一種用于服裝工業的數字化混合人體快速建模方法
【專利摘要】本發明涉及一種用于服裝工業的數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點云數據以及人體面部照片；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；通過結合手、腳、胳膊、腿、肩部和大身的模型構建一個身體模型，并通過結合頭和身體模型構建一個完整的人體模型；依據真實人體的骨骼系統創建一個虛擬骨骼系統，調整虛擬骨骼系統的骨骼和關節點使之與人體模型的骨骼和關節點相對應，然后把虛擬骨骼綁定到人體模型上。本發明能夠快速構建一個滿足服裝工業用的逼真的3D數字化人體模型。
【專利說明】
一種用于服裝工業的數字化混合人體快速建模方法
技術領域
[0001]本發明涉及人體建模技術領域，特別是涉及一種用于服裝工業的數字化混合人體快速建模方法。
【背景技術】
[0002]目前虛擬試穿技術，虛擬立體裁剪技術，3D服裝設計與樣板開發技術，虛擬服裝走秀技術等廣泛的應用于服裝行業。這些技術都需要一個數字化的3D人體模型。人體建模技術主要包含正向建模，逆向建模，圖片建模，參數化建模等。然而，這些人體建模技術單獨使用都不能很好的構建符合服裝工業要求的人體模型。服裝工業對數字化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盡可能相似(用于動態的虛擬試穿評估，高質量的虛擬試穿以及制作虛擬走秀等)。
[0005]正向建模的方法構建3D人體模型受建模者個人建模水平等主觀因素影響很大。這種方法不依據人體的尺寸進行建模，全靠建模者的個人構思，所以構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建出來的人體模型并不符合服裝工業使用。此外這種建模方法構建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使用。
[0007]參數化建模的方法構建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、腿長等這些關鍵尺寸構建人體模型。雖然這種方法能夠快速構建3D人體模型，但是由于這種方法采用人體的幾個關鍵尺寸來控制其他不同部位尺寸的數值，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。所以此方法構建的人體模型只能大體符合服裝設計使用，對于量身定制則不可行。
[0008]目前服裝工業使用的3D人體模型是通過3D人體掃描獲取人體點云數據，然后依據掃描的人體點云數據，通過逆向建模的方式構建的。這種建模方法的缺點是建模要完全依據點云數據，而3D人體掃描的點云在頭部、手和腳等部位缺陷嚴重，無法用點云數據建模。此外，頭部和面部比較復雜，使用逆向建模的方法去構建，速度慢，效率低。依據現有的人體建模技術構建達到服裝工業需求的3D人體模型，技術難度大，成本高，效率低。
【發明內容】
[0009]本發明所要解決的技術問題是提供一種用于服裝工業的數字化混合人體快速建模方法，能夠快速構建一個滿足服裝工業用的逼真的3D數字化人體模型。
[0010]本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:提供一種用于服裝工業的數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點云數據以及需要建模的人體面部照片；
[0012](2)依據人體3D點云數據，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)通過結合手、腳、胳膊、腿、肩部和大身的模型構建一個身體模型，并通過結合頭和身體模型構建一個完整的人體模型；
[0014](4)依據真實人體的骨骼系統創建一個虛擬骨骼系統，調整虛擬骨骼系統的骨骼和關節點使之與人體模型的骨骼和關節點相對應，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;增加模型網格的數量，直到手或腳的模型光滑度達到要求為止。
[0016]所述步驟(2)中使用人體面部的正面照片和側面照片進行頭部建模。
[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，并依據點云擬合出手腕曲線;沿著袖籠曲線的形狀創建一條曲線，通過投影該曲線的方式抽取點云，依據得到的點云擬合出袖籠曲線;依據袖籠的側縫線創建兩條曲線，通過投影該兩條曲線的方式抽取點云，依據得到的點云擬合出胳膊側縫線;修剪手腕曲線、袖籠曲線和胳膊側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建兩條曲線，并結合胳膊側縫線構建一個曲面，并將該曲面與空間四邊形擬合的曲面結合形成胳膊模型。
[0020]所述步驟(2)中肩部的建模具體包括:通過穿過領圍中線，身體中心線和水平腋窩線分別抽取點云；依據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方案，本發明與現有技術相比，具有以下的優點和積極效果:本發明把人體劃分為頭、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據的逆向建模方法。本發明能夠快速的構建達到服裝工業需求的3D數字化的人體模型。
【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]下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用于說明本發明而不用于限制本發明的范圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之后，本領域技術人員可以對本發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利要求書所限定的范圍。
[0033]本發明的實施方式涉及一種用于服裝工業的數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點云數據以及需要建模的人體面部照片；依據人體3D點云數據，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;通過結合手、腳、胳膊、腿、肩部和大身的模型構建一個身體模型，并通過結合頭和身體模型構建一個完整的人體模型；依據真實人體的骨骼系統創建一個虛擬骨骼系統，調整虛擬骨骼系統的骨骼和關節點使之與人體模型的骨骼和關節點相對應，然后把虛擬骨骼綁定到人體模型上。具體如下:
[0034]第一部分建模數據的收集
[0035](一)人體點云數據的收集
[0036]通過三維人體掃描儀獲取需要建模人體的全身3D點云數據，此數據用于身體的建模。
[0037](二)人體面部照片的收集
[0038]通過數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](— )人體點云數據的劃分以及人體各部位建模的方法
[0041 ]依據人體點云數據，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)增加模型網格的數量，直到手的模型光滑度達到要求為止(圖2-d)。
[0046]此外，腳部模型的構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)取人的正面和側面照片。
[0049](2)通過圖片建模的方法構建人體的頭部模型(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建曲線C6.2，通過投影曲線C6.2抽取點云P6.2(圖6-b)，依據點云P6.2擬合袖籠曲線C6.3(圖6-b和圖6-c)。
[0065](3)依據袖籠的側縫線創建曲線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)，接著依據點云P6.3和P6.4擬合胳膊側縫線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)依據手腕曲線C6.1，袖籠曲線C6.3，胳膊側縫線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，構建曲線C6.8;通過橋接點C和D，構建曲線C6.9 (圖6_i)。
[0069](7)通過雙樣條放樣胳膊側縫線C6.6和C6.7以及曲線C6.8和C6.9構建曲面S6.2(圖 6_i)0
[0070](8)通過結合曲面S6.1和S6.2構建胳膊模型(圖6-j)。
[0071]4.4肩部的建模
[0072](I)通過穿過領圍中線，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建
[0079](I)通過結合手、腳、胳膊、腿、肩部和大身的模型構建一個身體模型(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身體模型(圖8-c)。
[0081](3)通過結合頭和身體的模型構建一個完整的人體模型(圖8-d)。
[0082](六)人體的動態建模
[0083](I)依據真實人體的骨骼系統創建一個簡單的虛擬骨骼系統(圖9-a)。
[0084](2)調整虛擬骨骼系統的骨骼和關節點使之與人體模型的骨骼和關節點相對應，然后把虛擬骨骼綁定到人體模型上，最后得到一個動態的人體模型(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
[0086]通過將混合建模的方法寫成計算機程序，開發出一個人體模型快速生成系統，這個系統的輸入是人體面部的正面照片和側面照片，而這個系統的輸出是動態的3D人體模型。
[0087]不難發現，本發明提出一種混合建模的方法，即多種建模方法混合使用，快速的構建人體模型。本發明把人體劃分成不同的部位，那些對服裝設計有重要影響的部位采用依據點云數據的逆向建模的方式構建，這樣所構建的這些部位尺寸與真實人體完全相同；而那些對服裝設計幾乎沒有影響的部位則采用其他建模方法快速的構建。其中人的頭部特別是面部建模比較復雜，而這個部位尺寸對服裝設計影響不大，因此本發明采用基于圖片的建模方法構建人的頭部模型。人的手和腳部位的點云缺失嚴重，而這兩個部位對服裝設計的影響也不大，因此本發明對這兩個部位采用正向建模的方法構建3D模型。最終通過這種混合建模的方法構建一個完整的3D人體模型。
【主權項】
1.一種用于服裝工業的數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點云數據以及需要建模的人體面部照片； (2)依據人體3D點云數據，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)通過結合手、腳、胳膊、腿、肩部和大身的模型構建一個身體模型，并通過結合頭和身體模型構建一個完整的人體模型； (4)依據真實人體的骨骼系統創建一個虛擬骨骼系統，調整虛擬骨骼系統的骨骼和關節點使之與人體模型的骨骼和關節點相對應，然后把虛擬骨骼綁定到人體模型上。2.根據權利要求1所述的用于服裝工業的數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;增加模型網格的數量，直到手或腳的模型光滑度達到要求為止。3.根據權利要求1所述的用于服裝工業的數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面照片進行頭部建模。4.根據權利要求1所述的用于服裝工業的數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建出腿部模型。5.根據權利要求1所述的用于服裝工業的數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.根據權利要求1所述的用于服裝工業的數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，并依據點云擬合出手腕曲線;沿著袖籠曲線的形狀創建一條曲線，通過投影該曲線的方式抽取點云，依據得到的點云擬合出袖籠曲線；依據袖籠的側縫線創建兩條曲線，通過投影該兩條曲線的方式抽取點云，依據得到的點云擬合出胳膊側縫線;修剪手腕曲線、袖籠曲線和胳膊側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建兩條曲線，并結合胳膊側縫線構建一個曲面，并將該曲面與空間四邊形擬合的曲面結合形成胳膊模型。7.根據權利要求1所述的用于服裝工業的數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:通過穿過領圍中線，身體中心線和水平腋窩線分別抽取點云；依據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
【發明人】劉凱旋, 王建萍
【申請人】東華大學