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1、第2 7 卷第9 期 2 0 0 6 年9 月 纺织学报 J o 啪a lo f r e x m eR e s e a r c h V 0 1 2 7N o 9 S e p 2 0 0 6 文章编号：0 2 5 3 9 7 2 1 ( 2 0 0 6 ) 0 9 0 0 5 8 0 4 基于下装设计的人体建模 丛杉1 2 ，张渭源1 ( 1 东华大学服装学院，上海2 0 0 0 5 1 ；2 上海工程技术大学服装学院，上海2 0 1 6 0 0 ) 摘 要下体主要是由腰腹部、臀部、臀沟和腿部组成，提取了这些部位中与下装设计直接相关的1 8 个部位的尺 寸，定义了人体的主要特征切面，减少了人体平
2、均形态的计算，同时尽可能地保留了人体躯干的三维体形信息。通 过对这些部位特征形状的提取和分析，将控制服装款式变化的关键部位的变化转换为形值点参数的变化，进而进 行曲面的拟合，建立了基于下装特征的参数化人体模型。结果可用于指导下装的定制开发。 关键词体型特征；参数化建模；下装设计；人体建模 中图分类号：嘞4 1 1 7 ；哪9文献标识码：A 3 Dh l 肺a nb o d ym o d e H n gb a s e do nl o w e rg a r m e n tt l e s i g n C O N GS h a n l 一，Z H A N GW e j _ y u a n l ( 1
3、几s 如n 凰砌如，D o r 舭西郴蚵，咖i2 0 0 0 5 l ，吼i 胁； 2 c o 阮酽o ，胍危幻n ，n 咖i 踟觇m 蚵矿E ，硒n e e n gS 啦，聊，l 咖i2 0 1 6 0 0 ，醌讯o ) A b s t r a c tT h e1 0 w e rp a I t0 ft h eb o d ym a i n l yc o n s i s t so fw a i s t 肌da b d o m e n ，h i p 舀u t e a ls u l c u sa n dl e g F m m h e s ep a n s ，18d i m e n s i o n s
4、w 】1 j c ha r ec l o s e l yr e l a t e dt ot h ed e s i 鼬o fs k i r t sa n dp a n t sw e r ee x t r a e t e d P r e d o I I l i n a l l tf b a t u r es e c t i o n 8w e r ed e f i n e di nr e s e a r c h ，w h i c hr e d u c e dc o m p u t a t i o no fb o d ya v e m g es h a p ea I l d k e p t3 Do r
5、 i g i n a li n f o 珊a t i o na sm u c ha sp o s s i b l e B ya n a l y Z i n gt h ef e a t u r e so ft h e s ep a n s ，t h er e l “o n s h i pw a s f o u n db e t w e e ng a n n e n ts t y l et r 舳s f o 啪a t i o na n df o 瑚- p o i n t sr n o v i n g F u r t h e r ，as k e l e t o ns k e t c hm a yb
6、ed l 踟 o nat r i a lb a s i s T h u s ， p a r a m e t e r i z e db o d ym o d e l sc a I lb ed e v e l o p e db a s e do nt h ef e a t u r e so ft h el o w e r g a 珊e n t r n l es t u d yr e s u h s 诵l lc o n t 曲u t et ot h ec u s t o m i z a t i o na 1 1 dd e v e l 叩m e n t0 fs k i n sa n dp a l l
7、s K e yw o r d sb o d yf e a t u r e ；p a r a m e t e I i z e dm o d e l i n g ；l o w e rg a n I l e n td e s i g n ；h u m a I lb o d y 啪d e l i n g 目前国际上有多款具有人体参数化生成功能的 服装三维C A D 软件，如美国C D I 公司的c O N C E P T 3 D 服装设计系统、法国力克公司的3 D 系统、美国格 伯公司的A M E E s w3 D 系统、加拿大P A D 公司的3 D 系统。三维人体数据点的获取方法主要是利用激光 扫
