人體數據的測量方法
【專利摘要】本發明涉及一種人體數據的測量方法，其目的在于提供一種測量速度快，成本低，可重復性高，避免接觸性測量所引起局部部位形變和不便且接觸性測量難以測量人體的角度及體表以外數據的測量方法，本發明人體數據的測量方法首先基于三維人體表面掃描數據和B樣條曲面造型技術進行人體軀干建模，并對人體數據進行處理，獲取人體三維模型；然后將人體三維模型導入逆向工程軟件，通過全方位觀察、對人體進行等距離分割、作輔助點來確定人體測量的關鍵點和線；最后根據標定的關鍵點和線，用逆向工程軟件量取人體測量項目的數據。
【專利說明】人體數據的測量方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種測量方法，特別是涉及一種用于人體數據的測量方法。
【背景技術】
[0002]人體數據在機械設計、室內設計、工業設計、服裝設計等領域都具有重要的地位，在服裝領域，只有服裝結構與人體的曲面形態相吻合，才能實現服裝舒適、合體，才能提高人體的機能。文胸是貼身穿著的衣物，人體胸部是人體曲面變化較大的部位，胸部細部數據的采集對文胸設計尤為重要，只有罩杯的外形輪廓線和人體乳房相符合，文胸才能兼顧舒適與美觀。而人體的乳房沒有骨骼，手工測量容易引起變形和帶來不便，在一定程度上增加了手工采集胸部細部尺寸的難度，因此需要尋找一種方便、快速、準確和重復性好的測量方法，現有的人體數據測量方法主要由以下幾種:
[0003]1、接觸性人體測量
[0004]傳統的人體測量方法的主要測量工具是軟尺、角度計、測高計、測距計和滑動計等，依據測量基準對人體進行接觸測量，可以直接測出人體各部位豎向、橫向、斜向及周長等體表面長度。方法簡便、直觀，使用工具簡單，可以獲得較細致的人體數據，因而在服裝業中長期使用。但是，這些方法大多建立在手工測量的基礎上或憑經驗觀察，因而人體的某些特征數據難以取得。由于是接觸測量，測量時間比較長，往往使被測者感到疲勞和窘迫；同時測量的精確度與測量者的技巧有很大關系，容易給測量結果帶來一定的誤差。此外人體所具有復雜的形狀，傳統的測量方法無法進行更深入的研究。我國民族、人口眾多，不同民族、地區人體體型差異很大，現有手工測量人體尺寸的方式也無法快速準確地進行大量人體的測量，這不僅阻礙了服裝工業的順利發展和成衣率的提高，不利于創造服裝品牌，也不利于快速準確地制定服裝號型標準，從而阻礙了與國際標準接軌及我國服裝行業整體科技水平的提高。
[0005]2、非接觸性人體測量
[0006]人體測量技術在近幾十年的發展中，大致經歷了由接觸式到非接觸式、由二維到三維，并向自動測量和利用計算機測量、處理和分析的方向發展。非接觸三維自動測量是現代化人體測量技術的主要特征。它彌補了常規的接觸式人體測量的不足，使測量結果更加準確、可靠。三維人體自動測量作為現代圖像測量技術的一個分支，它是以現代光學為基礎，融光電子學、計算機圖像學、信息處理、計算機視覺等科學技術為一體的測量技術。它在測量被測對像時把圖像當作檢測和傳遞信息的手段或載體加以利用，其目的是從圖像中提取有用的信息。對三維人體自動測量技術的研究，美國、英國、德國和日本等服裝業發達的國家開始得較早，大致在70年代中期開始，且提出了許多新的測量原理和方法。我國在這方面的研究開展得較晚。三維人體自動測量方法主要有光學圖樣法(干涉法、莫爾法、相位法等)和基于圖像傳感器的光電法。與傳統的測量方法相比較，三維人體測量方法主要特點是快速、準確、效率高等。通過與計算機輔助服裝設計系統相結合，所測得的數據可直接運用于CAD系統，以實現人體測量和服裝設計一體化。[0007](I)立體攝影測量法
[0008]此方法應用位于不同位置的兩臺攝像機同時對人體進行攝影，分析人體表面上同一點在兩幅圖像上成像點的對應關系，再利用幾何光學三角測量原理計算得到該成像點的三維坐標。這種方法符合人的視覺特點，但對凹下曲面測量較難，精度也不高。
