一种用于服装工业的数字化混合人体快速建模方法
【专利摘要】本发明涉及一种用于服装工业的数字化混合人体快速建模方法，包括以下步骤：获取需要建模人体的全身3D点云数据以及人体面部照片；把人体的点云分成头、手、脚、胳膊、腿、大身和肩部七个部位，其中头部使用图片建模方法，手和脚使用正向建模方法，胳膊、腿、大身和肩部使用基于点云的逆向建模方法；通过结合手、脚、胳膊、腿、肩部和大身的模型构建一个身体模型，并通过结合头和身体模型构建一个完整的人体模型；依据真实人体的骨骼系统创建一个虚拟骨骼系统，调整虚拟骨骼系统的骨骼和关节点使之与人体模型的骨骼和关节点相对应，然后把虚拟骨骼绑定到人体模型上。本发明能够快速构建一个满足服装工业用的逼真的3D数字化人体模型。
【专利说明】
一种用于服装工业的数字化混合人体快速建模方法
技术领域
[0001]本发明涉及人体建模技术领域，特别是涉及一种用于服装工业的数字化混合人体快速建模方法。
【背景技术】
[0002]目前虚拟试穿技术，虚拟立体裁剪技术，3D服装设计与样板开发技术，虚拟服装走秀技术等广泛的应用于服装行业。这些技术都需要一个数字化的3D人体模型。人体建模技术主要包含正向建模，逆向建模，图片建模，参数化建模等。然而，这些人体建模技术单独使用都不能很好的构建符合服装工业要求的人体模型。服装工业对数字化3D人体模型的要求主要包含以下几个方面:
[0003]—、人体模型的各部位尺寸须与真实的人尽可能的相同(用于虚拟试穿，虚拟立体裁剪等);
[0004]二、人体模型要能够做各种动作，且其面部和肤色与真实人体应尽可能相似(用于动态的虚拟试穿评估，高质量的虚拟试穿以及制作虚拟走秀等)。
[0005]正向建模的方法构建3D人体模型受建模者个人建模水平等主观因素影响很大。这种方法不依据人体的尺寸进行建模，全靠建模者的个人构思，所以构建出来的人体模型外观与真实人体相似，但是尺寸是随机的，并不能构建一个与真实人体尺寸相同的3D人体模型，所以单纯通过正向建模的方式构建出来的人体模型并不符合服装工业使用。此外这种建模方法构建3D人体模型的速度慢，效率低，模型的成本很高。
[0006]图片建模的方法构建3D人体模型，是用一张或多张人体的二维平面照片，通过计算机合成的方式构建人体模型，这种方法虽然建立的3D人体模型与真实人体的外观很相似，但尺寸与真实人体相差很大，所以也不能用于服装工业使用。
[0007]参数化建模的方法构建3D人体模型，是用人体的几个主要尺寸，例如身高、臀围、腰围、臂长、腿长等这些关键尺寸构建人体模型。虽然这种方法能够快速构建3D人体模型，但是由于这种方法采用人体的几个关键尺寸来控制其他不同部位尺寸的数值，所以主要部位尺寸可以与真实人体完全相同，但其他部位尺寸与真实人体并不完全相同。所以此方法构建的人体模型只能大体符合服装设计使用，对于量身定制则不可行。
[0008]目前服装工业使用的3D人体模型是通过3D人体扫描获取人体点云数据，然后依据扫描的人体点云数据，通过逆向建模的方式构建的。这种建模方法的缺点是建模要完全依据点云数据，而3D人体扫描的点云在头部、手和脚等部位缺陷严重，无法用点云数据建模。此外，头部和面部比较复杂，使用逆向建模的方法去构建，速度慢，效率低。依据现有的人体建模技术构建达到服装工业需求的3D人体模型，技术难度大，成本高，效率低。
【发明内容】
[0009]本发明所要解决的技术问题是提供一种用于服装工业的数字化混合人体快速建模方法，能够快速构建一个满足服装工业用的逼真的3D数字化人体模型。
[0010]本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:提供一种用于服装工业的数字化混合人体快速建模方法，包括以下步骤:
[0011 ] (I)获取需要建模人体的全身3D点云数据以及需要建模的人体面部照片；
[0012](2)依据人体3D点云数据，把人体的点云分成头、手、脚、胳膊、腿、大身和肩部七个部位，其中头部使用图片建模方法，手和脚使用正向建模方法，胳膊、腿、大身和肩部使用基于点云的逆向建模方法；
[0013](3)通过结合手、脚、胳膊、腿、肩部和大身的模型构建一个身体模型，并通过结合头和身体模型构建一个完整的人体模型；
[0014](4)依据真实人体的骨骼系统创建一个虚拟骨骼系统，调整虚拟骨骼系统的骨骼和关节点使之与人体模型的骨骼和关节点相对应，然后把虚拟骨骼绑定到人体模型上。
[0015]所述步骤(2)中手和脚正向建模具体包括:首先建立一个长方体；调整长方体的点、线和面，使其近似于手或脚的形状;增加模型网格的数量，直到手或脚的模型光滑度达到要求为止。
[0016]所述步骤(2)中使用人体面部的正面照片和侧面照片进行头部建模。
[0017]所述步骤(2)中腿的建模具体包括:通过20个水平的横截面抽取点云;将抽取的点云拟合成曲线;通过放样拟合的曲线构建出腿部模型。
[0018]所述步骤(2)中大身的建模具体包括:通过水平腋窝线、水平裆底线和中心线抽取两个水平横截面和一个竖直纵截面;通过两个水平横截面和一个竖直纵截面分别抽取点云；通过抽取的点云分别拟合水平腋窝曲线、前中心线曲线、后中心线曲线和水平裆底曲线;修剪水平腋窝曲线、前中心线曲线、后中心线曲线和水平裆底曲线使其首尾相连形成一个空间四边形;抽取空间四边形中的点云；由空间四边形和其包含的点云拟合曲面，最后通过对称曲面的方式得到一个大身模型。
[0019]所述步骤(2)中胳膊的建模具体包括:通过穿过手腕线的横截面抽取点云，并依据点云拟合出手腕曲线;沿着袖笼曲线的形状创建一条曲线，通过投影该曲线的方式抽取点云，依据得到的点云拟合出袖笼曲线;依据袖笼的侧缝线创建两条曲线，通过投影该两条曲线的方式抽取点云，依据得到的点云拟合出胳膊侧缝线;修剪手腕曲线、袖笼曲线和胳膊侧缝线使其形成一个首尾相连的空间四边形；抽取空间四边形中的点云；依据空间四边形中的点云和空间四边形拟合曲面;通过拟合曲面的上下交接点分别构建两条曲线，并结合胳膊侧缝线构建一个曲面，并将该曲面与空间四边形拟合的曲面结合形成胳膊模型。
[0020]所述步骤(2)中肩部的建模具体包括:通过穿过领围中线，身体中心线和水平腋窝线分别抽取点云；依据点云分别拟合出四条曲线;修剪该四条曲线使其首尾相连形成空间四边形;抽取空间四边形中的点云;依据空间四边形中的点云和空间四边形拟合曲面;通过曲面对称的方法得到整个肩部模型。
[0021]有益效果
[0022]由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果:本发明把人体划分为头、肩、大身、手、胳膊、腿和脚七个部位。不同的部位使用不同的建模方法，其中头部用图片建模方法，手和脚使用正向建模方法，其他部位使用基于点云数据的逆向建模方法。本发明能够快速的构建达到服装工业需求的3D数字化的人体模型。
【附图说明】
[0023]图1是人体点云划分示意图；
[0024]图2是手和脚的正向建模流程图；
[0025]图3是基于图片的头部建模流程图；
[0026]图4是腿部逆向建模流程图；
[0027]图5是大身逆向建模流程图；
[0028]图6是胳膊逆向建模流程图；
[0029]图7是肩部逆向建模流程图；
[0030]图8是静态人体的混合建模流程图；
[0031 ]图9是人体模型骨骼绑定流程图。
【具体实施方式】
[0032]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。