8、描工具扫描人体模型，然后保存到文件。这些文 件就是人体模型重建的数据n 。三维人体测量通过 获取人体关键几何参数，生成虚拟的三维人体，建立 静态和动态的人体模型，形成一整套具有虚拟人体 显示和动态模拟功能的系统心J 。 三维人体建模技术的实现方法有很多，从线框 建模、体素建模、多面体建模、曲面建模发展到今天 基于物理的建模，取得了重大进展旧4 1 。除此之外， 还有一种参数化人体建模技术，它是基于传统几何 建模方法的一种更为抽象化的建模方法，采用几何 约束来表达人体模型的形状特征，以抽象的特征参 数表达复杂人体的外部几何特征。操作者只需修改 形体参数的值，就可以使形体、形状改变，而不必去 修改
9、形体本身。 本文提出并开发了一种基于服装模型的参数化 人体建模系统。服装设计者可以根据客户提供的身 体特征数据快速地生成接近于真实人体的虚拟模 型，用于三维服装设计和虚拟试穿。基于服装特征 的参数化人体建模的关键是服装特征及人体相关尺 寸的变量描述，采用可变参数代替数据坐标或常数。 在参数化人体建模系统中，首先将人体按自身 收稿日期：2 0 0 6 0 2 一1 9修回日期：2 0 0 6 0 4 1 2 作者简介：丛杉( 1 9 7 3 一) ，女，讲师，博士生。主要从事人体工程学及服装合体性的研究。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase fr
10、om www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第9 期丛杉等：基于下装设计的人体建模 【5 9 】 结构特点划分为下躯干和腿2 个 部分，如图1 所示。其中下躯干 是决定人体形状最重要的部分， 它由腰部、腹部、臀部和胯部组 成，下躯干的形状是决定下装合 体的主要因素，而这部分的形状 多样，结构复杂，对它的模拟难 度比较大。本文主要讨论了与 服装特征有关的标准女体的参 数化建模方法及其虚拟实现图1 下体结构划分 技术。 人体3 D 数据的定义与提取 基于下装裙、裤设计的关键部位，将 T c 2 三维 人体扫描系统设定在人体的不同位置上，共定义 1 2
11、个特征截面，如表1 所示，包括人体高度、宽度、 厚度、围度和深度的特征值。排除某些部位扫描信 息严重缺乏的数据，每个截面取3 0 个坐标点，尺寸 信息可由用户自定义抽取，批处理后，用E x c e l 打 开。提取了1 8 个尺寸，这些部位与下装设计密切相 关，测量项目的描述性统计分析如表2 所示。 表1 下体特征形状的提取 2 人体形态的计算 2 1 截面数据的预处理 臀部是下体主干部位最为复杂的部分，因为前 腹具有单峰性，后臀具有双峰性，横截面上前后的峰 表2 测量项目的描述性统计分析表 值也不相等。在实际的服装穿着者中，测量臀围和 试穿下装时，常常不考虑臀前、后部凹处，更多考虑 的是臀部
12、两凸出点的连线内形状，所以应该调整臀 部扫描数据，修正其形状。 人体臀部形状的左右两半部分是对称的，把这 两部分从中间分开后，就变成了2 个近似的椭圆，再 用2 个椭圆分别沿着中心轴方向在上下位置与这 2 个椭圆相切，4 个椭圆所在的区域分别命名为A ， B ，C ，D ，见图2 。 V 图2 模拟臀部形状的相切椭圆及参数 在计算椭圆C 与椭圆A 、B 的切点和椭圆D 与 椭圆A 、曰的切点后，就可以分别求出椭圆c 的中心 点到原点的距离c D 和椭圆D 的中心点到原点的距 离D D ，切点与水平线的夹角为o 。和口：。 两椭圆A 和B 的参数方程为 半十丢= ， ( 1 ) 尺j。R ； 、
13、 式中，R 是椭圆A 和B 中心坐标的绝对值；R ，是椭 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 【6 0 】 纺织学报第2 7 卷 圆A 和曰的横轴半长；R z 是椭圆A 和日的纵轴 半长。 两椭圆的偏导数等式为： p ：【半+ 丢】( 2 ) p2I 矿+ 雨j 盂 L 2 ) 根据式( 1 ) 、( 2 ) 可求出切点的坐标( x ，y ) ： ，肛2 + R ； n 尘产 y ：坠巫掣 椭圆c 到中心的纵坐标： c 。：y + ，一荟蝇 同理可以求
14、出椭圆D 到中心的纵坐标夹角为 一a 叫南) 一a r c t a n ( 击) 2 2 特征截面 特征截面上任一点P 。( x ，l ，z ) 的坐标计算 公式为： x = ( 尺l R lR s i n n ) c o s B l ，= R 2 z = ( 月2 + ，瑚c o s D f ) xs i n l D 。 式中，R 。R 是超椭圆的横轴加权系数；朋R 是前部 分超椭圆的纵轴加权系数嘲。图3 所示是人体特征 截面形状的计算和下体截面的提取。 蕊。参荔 r 、i 、j ! ! ：篓缪j ：、1 二乏蛩。黪i I j o 污 I i l l I I 。 1 j j | 一? 0 。
