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1、学校代码：1 0 2 5 5 学号：2 0 7 0 7 6 1 虚拟服装设计系统的相关技术研究 R E L A T E DT E C H N o L o G YR E S E A R C H o NV I R T U A LG A R M E N TD E S I G NS Y S T E M 专业： 姓名： 指导教师： 答辩日期： 计算机应用技术 张宁宁 施霞萍 2 0 10 年5 月17 日 东华大学计算机科学与技术学院 S c h o o lo fC o m p u t e rS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y D o n g h u aU n i
2、 v e r s i t y 东华大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位 论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除 文中己明确注明和引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体 已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰写，我对 所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：狠亏宁 日期：必一年r 月 东华大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同 意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允 许论文被查阅或借阅。本人授权东华大学可以将
3、本学位论文的全部或 部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复 制手段保存和汇编本学位论文。 保密口，在年解密后适用本版权书。 本学位论文属于 不保密d o 学位论文作者签名：狐亏守 日期：砷年t 月弘日 指导教师繇施移勺 日期：矽D 年f 月亏白日 摘要 虚拟服装设计系统的相关技术研究 摘要 随着计算机技术和网络技术的不断发展，人们希望通过更方便 和更快捷的计算机技术来设计符合个人审美要求的服装。2 1 世纪初， 电子化量身定制系统e M T M ( E l e c t r o n i cM a d et oM e a s u r e ) 应运而生， 它利用现代三维人体扫描
4、技术、计算机技术和网络技术将服装生产 中的人体建模、体型分析、人体测量、服装设计、款式选择、服装 定购、服装生产等各个环节有机地结合起来，实现高效快捷的数字 化服装生产。 本文研究的重点是e M T M 系统中的服装设计部分，在参考和研 究了现实服装设计流程的基础上推导出三维虚拟服装设计系统的工 作模式。并以服装款式之一的裙装为实例，对三维虚拟服装设计系 统中的相关技术和方法进行了研究。首先使用三维虚拟服装预处理 对三维数字人体进行处理，输出服装原型。然后将三维人体映射到 二维平面形成二维人体轮廓线，并对二维人体轮廓线的噪音运用插 值方法进行去噪处理，用户在虚拟人体的二维人体轮廓线上实时地 设
5、计二维服装外形轮廓线。三维虚拟服装设计系统在外形轮廓线上 采集所需的特征点，并根据特征点和特征点连线在人体的不同位置， 对二维服装轮廓线进行分解和分类，形成交叉线和外形线。根据交 叉线推算出服装的垂直维度范围，根据外形线推断出服装与人体之 间的距离，最终依据空隙量模型计算出三维虚拟服装的点坐标和点 与点之间的联系并按照特定的规范组织成三维虚拟服装数据文件， 实时显示在用户面前。三维虚拟服装设计系统可以使得用户在真实 服装缝制之前就见到真正的着装效果，用户不但可直接修改效果不 满意的地方，还可以在计算机上任意调整服装面料和面料花纹，找 到最合适的面料以获得最佳效果，从而大大减少服装从设计到生产
