专利名称：穿戴模拟装置及其方法以及程序的制作方法
技术领域：
本发明涉及由布帛、针织物等多个片段构成的衣服的穿戴模拟， 特别是涉及能够与人体模型没有干涉地配置片段并缝合的衣服的穿戴 模拟。
背景技术：
在利用布帛等的衣服中缝合片段而形成衣服，在衣服的图案数据 中记载有片段的形状和片段间的对应关系，该对应关系可作为缝合关 系使用。如果能够不生成现实的衣服而在计算机上生成衣服来穿戴到 人体模型上，则衣服的设计变得容易。因此在现有技术中，在计算机 屏幕上的人体模型的周围配置片段，根据图案数据在计算机上缝合各 片段，接着考虑衣服和人体的干涉而力学性地模拟出衣服的稳定形状。 但是在这种情况下，在人体模型的周围配置衣服本身麻烦。
在图11中表示为了将由两个袖子、左右的前身片以及后身片构成 的简单的衣服穿戴到人体上，将各片段配置在人体模型周围的例子。
在这里，将各片段相对于人体模型配置在适当位置上并不容易。例如 将袖子的筒以胳膊能够穿过的方式进行配置并不容易。并且当在比图 11复杂的衣服上增加片段的数量时，片段的配置相应地变难。进而难 以在下裆等隐秘部分配置片段。图11的网眼状的线表示片段间的缝合
关系，图12表示据此假想地缝合的衣服。由于将片段从人体模型分离 而配置，因而衣服形成为不自然地膨胀的形状。由于衣服从人体模型 分离，因而当使其接近自然形状地进行模拟时，计算量增加，模拟时 间变长。
在此表示相关的现有技术的话，专利文献1 (日本专利2614691号公报)提出了对于较细的人体模型穿戴假想的衣服，并使人体模型
膨胀。在专利文献2 (WO2005/082185A)中，提出了使针织物膨胀而 配置在人体模型的周围，接着使针织物收縮而接近自然的形状。任意 一个的现有专利都没有公示根据图案数据没有人体模型地假想地缝合 片段的技术。
专利文献l:日本专利第2614691号公报 专利文献2: WO2005/082185A
发明内容
本发明的课题在于能与人体没有干涉地容易地配置片段，并且将 衣服假想地缝合成大致接近自然的形状，縮短模拟时间。
本发明中的追加的课题在于，以容易插入的形状将金属丝状模型 插入假想的衣服后，能使金属丝状模型变形为像人一样的自然的姿势。
本发明的追加的课题在于，容易插入金属丝状模型，并且简化金 属丝状模型膨胀时的模拟。
本发明的穿戴模拟装置，根据记载了衣服的各片段形状和片段间 的缝合关系的图案数据，模拟出人穿戴衣服的状态，其特征在于，设 有用于根据图案数据，将各片段假想地配置在3D空间内，并且根据 图案数据中的缝合关系形成假想地缝合的衣服的单元；用于相对于假 想地缝合的衣服，插入人体的金属丝状模型的单元；用于使插入假想 地缝合的衣服的金属丝状模型膨胀，使金属丝状模型变形为呈人形状 的人体模型的单元；和根据与人体模型之间的干涉以及假想地缝合后 的衣服内的应力，使假想地缝合后的衣服变形为稳定的形状，模拟出 衣服被穿戴于人体模型上的状态的单元。
本发明的穿戴模拟方法，根据记载了衣服的各片段形状和片段间的缝合关系的图案数据，模拟出人穿戴衣服的状态，其特征在于，根 据图案数据，将各片段假想地配置在3D空间内，并且根据图案数据中 的缝合关系假想地缝合，相对于假想地缝合的衣服，插入人体的金属 丝状模型，使插入假想地缝合的衣服的金属丝状模型膨胀，使金属丝 状模型变形为呈人形状的人体模型，根据与人体模型之间的干涉以及 假想地缝合后的衣服内的应力，使假想地缝合后的衣服变形为稳定的 形状，以模拟出衣服被穿戴于人体模型上的状态。
本发明的穿戴模拟程序，用于根据记载了衣服的各片段形状和片 段间的缝合关系的图案数据，模拟出人穿戴衣服的状态的装置，其特 征在于，设有用于根据图案数据，将各片段假想地配置在3D空间内， 并且根据图案数据中的缝合关系形成假想地缝合的衣服的命令；用于 相对于假想地缝合的衣服，插入人体的金属丝状模型的命令；用于使 插入假想地缝合的衣服的金属丝状模型膨胀，使金属丝状模型变形为 呈人形状的人体模型的命令；和用于根据与人体模型之间的干涉以及 假想地缝合后的衣服内的应力，使假想地缝合后的衣服变形为稳定的 形状，模拟出衣服被穿戴于人体模型上的状态的命令。