[0033]本发明的实施方式涉及一种用于服装工业的数字化混合人体快速建模方法，包括以下步骤:获取需要建模人体的全身3D点云数据以及需要建模的人体面部照片；依据人体3D点云数据，把人体的点云分成头、手、脚、胳膊、腿、大身和肩部七个部位，其中头部使用图片建模方法，手和脚使用正向建模方法，胳膊、腿、大身和肩部使用基于点云的逆向建模方法;通过结合手、脚、胳膊、腿、肩部和大身的模型构建一个身体模型，并通过结合头和身体模型构建一个完整的人体模型；依据真实人体的骨骼系统创建一个虚拟骨骼系统，调整虚拟骨骼系统的骨骼和关节点使之与人体模型的骨骼和关节点相对应，然后把虚拟骨骼绑定到人体模型上。具体如下:
[0034]第一部分建模数据的收集
[0035](一)人体点云数据的收集
[0036]通过三维人体扫描仪获取需要建模人体的全身3D点云数据，此数据用于身体的建模。
[0037](二)人体面部照片的收集
[0038]通过数码相机拍摄需要建模的人体面部照片，一张正面面部照片和一张侧面面部照片，收集的这两张照片用于接下来的头部建模使用。
[0039]第二部分基于混合建模方法的人体建模步骤
[0040](— )人体点云数据的划分以及人体各部位建模的方法
[0041 ]依据人体点云数据，把人体的点云分成头、手、脚、胳膊、腿、大身和肩部七个部位，其中头部使用图片建模方法，手和脚使用正向建模方法，胳膊、腿、大身和肩部使用基于点云的逆向建模方法，如图1所示。
[0042](二)手和脚的正向建模
[0043](I)首先建立一个长方体(图2-a);
[0044](2)调整长方体的点、线和面，使其尽可能的近似于手的形状(图2-b和图2-c);
[0045](3)增加模型网格的数量，直到手的模型光滑度达到要求为止(图2-d)。
[0046]此外，脚部模型的构建也使用同样的方法(图2-e，图2-f，图2_g，图2_h)。
[0047](三)头部的图片建模
[0048](I)取人的正面和侧面照片。
[0049](2)通过图片建模的方法构建人体的头部模型(如图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)通过20个水平的横截面抽取点云P4.I，P4.2...Ρ4.20(图4-a)。
[0053](2)依据点云？4.1少4.2"子4.20分别拟合曲线04.1，04.2"{4.20(图4-13)。
[0054](3)通过放样曲线C4.1，C4.2…C4.20构建腿部的模型(图4_c)。
[0055]4.2大身的建模
[0056](I)通过水平腋窝线，水平裆底线和中心线抽取水平横截面CS5.1，水平横截面CS5.2和竖直纵截面LS5.1 (图5-a)。
[0057](2)通过水平横截面CS5.1，水平横截面CS5.2和竖直纵截面LS5.1分别抽取点云卩5.1，卩5.2和卩5.3(图5-13)。
[0058](3)通过点云P5.1，P5.2和P5.3分别拟合水平腋窝曲线C5.1，前中心线曲线C5.2，后中心线曲线C5.3和水平裆底曲线C5.4(图5-c)。
[0059](4)修剪拟合水平腋窝曲线C5.1，前中心线曲线C5.2，后中心线曲线C5.3和水平裆底曲线C5.4使其首尾相连形成一个空间四边形CSQ5.1 (图5-d)。
[0060](5)抽取空间四边形CSQ5.1中的点云Ρ5.4(图5-e)。
[0061 ] (6)由空间四边形CSQ5.1和其包含的点云P5.4拟合曲面S5.1 (图5_f)，最后通过对称曲面S5.1的方法得到一个完整的大身模型(图5-g)。
[0062]4.3胳膊的建模