6、的时间，提高产品的生产效率和质量。 在三维虚拟服装的设计和生成过程中，本文侧重分析与解决了 以下关键技术：( 1 ) 将服装设计引入e M T M 研究领域，设计出三维 虚拟服装的生成流程，在虚拟空间实现了交互式服装快速设计流程， 即从三维N - d i s t a n c e ) c _ w h o l e u p d a t e ( p _ t m p ) ；) ，二维人体轮廓线集合更新 ) ) ) 4 3 二维服装轮廓线的交互设计 系统对用户的三维人体数据处理之后，输出平滑的二维人体轮廓线，用户 东华人学颂h ) 究生学位论文第4 章_ ：三维虚拟服装砹汁的功能模块 可以在其之上，根据审
7、美需要设计二维服装轮廓线。用户一个典型的二维服装 轮廓线的输入如下：首先画一条线穿过人体的腰线，这条线确定了服装位置的 最高点。然后沿着人体画一条边线，再画一条穿过人体腿部的线，最后把线首 尾连接起来。这样一个简单的服装轮廓线就形成了( 图4 2 ) ，其中粗线是人体 的二维投影轮廓线。 图4 2 二维服装轮廓线的交互设计示意图 4 4 三维虚拟服装关键数据的获取 角点检测技术包括基于灰度图像的角点检测、基于二值图像的角点检测和 基于轮廓曲线的角点检测等38 1 。本文采用的基于曲线曲率极值的角点检测方法， 是基于轮廓曲线的角点检测方法的一种，这种方法是通过计算曲线曲率的极值 来获取角点，运算
8、简单，且不容易受噪声干扰3 叭。在实域平面上，曲率定义为 斜率的变化和弧长函数的比值。对于曲线y = f ( x ) ，曲线上某点的曲率表示为导 数的形式，即 c u R ( 加鲁 1 + ( 拿) 2 】3 佗 似 纵 ( 4 _ 4 ) 而对于数字曲线，计算其离散曲率时如果只是简单地通过一个像素点的变化来 替代上式中的导数值，那么斜率细微的变化将无法在计算中反映出来，因为数 字曲线上连续的斜率角的变化是4 5 。的倍数( 图4 3 ) 4 们。在角检测算法中一般都 是采用扩大范围的方法解决这个问题，即k 1 ( k 是该点左右像素点的个数) ， 这个k 值称为平滑因子，利用这个k 值可以得
9、到计算该点曲率的支撑区域。 由T e h 和C h i n 提出的角点检测方法 4 u 简单，有效的检测出服装外形轮廓线 上的特征点。本文采用此方法对输入的服装外形轮廓线进行分析，自动求出特 征点。使用偏差与弦长的比值来作为该点的曲率。假设P 是曲线上任意一点，k 是点的问隔点的数目，其中这个偏差值是点只到弦弓一。只+ 。的距离d ，它也决定 东仁人学顾p 究生学位论文 第4 章三维虚拟服装设计的功能模块 了只的支持区域，即它决定了对应于点只的弦K 值的取法 4 2 ，即用d i 厶表示曲 线上尸点的曲率。 4 5 jJ 一j j ，7 1 O 图4 - 3 基于曲线曲率极值的角点检测方法不意
10、图 一旦所有外形轮廓线上所有曲率被估算出后，我们分两步来进行筛选。 ( 1 ) 给出一个阈值Z ，去掉那些因曲率太小而不可能是角点的点。 ( 2 ) 将第一步剩余的点再进行处理，去掉那些在该支撑区域内曲率不是最 大值的点。这样把最终剩余的点称作该曲线的特征点。 伪代码如下： 在得到特征点集合之后，需要对特征点之间的连线进行进一步分析 4 34 4 】。 裙装外形主要是由裙装的长度和裙装与人体的距离决定的。从这个思想出发， 将特征点之问的连线进行分类。如果两个特征点的连线与二维人体轮廓线相交， 3 8 东华人学颂I ：研究生学位论文 第4 章三维虚拟服装设汁的功能模块 那么就把这条曲线归入交叉线
11、集合，而如果两个特征点的连线与二维人体轮廓 线不相交( 平行) ，那么就把这条曲线归x J , t - 形线的集合。交叉线决定了服装的 垂直维度范围，外形线决定了服装与人体之问的距离。 伪代码如下： 由此，用户设计的外形轮廓线被分解成了交叉线署N J , I - 形线。系统根据外形 线计算出服装与人体之间的距离，根据交叉线计算出服装的长度和款式。结果 如图4 4 所示： 图4 - 4 外形线和交叉线获取示意图 东+ 产人学倾卜研究生学位论文第4 章二维虚拟服装设计的功能模块 4 5 虚拟服装的生成和修改 量体所得数据均为净体尺寸，在确定服装规格时，多数围度部位需要加放 尺寸，将这些加放的尺寸统