[0009](2)激光測量法
[0010]此方法用多個激光測距儀(由激光和CXD攝像儀組成)對站立在測量箱內的被測者從多個方位進行測量。攝像機接受激光光束射向人體表面的反射光，根據受光位置、時間間隔、光軸角度，與測距儀同步移動時，可通過計算機算出人體同一高度若干點的坐標值，從而可測得人體表面的全部數據。這種方法精度較高，但要求人體在幾分鐘內保持姿態不變就較難，雖然激光劑量小但心理上仍有壓力。
[0011](3)莫爾條紋測量法
[0012]自Meadows等1975年提出莫爾輪廓法以來,在此基礎上提出了影像(Shadow)莫爾法，投影(Projection)莫爾法,掃描(Scanning)莫爾法,及它們的改進方法,使莫爾等高線三維測量技術不同程度地達到實用化程度。莫爾條紋測量法即投影莫爾法，是應用光柵的陰影(投影)和光柵形成的莫爾條紋來進行人體數據測量。但莫爾條紋在計算機自動處理時遇到的難點是條紋峰值及條紋級數的自動確定，以及人體表面凹凸性自動識別，此方法適用于人體曲面測量，但測量精度不夠高，近期有的學者對此作了改進，提出了投影光柵相位測量技術，以改進上述之不足。
[0013](4) Loughborouhg人體影子掃描裝置
[0014]由英國Loughborouhg大學研制的該設備,如圖1它相當于立體攝影測量法，當一個人站立不動時，投影在其身上的光線將被電視攝影機錄取下來，身體形狀由一系列橫切面表達，并以平面方式，各以16點拉曲線表示。此程序重復32片平面，每一片都與有關骨骼標記相關聯，從而重建三維身體的表面模型。LOUghbOTOUhg大學與馬莎百貨公司現正利用此方法通過搜集三維人體數據來研究人體的體型。
[0015](5) TC2分層輪廓測量方法
[0016]TC2美國紡織及服裝技術中心是通過選用白光分層輪廓測量方法，以取得人體全身的三維數據。與密柵云紋法相似，它利用白色光源來投影正弦曲線在物體表面。當物體不規則的形狀令投射的密柵影子變形，產生的圖樣將可表示物體表面的輪廓，并用6部攝影機檢測，然后單個的影像將合并成一完整圖像。
[0017](6)全身掃描系統
[0018]與上述的莫爾投影法不同,英國的湯Cyberware公司于1995年引進一個商品化的全身掃描機BW2和BW4。此設備用激光掃描三角測量技術來獲取三維影像。通過工作站的軟件來控制整個掃描及移動過程。完成一次掃描僅需幾秒鐘。使用者可用工作站上的圖像工具來看掃描結果，把多個掃描圖像結合起來就構成一個完整的人體模型。
[0019](7)投影條紋相位測量法
[0020]此方法是一種基于光學干涉設計的相位測量技術，采用一般的白光照明，將光柵投影到人體表面，對投影在人體表面的光柵圖像進行相位測量，從而獲得人體三維尺寸。近年來，由總后軍需裝備研究所和北京服裝學院共同研制的“人體尺寸測量系統”就是應用“雙視點投影光柵三維測量”原理，通過普通白色光源，攝取人體前后投影光柵的相位變化，來取得人體三維信息。通過數據處理，可獲取服裝設計所需的尺寸，還可根據需要獲取人體圖像上任一點的三維坐標。通過人機交互操作，可方便地進行在線和離線測量，并可滿足單人特體測量和現場快速測量的需要。
[0021](8)新的非接觸測量法
[0022]此方法主要是經CXD或CMOS成像實現三維人體尺寸的非接觸測量，屬光電法。與光學圖樣法相比，它具有環境適應性好、柔性好、測量范圍寬、圖像信息易于管理等特點。目前倫敦大學研究人員正在研制新型計算機人體掃描系統，就是通過低功率的傳感器對遍布人體全身的3萬個測量點進行測量而得到精確的人體虛擬三維圖像，以獲得精確的人體三維尺寸。