[0063](I)通过穿过手腕线的横截面抽取点云P6.1(图6-a)，依据点云P6.1拟合手腕曲线〇6.1(图6-13)。
[0064](2)沿着袖笼曲线的形状创建曲线C6.2，通过投影曲线C6.2抽取点云P6.2(图6-b)，依据点云P6.2拟合袖笼曲线C6.3(图6-b和图6-c)。
[0065](3)依据袖笼的侧缝线创建曲线C6.4和C6.5，通过投影曲线C6.4和C6.5的方式抽取点云P6.3和P6.4(图6-d)，接着依据点云P6.3和P6.4拟合胳膊侧缝线C6.6和C6.7(图6-
e) ο
[0066](4)修剪手腕曲线C6.1，袖笼曲线C6.3，胳膊侧缝线C6.6和C6.7使其形成一个首尾相连的空间四边形CSQ6.1 (图6-f)，抽取空间四边形CSQ6.1中的点云P6.5(图6_g)。
[0067](5)依据手腕曲线C6.1，袖笼曲线C6.3，胳膊侧缝线C6.6和C6.7以及点云P6.5拟合曲面S6.1(图6-f，图6-g和图6-h)。
[0068](6)通过桥接点A和B，构建曲线C6.8;通过桥接点C和D，构建曲线C6.9 (图6_i)。
[0069](7)通过双样条放样胳膊侧缝线C6.6和C6.7以及曲线C6.8和C6.9构建曲面S6.2(图 6_i)0
[0070](8)通过结合曲面S6.1和S6.2构建胳膊模型(图6-j)。
[0071]4.4肩部的建模
[0072](I)通过穿过领围中线，身体中心线和水平腋窝线的三个平面分别抽取点云P7.1，P7.2，P7.3和P7.4(图7_a和图 7_b);
[0073](2)依据点云P7.1，P7.2，P7.3和P7.4分别拟合曲线C7.1，C7.2，C7.3和C7.4(图 7-
b) ο
[0074](3)修剪曲线C7.1，C7.2，C7.3和C7.4使其首尾相连形成空间四边形CSQ7.1 (图7-
C) O
[0075](4)抽取空间四边形CSQ7.I中的点云P7.5 (图7_d)。
[0076](5)依据空间四边形CSQ7.1中的点云P7.5和空间四边形CSQ7.1拟合曲面S7.1(图7_e) ο
[0077](6)通过对称的方法得到整个肩部的模型(图7_f)。
[0078](五)基于混合建模方式的整体人体模型构建
[0079](I)通过结合手、脚、胳膊、腿、肩部和大身的模型构建一个身体模型(图8-a和图8-
b) ο
[0080](2)把皮肤的图片贴合到身体模型上，得到一个较逼真的静态身体模型(图8-c)。
[0081](3)通过结合头和身体的模型构建一个完整的人体模型(图8-d)。
[0082](六)人体的动态建模
[0083](I)依据真实人体的骨骼系统创建一个简单的虚拟骨骼系统(图9-a)。
[0084](2)调整虚拟骨骼系统的骨骼和关节点使之与人体模型的骨骼和关节点相对应，然后把虚拟骨骼绑定到人体模型上，最后得到一个动态的人体模型(图9-b和图9-c)。
[0085]第三部分基于混合建模的快速人体模型生成系统
[0086]通过将混合建模的方法写成计算机程序，开发出一个人体模型快速生成系统，这个系统的输入是人体面部的正面照片和侧面照片，而这个系统的输出是动态的3D人体模型。
[0087]不难发现，本发明提出一种混合建模的方法，即多种建模方法混合使用，快速的构建人体模型。本发明把人体划分成不同的部位，那些对服装设计有重要影响的部位采用依据点云数据的逆向建模的方式构建，这样所构建的这些部位尺寸与真实人体完全相同；而那些对服装设计几乎没有影响的部位则采用其他建模方法快速的构建。其中人的头部特别是面部建模比较复杂，而这个部位尺寸对服装设计影响不大，因此本发明采用基于图片的建模方法构建人的头部模型。人的手和脚部位的点云缺失严重，而这两个部位对服装设计的影响也不大，因此本发明对这两个部位采用正向建模的方法构建3D模型。最终通过这种混合建模的方法构建一个完整的3D人体模型。