12、称为空隙量。加空隙量M 主要有三个作用：第一是 满足人体活动的需要，第二是为了容纳内衣层次的需要，第三是为了表现服装 的造型效果。显然，前两者是功能性的需要，后者则是装饰性的需要。这些作 用相互依存，在不同的款式造型中应有各自的侧重点4 6 1 。空隙量大小的确定是 服装原型立体构型生成中非常关键的部分。服装款式对空隙量的影响也反映在 空隙量的变化中。空隙量大小的决定因素在于人体的穿着舒适度，功能性运动 以及服装的美感等。空隙量数据一是来源于试验数据，二是根据服装学原理按 照一定的规则生成 4 7 1 。 假设C ( x ，Y ) 是交叉线上一点，计算出其与二维外形轮廓线最接近的距离， 记做口
13、4 8 1 。并根据D f 和三维人体数据源S ( 本文使用的V R M L 格式的三维人体 数据) 计算出服装的三维数据。即，假设只( 石，Y ，z ) 是三维虚拟服装上与C f 具有 相同Z 值的任意一点，那么变换后的坐标为只( ，咒，Z I ，) ，其中 吒= x 帮，y 。2 y 、( ：x i 丽+ y i ) 2 + D i ，z 。= z ( 4 - 5 ) 将计算后的点集坐标重新组织成独立的数据块【4 9 1 ，加入到三维虚拟人体数据 域中。伪代码如下： 4 0 东。扛人学顺I ：研究生学位论文 第4 章三维虚拟服装i 艾汁的功能模块 用户在真实服装缝制之前就见到真正的着装效果
14、，这样用户不但可直接修 改效果不满意的地方，还可以在计算机上任意调整服装面料和面料花纹【5 0 】，找 到最合适的面料以获得最佳效果，从而提高产品的生产效率和质量。 4 6 本章小结 本章以简单的服装款式裙装的设计出发，介绍了三维虚拟服装设计所需要 的功能模块，包括将三维人体数据映射到二维平面，用户输入二维服装轮廓线， 系统对二维服装轮廓线进行分析形成交叉线和外形线，建立空隙量模型将二维 服装扩展到三维空间中，形成三维虚拟服装数据。 4 l 东。扛大学顺f ：研究生学位论文 参考文献 第5 章三维虚拟服装设计展示 5 1 三维虚拟服装设计系统介绍 三维虚拟服装设计系统使用M y E c l i
15、 p s e7 5G A + J D K1 6 作为开发平台。主 要由五部分组成：三维人体数据文件选取和投影；二维人体轮廓线去噪；二维 服装轮廓线设计；选择服装面料；输出三维服装文件。用户选择特定的三维人 体数据输入到系统中，系统将三维人体数据投影N - 维平面形成二维人体轮廓 线，使用拉格朗日差值方法对二维人体轮廓线上的噪音进行平滑。用户将符合 审美观或者需求的二维服装轮廓线输入到系统当中。系统根据输入进行分析并 计算出服装点的三维坐标，按照特定的规范组织成三维虚拟服装数据文件，并 实时显示在用户面前。 5 2 虚拟人体映射和去噪处理结果展示 基于以上研究，用户可以选择一个虚拟三维人体数据文
16、件输入到系统中。 系统将三维人体映射N - 维空问形成二维人体轮廓线。采用拉格朗日二次插值 方法对二维人体轮廓线进行去噪处理，结果如下： 图5 - 1 三维人体数据映射和二维人体轮廓线去噪示意图 其中图5 1 左侧是选取的三维虚拟人体V R M L 文件，图5 1 中I 、自J 是三维人 4 2 东簪人学颂：I j 研究生学位论文 参考文献 体数据直接映射到二维空间形成的二维人体轮廓线，而图5 1 右侧是使用拉格 朗R 插值方法优化之后的二维人体轮廓线。很明显，可以看出经过优化之后的 二维人体轮廓线更加接近人体的外形。用户也可以选择其它的三维人体数据文 件作为系统输入，效果如下： 图5 2 个性化三维人体数据文件选择和虚拟服装设计系统处理 5 3 三维虚拟服装展示 利用电子、数字化、多媒体技术通过计算机和网络技术展示三维虚拟服装， 具有可快速传递和费用低等优点。让用户只需要点击小小的鼠标，足不出户就 身临其境购物的感觉。使用V R M L 技术，把使用空隙量模型计算