[0023]從以上國內外的研究情況來看，人體尺寸自動測量技術正迅速進入服裝設計與加工這一傳統而又充滿活力的領域，成為提高服裝產品市場競爭力的潛在動力。通過深入分析可以看出:1、這些系統的價格普遍在十萬元以上，其成本高于它們所帶來的益處，實用性不強。2、這些方法雖然都在一定程度上解決了人體尺寸的非接觸式自動測量問題，但所測結果沒有排除人體著裝的影響，所得到的仍然為人體的著裝尺寸，與服裝業對人體測量的要求以及CAD力CAM技術的要求仍存在一定的差距。3、這些人體測量方法沒有辦法獲取人體細部尺寸的數據。
【發明內容】
[0024]本發明要解決的技術問題是提供一種測量速度快，成本低，可重復性高，避免接觸性測量所引起局部部位形變和不便且接觸性測量難以測量人體的角度及體表以外數據的測量方法。
[0025]為達上述目的，本發明一種人體數據測量方法，流程圖如圖2，包括以下步驟:
[0026]基于三維人體表面掃描數據和B樣條曲面造型技術進行人體軀干建模，并對人體數據進行處理，獲取人體三維模型；
[0027]將人體三維模型導入逆向工程軟件，通過全方位觀察、對人體進行等距離分割、作輔助點來確定人體測量的關鍵點和線；
[0028]根據標定的關鍵點和線，用逆向工程軟件量取人體測量項目的數據。
[0029]本發明，其中所述人體數據包括人體高度、厚度、寬度、角度、體表長度和人體橫截面的數據。
[0030]本發明與現有技術不同之處在于本發明取得了如下技術效果:
[0031]1、本發明方法基于三維掃描技術獲得人體三維模型，將人體三維模型導入逆向工程軟件中確定人體測量的關鍵點和線，并量取測量項目的數據，使得低成本大批量采集人體胸部細部尺寸成為了可能，將人體胸部細部數據運用到文胸的結構設計中，使得文胸細部尺寸的設計有了科學的數據基礎，文胸最大程度的符合人體的穿著合體性、舒適性，滿足了工業生產的需求。
[0032]2、本發明以逆向工程技術，通過人機交互來測量人體胸部細部的數據，避免了接觸性測量容易引起變形和不便，這些數據可以運用在服裝領域中，尤其是文胸的結構設計中，使文胸罩杯細部結構的設計有了人體數據作為依據，提高文胸的合體舒適性和舒適性，實現以人為本文胸設計理念。；[0033]3、此外比起其他非接觸性人體測量技術相比，該方法費用相對較低，且可以獲得人體細部的角度、寬度、厚度、體表長度、人體橫截面的數據。
[0034]4、本發明以電子科技作為人體測量的平臺，其測量速度快，成本低，可重復性高。
[0035]下面結合附圖對本發明作進一步說明。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0036]圖1為16臺投影儀和14臺攝像機與人體轉盆的排列；
[0037]圖2為本發明具體實施方案流程圖；
[0038]圖3為三維人體數據提取示意圖；
[0039]圖4為人體點云去除噪點示意圖(左:去噪前)(右:去噪后)；
[0040]圖5為人體模型修補示意圖(左:補洞前)(右:補洞后)；
[0041]圖6為胸部寬度測量項目示意圖；
[0042]圖7為BP點至乳根圍五點測量項目示意圖；
[0043]圖8為乳房橫截面測量項目示意圖；
[0044]圖9為厚度測量項目及示意圖；
[0045]圖10為高度測量項目示意圖；
[0046]圖11為胸部整體形態體表測量項目示意圖；
[0047]圖12為乳房細部測量項目示意圖；
[0048]圖13為圍度測量項目示意圖；
[0049]圖14為乳房橫截面角度測量項目示意圖；
[0050]圖15為BP點與前頸點夾角測量項目示意圖；
[0051]圖16為乳房細部夾角測量項目示意圖；
[0052]圖17A、17B和17C為關鍵點位置示意圖；
[0053]圖18為三維人體的坐標圖；
[0054]圖19為胸圍線的坐標圖；
[0055]圖20 為 Polyworksl0.0 軟件界面圖；
[0056]圖21為人體三圍模型分割圖；
[0057]圖22為標定上胸圍線圖；
[0058]圖23為標定胸圍線圖(縮小與局部放大);
[0059]圖24為標定下胸圍線圖；
[0060]圖25基于Y-Z軸創建平面I示意圖；
[0061]圖26為標定前、后中心線圖；
