基于人体骨架与二维形变的真实感服装创建方法
【专利摘要】本发明提供了一种基于人体骨架与二维形变的真实感服装创建方法，包括：（1）将服装图案转换为三角面片模型，将该三角面片模型映射到预先构建的人体模型上，建立三角面片模型与人体模型中人体骨架的相对位置关系，得到三角面片模型上的二维形变控制点；（2）改变人体骨架的姿势，根据步骤（1）得到的相对位置关系，获得所有二维形变控制点的新位置，根据所有二维形变控制点的新位置计算新姿势下的三角面片模型；（3）基于新姿势下的三角面片模型，重新计算服装图案中的样式线和图案曲线并进行渲染，得到二维形变后的服装图案。本发明方法使设计师可以通过电脑在不同姿势下模拟二维服装的试穿效果，以便设计出更为贴身的服装。
【专利说明】基于人体骨架与二维形变的真实感服装创建方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及计算机图形学及计算机辅助设计领域，特别是涉及一种基于人体骨架与二维形变的真实感服装创建方法。
【背景技术】
[0002]计算机辅助服装设计技术融合了设计师的思想和经验，通过计算机强大的计算能力，使得服装设计更加科学化和高效化，为服装设计师提供了一种便捷的辅助工具。近年来，该技术已被广泛地应用于服装设计机构、服装生成基地等。计算机辅助服装设计技术的发展很大程度上得益于图形学技术的发展。
[0003]图形学领域中，二维形变技术得到了广泛的研究，已被成功地应用于图像编辑、计算机辅助设计、人机交互和计算机动画等。为了生成满意的服装设计结果，研究者们根据应用环境的不同提出了很多变形算法。其中，Igarashi等提出了一个两步算法，可以像操纵二维实体变形一样进行二维形变操作，参见Igarashi, T., T.Moscovich, and.J.F.Hughes, As-Rigid-As-Possible Shape Manipulation, ACM Transactions onGraphics, ACM Transactions on Graphics, 2005，24 (3): 1134-1141。在此研究基础之上，有研究人员提出使用非线性最小二乘优化方法进行二维形变，参见Weng，Y.，Xu W., WuY.,Zhou K.and Guo B., 2D shape deformation using nonlinear least squaresoptimization, The Visual Computer，2006，22(9):653-660。
[0004]根据物体材料的刚性和硬度，Yang等提出了一种交互式二维/三维形状变形方法，在操纵变形的时候，用户可以调节物体的硬度，参见Yang，W.，J.Feng, and X.Jinj Shapedeformation with tunable stiffness, The Visual Computer，2008.24 (7-9):495-503。Yu和Zhang等提出了一种保持拓扑约束的二维形变框架，参见H.Yu and J.J.Zhang, Topologypreserved shape deformation, The Visual Computer，28 (6-8)，849-858，2012。
[0005]通过模仿传统的纸笔设计方式，基于草图的服装设计技术可以提供自然有效的交流平台，近年来得到了很大发展。Igarashi等提出了基于草图的在人体上穿衣服方法，用户可以在人体和衣服上自由绘制对应标记，系统通过匹配这些对应将衣服穿到人体上，参见 Igarashi，T.and J.F.Hughes, Clothing manipulation, in Proceedings ofthel5th annual ACM symposium on User interface software and technology, 2002, NewYork，USA。Turqin等开发了一个基于草图的界面，用户可以直接在三维角色身上进行勾画，三维虚拟衣服可以很快生成出来，参见Turquin，E.，Wither J，BoissieuxL，Cani Μ.-P.，and Hughes, J.F., A Sketch-Based Interface for Clothing VirtualCharacters, IEEE Computer Graphi cs&App Ii cat ion, 2007.27 (I): 72-81。