面向真实扫描人体的三维虚拟服装快速试衣方法与流程

本发明涉及一种三维虚拟服装快速试衣方法。

背景技术：

目前三维虚拟服装的制作过程尚未达到全自动建模水平，一件三维虚拟服装的制作往往需要耗费相当的人力和物力，而随着网络服装销售业务的蓬勃发展，我们总是希望能够将一件已经制作完成的三维虚拟服装，穿着在不同体型的人体表面，从而得到相应的试衣效果。

当同一件三维虚拟服装穿着在不同体型的人体表面后，由于体型的差异，人体与服装这两个几何表面之间，会出现如图4所示的交叉穿透现象。

技术实现要素：

本发明的目的是解决当人体体型不同时所出现的大面积交叉穿透现象。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种面向真实扫描人体的三维虚拟服装快速试衣方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1、扫描目标人体，扫描所得目标人体模型以三角形集合表示；

步骤2、建立符合要求的虚拟服装源模型，虚拟服装源模型针对体态匀称的试衣模特建立，且由三角形集合构成；

步骤3、将虚拟服装源模型穿着在目标人体模型表面，对目标人体模型与虚拟服装源模型之间出现的交叉穿透现象采用如下步骤予以补偿：

步骤3.1、判断虚拟服装源模型中每个三角形的顶点所处的位置

令虚拟服装源模型中三角形顶点p的法向为n，沿着法向n方向，建立一个矢量n1，若矢量n1与目标人体模型有交点q，则三角形顶点p位于目标人体模型内部，处于穿透状态，若矢量n1与目标人体模型没有交点，则三角形顶点p位于目标人体模型外部；

步骤3.2、对于所有处于穿透状态的三角形顶点p，用交点q的三维坐标替代点三角形顶点p的三维坐标。

优选地，在所述步骤3.1中，所述矢量n1的长度为1米。

优选地，在所述步骤3.2后还包括：

步骤3.3、通过增广拉格朗日方法来解决虚拟服装源模型出现的局部过度拉伸或者过度压缩，从而保持面料的固有面积和形态。

优选地，所述步骤3.3包括：

步骤3.3.1、设目标函数f(x)为如下形式：

其中，n为虚拟服装源模型中的三角形顶点的总数目，xi为第i个虚拟服装源模型的三角形顶点经过所述步骤3.2之前的位置，xi_new为xi经过所述步骤3.2之后的位置；

对于虚拟服装源模型的第j个三角形，其应变约束的上边界gupper(x)、下边界glower(x)分别为：

gupper(x)＝wj(ε(x)-εmax)；

glower(x)＝wj(εmin-ε(x))，式中，权重wj为第j个三角形的面积的平方根，即sj为第j个三角形的面积，εmax为最大允许应变值，εmin为最小允许应变值，ε(x)为瞬时应变值；

步骤3.3.2、对局部过度拉伸或者过度压缩的过度应变加以约束，将约束优化问题的数学表达minf(x)s.t.g(x)≤0，式中，g(x)为约束条件，改写为：

式中，s为非负松弛变量；

步骤3.3.3、按照增广拉格朗日方法的定义，将约束优化问题表述为如下的拉格朗日乘子与罚函数的组合方式，得增广拉格朗日函数la(x，s；λ，μ)：

式中，λ^t为拉普拉斯乘子的估算值矩阵的转置矩阵，μ为用于控制迭代的收敛速度；

步骤3.3.4、将s从变量简化为其优化值将增广拉格朗日函数la(x，s；λ，μ)表述为如下的无约束非线性形式la(x；λ，μ)：

式中，为罚函数；

步骤3.3.5、无约束非线性形式la(x；λ，μ)进行迭代，具体迭代过程如下：

1)给定λ和μ值，通过非线性共轭梯度法对la(x；λ，μ)进行最小化，从而更新x；

2)按照如下方式更新λ：

反复步骤1)及步骤2)直至收敛，得到虚拟服装源模型的三角形集合中各顶点最终的空间位置。

采用本发明提供的方法，可以对目标人体模型与虚拟服装源模型之间出现的交叉穿透现象进行补偿，实现了同一虚拟服装源模型对不同目标人的试穿。当有不同的目标人时，无需重新构造三维虚拟服装，即可将其穿着在目标人体表面，并展示三维服装着装效果。