[0062]圖27為在BP點上創建平面I的平行平面2示意圖；
[0063]圖28標定胸聞縱線不意圖；
[0064]圖29標定FNP點示意圖；
[0065]圖30為右側乳房內緣點圖；
[0066]圖31為乳房橫截面關鍵點標定圖；
[0067]圖32為乳房內緣點三維坐標提取界面圖；
[0068]圖33體表長度測量項目過程圖；[0069]圖34為角度測量項目過程圖。
[0070]附圖標記說明:1-被測人體；2、3-4X投影儀；4、5、7-X攝像機；6、10_轉盆；7、8-攝像機；9-投影儀。
【具體實施方式】
[0071]以下結合附圖和實施例，對本發明上述的和另外的技術特征和優點作更詳細的說明。
[0072]實施例1胸部數據測量獲取文胸尺寸數據
[0073]一、人體三維模型的獲取:
[0074](I)三維人體掃描。
[0075]用美國TC2三維掃描儀掃描真實人體。掃描時，被測體兩腿直立，兩腳略分開與肩寬平齊，兩臂略分離人體軀干，上半身胸部處于裸露的狀態，下半身穿著緊身短褲。
[0076](2)三維人體數據提取。
[0077]從TC2掃描系統中可以導出*.wrl、*obj等格式的文件，選擇*obj精度較高的文件格式導出人體數據，數據結果如圖3。
[0078](3)三維人體 數據處理。
[0079]TC2掃描儀可方便、簡捷、快速地獲得三維人體數據，但仍會不可避免的引入數據誤差，如由被測者的晃動引起的噪點，及由設備本身的不足引起的漏洞及壞點，因此要對點云數據進行預處理，包括去噪點，數據插補。
[0080](a)去噪點:將點云生成曲線曲面，采用半交互半自動的光順方法對點云數據進行檢查調整。如圖4為調整前后的人體點云模型。
[0081](b)數據插補:對于儀器掃描不到的地方，通過數據插補的方法來補齊漏洞。此處利用基于點的曲面擬合技術進行漏洞補齊。圖5為補洞前后的三維人體模型。
[0082](c)人體三維曲面建模:將處理好之后的數據導入逆向工程軟件Polyworks，軟件可以實現。NURBS是Non-Uniform Rational B-Splines的縮寫，是“非統一有理B樣條”的意思。Non-Uniform(非統一)是指一個控制頂點的影響力的范圍能夠改變。當創建一個不規則曲面的時候這一點非常有用。Rational (有理)是指每個NURBS物體都可以用數學表達式來定義；B-Spline(B樣條)是指用路線來構建一條曲線，在一個或更多的點之間以內插值替換的。NURBS就是專門做曲面物體的一種造型方法。NURBS造型總是由曲線和曲面來定義的，所以要在NURBS表面里生成一條有棱角的邊是很困難的。就是因為這一特點，我們可以用它做出各種復雜的曲面造型和表現特殊的效果，如人的皮膚，面貌或流線型的跑
本坐
寸O
[0083]二、標定測量的關鍵點和線:
[0084](I)測量項目的設定。
[0085](a)參考現有研究中的常規測量項目
[0086]參考一維手工測量、二維照相測量以及三維掃描測量獲得的主要胸部測量項目。
[0087]表6-1與胸部相關的常規測量項目
[0088]
【權利要求】
1.一種人體數據測量方法，其特征在于包括以下步驟: 基于三維人體表面掃描數據和B樣條曲面造型技術進行人體軀干建模，并對人體數據進行處理，獲取人體三維模型； 將人體三維模型導入逆向工程軟件，通過全方位觀察、對人體進行等距離分割、作輔助點來確定人體測量的關鍵點和線； 根據標定的關鍵點和線，用逆向工程軟件量取人體測量項目的數據。
2.根據權利要求1所述的人體數據測量方法，其特征在于:所述人體數據包括人體高度、厚度、寬度、角度、體表長度和人體橫截面的數據。
【文檔編號】A41H1/00GK103948196SQ201410117331
【公開日】2014年7月30日 申請日期:2014年3月27日 優先權日:2014年3月27日
【發明者】陳集炎, 梁偉紅 申請人:廣西科技大學