在这一思想的基础上，Decaudin等提出一种自动服装设计方法，可以创建可展平的二维衣片，便于进行衣物的缝制，参见 Decaudin，P.，Julius D.，Wither J.，Boissieux Lj Sheffer A.and CaniM.-P., Virtual Garments:A Fully Geometric Approach for Clothing Design, ComputerGraphics Forum, 2006.25(3): 625-634。Ma等开发了 一个基于草图的二维衣服概念设计方法，可以在产品进入生产流水线之前帮助设计者识别不同的衣服设计方案，参见Ma，C.X., Liu Y.J., Yang H.Y., Teng D.X., Wang H.A.and Dai G.Z., KnitSketch:A Sketch Padfor Conceptual Design of2D Garment Patterns,IEEE Transactions on AutomationScience and Engineering，2011.8 (2):431_437。
[0006]现有的二维服装设计是通过设计师直接对二维的服装草图进行拉伸，因此无法很好地模拟和观察服装穿在人体模型上时的形变、样式线条效果。
【发明内容】
[0007]本发明提供了一种基于人体骨架与二维形变的真实感服装创建方法。该方法根据人体骨架与人体特征点的布局，结合二维形变技术，将设计师勾画的二维服装变形到对应新姿势下，从而方便设计师观察所设计的服装在不同姿势下的效果。本发明的每一个步骤都可以在家用电脑上处理，为专业服装设计人员提供了一种简便且直观的辅助服装创建方法。
[0008]一种基于人体骨架与二维形变的真实感服装创建方法，包括:
[0009](I)将服装图案转换为三角面片模型，将该三角面片模型映射到预先构建的人体模型上，建立三角面片模型与人体模型中人体骨架的相对位置关系，得到三角面片模型上的二维形变控制点；
[0010](2)改变人体骨架的姿势，根据步骤(I)得到的相对位置关系，获得所有二维形变控制点的新位置，根据所有二维形变控制点的新位置计算新姿势下的三角面片模型；
[0011](3)基于新姿势下的三角面片模型，重新计算服装图案中的样式线和图案曲线并进行渲染，得到二维形变后的服装图案。
[0012]其中服装图案是指由设计师预先勾画的二维形式的服装。人体骨架姿势改变时，通过三角面片模型上相应的的二维形变控制点来控制三角面片模型的二维形变。
[0013]步骤(I)中将服装图案转换为三角面片模型的过程为:
[0014]描绘所述服装图案的外围轮廓线，构成一个封闭的多边形；
[0015]使用Delaunay三角剖分算法将该多边形三角化，得到对应的三角面片模型。
[0016]其中三角面片模型中包含多个三角面片，构成整个封闭的多边形。
[0017]将三角面片模型映射到预先构建的人体模型上时，步骤如下:
[0018]a)在三角面片模型的外围轮廓上选择若干特征点；
[0019]b)在人体模型上选择所述特征点的对应点；
[0020]c)匹配所述特征点与对应点，如果三角面片模型覆盖人体模型的对应部位，则完成映射过程，否则执行步骤d)；
[0021]d)增加若干特征点以及相匹配的对应点，将所有的特征点以及相匹配的对应点作为对三角面片模型进行RBF插值映射的约束条件，对三角面片模型进行插值处理，使插值后的三角面片模型覆盖人体模型的对应部位，完成映射过程。
[0022]在人体模型上与三角面片模型外围轮廓对应处的点为人体模型身形的轮廓。例如，在三角面片模型中选择肩点，则在人体模型肩膀轮廓处相应位置选择肩点的对应点。
[0023]其中二维形变控制点选择过程为:设定人体骨架初始为正立姿势，正立姿势下的人体骨架包括若干线段以及相邻线段的连接点，还包括两条初始为水平的特征线，将两条特征线的端点以及所有连接点均作为人体特征点；计算所述二维形变控制点时遍历三角面片模型中的所有三角面片，为人体骨架中的每一条线段选择若干个临近的网格顶点作为二维形变控制点。其中，特征线用于更好地展现不同姿势下人体躯干的状态。
[0024]由每个人体特征点的坐标确定其所在的三角面片，若人体特征点与其所在三角面片的中心点的距离小于设定值，则由该中心点将该三角面片划分为三个新的三角面片，该中心点也作为二维形变控制点。
[0025]通过将人体特征点所临近的三角面片中心点增加到二维形变控制点中，能够更加精确地进行二维形变控制。