附图说明

图1为源人体；

图2为根据源人体制作的三维虚拟服装(称为源服装)；

图3为目标人体；

图4为源服装在目标人体表面出现大面积穿透现象；

图5为采用本发明技术处理后的着装效果。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明提供了一种面向真实扫描人体的三维虚拟服装快速试衣方法，包括以下步骤：

步骤1、扫描目标人体，扫描所得目标人体模型以三角形集合表示。

为了得到较好的试衣效果，人体在接受三维扫描时，采用自然站姿。即两脚与肩同宽，两臂自然下垂。扫描所得人体模型以三角形集合表示，其三角形密度为20000个/人。

步骤2、建立符合要求的虚拟服装源模型。

建议通过三维扫描仪、三维服装cad软件，或者手工建模的方式来构造虚拟服装模型。特别地，本发明对虚拟服装源模型的要求为：

1、虚拟服装源模型应针对图1所示体态匀称的试衣模特建立，以符合人类时装展示行为。

2、虚拟服装源模型由三角形集合构成，其密度为5000-8000个/件，依服装的类型不同而不同。

步骤3、将虚拟服装源模型穿着在目标人体模型表面，由于体型的差异，目标人体模型与虚拟服装源模型这两个几何表面之间，会出现如图4所示的交叉穿透现象。为了克服这种穿透现象，采用如下技术予以补偿。

步骤3.1、判断虚拟服装源模型中每个三角形的顶点所处的位置

令虚拟服装源模型中三角形顶点p的法向为n，沿着法向n方向，建立一个长度为1米的矢量n1，若矢量n1与目标人体模型有交点q，则三角形顶点p位于目标人体模型内部，处于穿透状态，若矢量n1与目标人体模型没有交点，则三角形顶点p位于目标人体模型外部；

步骤3.2、对于所有处于穿透状态的三角形顶点p，用交点q的三维坐标替代点三角形顶点p的三维坐标。

经过步骤3.2的补偿方式，虚拟服装源模型在穿透区域的几何形态被人为地改变了，并且这种改变未必符合面料的变形方式，有可能出现局部过度拉伸或者过度压缩的情况，为了保持面料的固有面积和形态，必须对过度的应变加以约束，即通过增广拉格朗日方法来解决该约束优化问题，具体如下：

步骤3.3、通过增广拉格朗日方法来解决虚拟服装源模型出现的局部过度拉伸或者过度压缩，从而保持面料的固有面积和形态，具体包括：

步骤3.3.1、设目标函数f(x)为如下形式：

其中，n为虚拟服装源模型中的三角形顶点的总数目，xi为第i个虚拟服装源模型的三角形顶点经过所述步骤3.2之前的位置，xi_new为xi经过所述步骤3.2之后的位置；

对于虚拟服装源模型的第j个三角形，其应变约束的上边界gupper(x)、下边界glower(x)分别为：

gupper(x)＝wj(ε(x)-εmax)；

glower(x)＝wj(εmin-ε(x))，式中，权重wj为第j个三角形的面积的平方根，即sj为第j个三角形的面积，εmax＝1.01为最大允许应变值，εmin＝0.99为最小允许应变值，ε(x)为瞬时应变值；

步骤3.3.2、对局部过度拉伸或者过度压缩的过度应变加以约束，将约束优化问题的数学表达minf(x)s.t.g(x)≤0，式中，g(x)为约束条件，改写为：

式中，s为非负松弛变量；

步骤3.3.3、按照增广拉格朗日方法的定义，将约束优化问题表述为如下的拉格朗日乘子与罚函数的组合方式，得增广拉格朗日函数la(x，s；λ，μ)：

式中，λ^t为拉普拉斯乘子的估算值矩阵的转置矩阵，μ为用于控制迭代的收敛速度；

步骤3.3.4、将s从变量简化为其优化值将增广拉格朗日函数la(x，s；λ，μ)表述为如下的无约束非线性形式la(x；λ，μ)：

式中，为罚函数；

步骤3.3.5、无约束非线性形式la(x；λ，μ)进行迭代，具体迭代过程如下：

1)给定λ和μ值，通过非线性共轭梯度法对la(x；λ，μ)进行最小化，从而更新x；

2)按照如下方式更新λ：

反复步骤1)及步骤2)直至收敛，得到虚拟服装源模型的三角形集合中各顶点最终的空间位置。若迭代100次还不收敛时，取第100次更新后的x值作为三角形集合中各顶点最终的空间位置。

采用本发明后的总体表现即为穿透补偿结束时的试衣效果，如图5所示。