【主权项】
1.一种用于服装工业的数字化混合人体快速建模方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)获取需要建模人体的全身3D点云数据以及需要建模的人体面部照片； (2)依据人体3D点云数据，把人体的点云分成头、手、脚、胳膊、腿、大身和肩部七个部位，其中头部使用图片建模方法，手和脚使用正向建模方法，胳膊、腿、大身和肩部使用基于点云的逆向建模方法； (3)通过结合手、脚、胳膊、腿、肩部和大身的模型构建一个身体模型，并通过结合头和身体模型构建一个完整的人体模型； (4)依据真实人体的骨骼系统创建一个虚拟骨骼系统，调整虚拟骨骼系统的骨骼和关节点使之与人体模型的骨骼和关节点相对应，然后把虚拟骨骼绑定到人体模型上。2.根据权利要求1所述的用于服装工业的数字化混合人体快速建模方法，其特征在于， 所述步骤(2)中手和脚正向建模具体包括:首先建立一个长方体;调整长方体的点、线和面，使其近似于手或脚的形状;增加模型网格的数量，直到手或脚的模型光滑度达到要求为止。3.根据权利要求1所述的用于服装工业的数字化混合人体快速建模方法，其特征在于， 所述步骤(2)中使用人体面部的正面照片和侧面照片进行头部建模。4.根据权利要求1所述的用于服装工业的数字化混合人体快速建模方法，其特征在于， 所述步骤(2)中腿的建模具体包括:通过20个水平的横截面抽取点云;将抽取的点云拟合成曲线;通过放样拟合的曲线构建出腿部模型。5.根据权利要求1所述的用于服装工业的数字化混合人体快速建模方法，其特征在于， 所述步骤(2)中大身的建模具体包括:通过水平腋窝线、水平裆底线和中心线抽取两个水平横截面和一个竖直纵截面;通过两个水平横截面和一个竖直纵截面分别抽取点云;通过抽取的点云分别拟合水平腋窝曲线、前中心线曲线、后中心线曲线和水平裆底曲线;修剪水平腋窝曲线、前中心线曲线、后中心线曲线和水平裆底曲线使其首尾相连形成一个空间四边形;抽取空间四边形中的点云；由空间四边形和其包含的点云拟合曲面，最后通过对称曲面的方式得到一个大身模型。6.根据权利要求1所述的用于服装工业的数字化混合人体快速建模方法，其特征在于， 所述步骤(2)中胳膊的建模具体包括:通过穿过手腕线的横截面抽取点云，并依据点云拟合出手腕曲线;沿着袖笼曲线的形状创建一条曲线，通过投影该曲线的方式抽取点云，依据得到的点云拟合出袖笼曲线；依据袖笼的侧缝线创建两条曲线，通过投影该两条曲线的方式抽取点云，依据得到的点云拟合出胳膊侧缝线;修剪手腕曲线、袖笼曲线和胳膊侧缝线使其形成一个首尾相连的空间四边形；抽取空间四边形中的点云；依据空间四边形中的点云和空间四边形拟合曲面;通过拟合曲面的上下交接点分别构建两条曲线，并结合胳膊侧缝线构建一个曲面，并将该曲面与空间四边形拟合的曲面结合形成胳膊模型。7.根据权利要求1所述的用于服装工业的数字化混合人体快速建模方法，其特征在于， 所述步骤(2)中肩部的建模具体包括:通过穿过领围中线，身体中心线和水平腋窝线分别抽取点云；依据点云分别拟合出四条曲线;修剪该四条曲线使其首尾相连形成空间四边形;抽取空间四边形中的点云;依据空间四边形中的点云和空间四边形拟合曲面;通过曲面对称的方法得到整个肩部模型。
【文档编号】G06T17/00GK105913486SQ201610217065
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年4月8日
【发明人】刘凯旋, 王建萍
【申请人】东华大学