15、j7 一| 一 飞。二?j 。；：| ， 图3 人体特征形状的计算和提取 3 人体表面拟合 在2 0 世纪7 0 年代初，文献 6 在研究了贝塞尔 方法以后引入了B 样条方法。该方法具备了贝塞 尔方法的一切优点，同时克服了整体表示的局限，具 有局部性质，而且B 样条有一套非常统一、通用、有 效的标准算法及强有力的配套技术( 如插入节点、升 阶与降阶等) ，使之成为一种强大的自由曲线、曲面 的设计工具。 给定参数轴u 和秽的节点矢量u = “。，M 1 一， “。+ ， 和y = 口。，秽：，秽。? 。 ，p g 阶B 样条曲面 定义如下： P ( u ，秽) = P F ( u ) ，。( 口
16、) R ( i = 0 ，1 ，m ；J = 0 ，1 ，玎) 是给定的空间 ( m + 1 ) ( 忍+ 1 ) 个点列，构成一张控制网格，称为B 样条曲面的特征网格。M ，( u ) 和，。( 移) 是B 样条 基，分别由节点矢量u 和y 按d e B o o r - c o x 递推公式 计算。 B 样条参数曲面的确定可以通过给定控制点坐 标，直接生成曲面方程；也可以通过给定型值点的 坐标，通过反算控制点，生成拟合曲面。可见B 样 条参数曲面是通过关键点的坐标改变控制曲面形 态，适合于交互式直观修改曲面形态。基于这种方 法建立的三维人体模型为实现三维人体特征值的自 动变换奠定了基础。人体
17、表面拟合过程如图4 所示。 具有一定拓扑结构 的扫描点云数据 4 横向曲线拟合纵向曲线拟合 I 构成3 D 网格 l 3 D 曲面的生成 图4 人体表面拟合过程 通过对具有一定拓扑结构的扫描点云数据处理 后，对腰部至脚踝的每个截面曲线进行拟合，构成双 三次B 样条曲面片7 I 。如图5 分别是拟合后的标准 青年女性正、侧和正侧的下体模型。 4结论 本文提出了种基于下装设计的人体参数化建 模新方法，定义和修正了人体的主要特征截面，减少 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the w
18、atermark 第9 期丛杉等：基于下装设计的人体建模【6 1 】 图5 人体表面拟合效果 了人体形态的计算，同时尽可能的保留了人体躯干 的三维体形信息。研究采用了三次B 样条技术进 行曲面拟合。在系统中调整参数就可以有效地修改 人体下躯干和下肢部分的三维形状。 参考文献： S u 8 姐PA s h d o w m ，S 啦8 硼eh ) k e r ，K a t h e d r l g eS c h o e n f e l d e r ，e ta 1 u s i n g3 Ds c 咖f o rf i ta n a l y s i s J J o 啪a lo f T e x t i l
19、e 蚰dA p p a r e lT e c h n o l o g y 柚dM 柚a g e m e n t ，2 0 0 4 ，4 ( 1 ) ：1 1 2 胡敏，李勇，张新民基于特征的三维人体建模技术 J 天津工业大学学报，2 0 0 2 ，2 1 ( 5 ) ：8 0 8 2 张瑞云，李汝勤服装C A D 中三维人体数据处理与曲 面拟合 J 中国纺织大学学报，2 0 0 0 ，2 6 ( 2 ) ：5 0 5 2 王福建，吴国雄，孙勇三维实体模型在公路设计中的 应用研究 J 浙江大学学报( 工学版) ，2 0 0 2 ，3 6 ( 1 ) ：7 一1 1 袁渊，肖正扬，杨继新超椭圆曲线
20、特性及其在曲面拟 合中的应用 J 大连轻工业学院学报，2 0 0 4 ，2 3 ( 4 ) ： 2 8 7 2 9 0 莫蓉，吴英，常智勇计算机辅助几何造型技术 M 北京：科学出版社，2 0 0 4 3 4 1 2 0 刘长松，程连冀3 D 图形编程指南 M 西安：西北工 业大学出版社，1 9 9 9 8 0 1 2 0 2 0 0 7 年纺织导报征订启事 t纺织导报是中国纺织工业协会主管、中国纺织信息中心主办的导向性科技期刊，旨在对纺织技术 ；发展动态进行深度的报道和分析，对科技政策和产业规则进行权威的解读，是政府机构、行业组织科技 j 政策与思路趋向的风向标，是帮助行业与企业决策者把握纺织
21、技术现状以及技术市场脉络的重要窗口。 纺织导报一直是传递世界纺织技术发展趋势的主流媒体，也是纺织业界不同观点交锋的平台，是 j - 反映纺织技术与设备市场各类参与者重要动向的观察者，是纺织企业高级管理者的必读刊物。 订阅须知邮发代号：8 2 9 0 8 每月8 日出版，大1 6 开，9 6 页，全铜版纸彩色精美印刷 全年1 2 期，每期1 5 元，全年定价1 8 0 元 联系方式电话：0 1 0 6 4 1 6 7 4 7 2 、6 4 1 5 3 3 0 5 传 真：0 1 0 6 4 1 5 9 7 0 2 联系人：李彦 E m a i l ：l i v 肌 t e 】( 1 e a d
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