這兩個部位對服裝設(shè)計的影響也不大，因此本發(fā)明對這兩個部位采用正向建模的方法構(gòu)建3D模型。最終通過這種混合建模的方法構(gòu)建一個完整的3D人體模型。
【主權(quán)項】
1.一種用于服裝工業(yè)的數(shù)字化混合人體快速建模方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)獲取需要建模人體的全身3D點云數(shù)據(jù)以及需要建模的人體面部照片； (2)依據(jù)人體3D點云數(shù)據(jù)，把人體的點云分成頭、手、腳、胳膊、腿、大身和肩部七個部位，其中頭部使用圖片建模方法，手和腳使用正向建模方法，胳膊、腿、大身和肩部使用基于點云的逆向建模方法； (3)通過結(jié)合手、腳、胳膊、腿、肩部和大身的模型構(gòu)建一個身體模型，并通過結(jié)合頭和身體模型構(gòu)建一個完整的人體模型； (4)依據(jù)真實人體的骨骼系統(tǒng)創(chuàng)建一個虛擬骨骼系統(tǒng)，調(diào)整虛擬骨骼系統(tǒng)的骨骼和關(guān)節(jié)點使之與人體模型的骨骼和關(guān)節(jié)點相對應(yīng)，然后把虛擬骨骼綁定到人體模型上。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于服裝工業(yè)的數(shù)字化混合人體快速建模方法，其特征在于， 所述步驟(2)中手和腳正向建模具體包括:首先建立一個長方體;調(diào)整長方體的點、線和面，使其近似于手或腳的形狀;增加模型網(wǎng)格的數(shù)量，直到手或腳的模型光滑度達(dá)到要求為止。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于服裝工業(yè)的數(shù)字化混合人體快速建模方法，其特征在于， 所述步驟(2)中使用人體面部的正面照片和側(cè)面照片進(jìn)行頭部建模。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于服裝工業(yè)的數(shù)字化混合人體快速建模方法，其特征在于， 所述步驟(2)中腿的建模具體包括:通過20個水平的橫截面抽取點云;將抽取的點云擬合成曲線;通過放樣擬合的曲線構(gòu)建出腿部模型。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于服裝工業(yè)的數(shù)字化混合人體快速建模方法，其特征在于， 所述步驟(2)中大身的建模具體包括:通過水平腋窩線、水平襠底線和中心線抽取兩個水平橫截面和一個豎直縱截面;通過兩個水平橫截面和一個豎直縱截面分別抽取點云;通過抽取的點云分別擬合水平腋窩曲線、前中心線曲線、后中心線曲線和水平襠底曲線;修剪水平腋窩曲線、前中心線曲線、后中心線曲線和水平襠底曲線使其首尾相連形成一個空間四邊形;抽取空間四邊形中的點云；由空間四邊形和其包含的點云擬合曲面，最后通過對稱曲面的方式得到一個大身模型。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于服裝工業(yè)的數(shù)字化混合人體快速建模方法，其特征在于， 所述步驟(2)中胳膊的建模具體包括:通過穿過手腕線的橫截面抽取點云，并依據(jù)點云擬合出手腕曲線;沿著袖籠曲線的形狀創(chuàng)建一條曲線，通過投影該曲線的方式抽取點云，依據(jù)得到的點云擬合出袖籠曲線；依據(jù)袖籠的側(cè)縫線創(chuàng)建兩條曲線，通過投影該兩條曲線的方式抽取點云，依據(jù)得到的點云擬合出胳膊側(cè)縫線;修剪手腕曲線、袖籠曲線和胳膊側(cè)縫線使其形成一個首尾相連的空間四邊形；抽取空間四邊形中的點云；依據(jù)空間四邊形中的點云和空間四邊形擬合曲面;通過擬合曲面的上下交接點分別構(gòu)建兩條曲線，并結(jié)合胳膊側(cè)縫線構(gòu)建一個曲面，并將該曲面與空間四邊形擬合的曲面結(jié)合形成胳膊模型。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于服裝工業(yè)的數(shù)字化混合人體快速建模方法，其特征在于， 所述步驟(2)中肩部的建模具體包括:通過穿過領(lǐng)圍中線，身體中心線和水平腋窩線分別抽取點云；依據(jù)點云分別擬合出四條曲線;修剪該四條曲線使其首尾相連形成空間四邊形;抽取空間四邊形中的點云;依據(jù)空間四邊形中的點云和空間四邊形擬合曲面;通過曲面對稱的方法得到整個肩部模型。
【文檔編號】G06T17/00GK105913486SQ201610217065
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年4月8日
【發(fā)明人】劉凱旋, 王建萍
【申請人】東華大學(xué)