[0026]对于紧身款的二维服装，通过增加人体骨架来达到较精确的控制。对于步骤d)中获得的插值后的三角面片模型，在计算其二维形变控制点时，在插值后的三角面片模型的外轮廓与人体骨架的中间位置构建曲线段，该曲线段以及相邻曲线段之间的连接点也作为人体骨架的一部分。
[0027]步骤(2)中基于三角面片各个顶点与相应二维形变控制点的相对位置关系，在满足误差总和最小的条件下，得到三角面片各个顶点的新位置，即获得新姿势下的三角面片模型。
[0028]由于各个控制点对每一个三角面片顶点所产生的期望位置不同，存在误差，因此每个顶点的新位置应满足总体误差最小。
[0029]得到三角面片各个顶点的新位置后，还需进行三角面片的比例调整，之后获得新姿势下的三角面片模型，其中，三角面片的比例调整包括如下步骤:
[0030]步骤2-1，设是与三角面片Ivtl, V1, ν2}匹配的新面片，其中通过最小化新面片的误差得到，新面片误差表示如下:
【权利要求】
1.一种基于人体骨架与二维形变的真实感服装创建方法，其特征在于，包括: (1)将服装图案转换为三角面片模型，将该三角面片模型映射到预先构建的人体模型上，建立三角面片模型与人体模型中人体骨架的相对位置关系，得到三角面片模型上的二维形变控制点； (2)改变人体骨架的姿势，根据步骤(1)得到的相对位置关系，获得所有二维形变控制点的新位置，根据所有二维形变控制点的新位置计算新姿势下的三角面片模型； (3)基于新姿势下的三角面片模型，重新计算服装图案中的样式线和图案曲线并进行渲染，得到二维形变后的服装图案。
2.如权利要求1所述基于人体骨架与二维形变的真实感服装创建方法，其特征在于，步骤(1)中将服装图案转换为三角面片模型的过程为: 描绘所述服装图案的外围轮廓线，构成一个封闭的多边形； 使用Delaunay三角剖分算法将该多边形三角化，得到对应的三角面片模型。
3.如权利要求1所述基于人体骨架与二维形变的真实感服装创建方法，其特征在于，将三角面片模型映射到预先构建的人体模型上时，步骤如下: a)在三角面片模型的外围轮廓上选择若干特征点； b)在人体模型上选择所述特征点的对应点； c)匹配所述特征点与对应点，如果三角面片模型覆盖人体模型的对应部位，则完成映射过程，否则执行步骤d);` d)增加若干特征点以及相匹配的对应点，将所有的特征点以及相匹配的对应点作为对三角面片模型进行RBF插值映射的约束条件，对三角面片模型进行插值处理，使插值后的三角面片模型覆盖人体模型的对应部位，完成映射过程。
4.如权利要求1所述基于人体骨架与二维形变的真实感服装创建方法，其特征在于，其中二维形变控制点选择过程为:设定人体骨架初始为正立姿势，正立姿势下的人体骨架包括若干线段以及相邻线段的连接点，还包括两条初始为水平的特征线，将两条特征线的端点以及所有连接点均作为人体特征点；计算所述二维形变控制点时遍历三角面片模型中的所有三角面片，为人体骨架中的每一条线段选择若干个临近的网格顶点作为二维形变控制点。
5.如权利要求4所述基于人体骨架与二维形变的真实感服装创建方法，其特征在于，由每个人体特征点的坐标确定其所在的三角面片，若人体特征点与其所在三角面片的中心点的距离小于设定值，则由该中心点将该三角面片划分为三个新的三角面片，该中心点也作为二维形变控制点。
6.如权利要求3所述基于人体骨架与二维形变的真实感服装创建方法，其特征在于，对于步骤d)中获得的插值后的三角面片模型，在计算其二维形变控制点时，在插值后的三角面片模型的外轮廓与人体骨架的中间位置构建曲线段，该曲线段以及相邻曲线段之间的连接点也作为人体骨架的一部分。
7.如权利要求1所述基于人体骨架与二维形变的真实感服装创建方法，其特征在于，步骤(2)中基于三角面片各个顶点与相应二维形变控制点的相对位置关系，在满足误差总和最小的条件下，得到三角面片各个顶点的新位置，即获得新姿势下的三角面片模型。
8.如权利要求7所述基于人体骨架与二维形变的真实感服装创建方法，其特征在于，得到三角面片各个顶点的新位置后，还需进行三角面片的比例调整，之后获得新姿势下的三角面片模型，其中，三角面片的比例调整包括如下步骤: 步骤2-1，设{vK,vf2}是与三角面片{V(l，Vl，v2}匹配的新面片，其中V[通过最小化新面片的误差得到，新面片误差表示如下:
【文档编号】G06F17/50GK103678769SQ201310559433
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2013年11月12日 优先权日:2013年11月12日
【发明者】万贤美, 金小刚 申请人:浙江大学