优选的是，所述金属丝状模型具有与人体模型中的关节对应的关 节，并且进而设有使金属丝状模型以关节为中心变形的单元。
并且优选的是，进而设有用于使缝合后且插入金属丝状模型之前 的假想地缝合的衣服，以缓和在衣服内作用的应力的方式进行变形的 单元。
在本说明书中与穿戴模拟装置相关的记载，只要不特别限制，还 直接对应于穿戴模拟方法、穿戴模拟程序，并且与穿戴模拟方法相关 的记载只要不特别限制，还直接对应于穿戴模拟装置、穿戴模拟程序。
在本发明中，由于根据图案数据将各片段假想地配置在3D空间内而缝合，因而能与人体之间没有干涉地配置片段。因此缝合前的片段 的配置容易。并且由于能以大致自然的尺寸进行缝合，因而其后的衣 服的变形较小，能縮短模拟时间，如果是相同的模拟时间，则能更精 细地进行模拟。
在金属丝状模型上设置与人体模型中的关节对应的关节后，能以 容易插入缝合后的衣服的形状插入金属丝状模型，接着能够对关节进 行操作而改变金属丝状模型的形状。
缝合片段后、插入金属丝状模型之前，以缓和应力的方式使衣服 变形时，衣服反映出图案数据中的意图而立体地进行变形，金属丝状 模型的插入变得容易。并且由于能够在金属丝状模型膨胀之前使衣服 接近自然形状，因而能减少金属丝状模型的膨胀初期的衣服和金属丝 状模型之间的干涉，并能縮短模拟时间。
图1是实施例的穿戴模拟装置的框图。 图2是表示实施例的穿戴模拟方法的流程图。
图3是实施例的穿戴模拟程序的框图。
图4是表示在实施例中根据图案数据将片段假想地配置在三维空 间内的状态的图。
图5是表示根据图案数据假想地缝合图4的各片段，并使其松弛 的状态的图。
图6是接着图5表示将金属丝状模型插入缝合后的衣服的状态的图。
图7是接着图6表示使金属丝状模型膨胀而作为人体，考虑人体 和衣服之间的干涉的同时使衣服向力学性稳定的状态过渡的状态的 图。
图8是说明在实施例中插入金属丝状模型之前使缝合后的衣服松 弛的情况的图。图9是表示在实施例中金属丝状模型和人体模型的关节之间的对 应的图。
图10是说明在实施例中作用在假想地缝合后的衣服上的多边形 上的力的图。
图11是表示现有例中的向人体模型周围配置衬衣的片段的图。 图12是接着图ll表示假想地缝合各片段的状态的图。
标号说明
2穿戴模拟装置
4总线
6输入笔
7数字转换器
8键盘
10彩色显示器
12彩色打印机
14磁盘驱动器
16LAN接口
18存储器
20图案数据存储部
22多边形产生部
24缝合部
25金属丝状模型插入部 26金属丝状模型膨胀部 28力学模拟部 30模型变形部 32模拟程序 34缝合命令
35金属丝状模型插入命令 36金属丝状模型膨胀命令 37模拟命令
838模型变形命令
40缝合前的片段配置
41袖子
42前身片
43后身片
44假想地缝合的衣服
46金属丝状模型
48被穿戴的假想的衣服
49人体模型
50、 51身片
52、 53多边形
54 62关节
70 73多边形
F1 F3张力
K1 K3多边形间的应力
具体实施例方式
下面表示用于实施本发明的最佳实施例。
实施例
在图1至图10中表示实施例的穿戴模拟装置2、穿戴模拟方法、 以及模拟程序32。在图1中，标号4是总线，标号6是输入笔，标号 7是数字转换器，通过输入笔6对衣服进行设计。标号8是键盘，标号 IO是彩色显示器，其显示设计出的衣服、模拟结果，标号12是彩色打 印机，此外也可以设置鼠标、轨迹球、控制杆等手动输入设备。标号 14是磁盘驱动器，与适当的磁盘之间输入输出数据，标号16是LAN 接口，标号18是存储器。
利用输入笔6等，生成衣服的图案数据，将图案数据存储在图案 数据存储部20中。标号22是多边形产生部，将位于图案数据存储部20中的各片段分割成多个多边形(多角形)。多边形可以是三角形， 也可以是四边形。并且，在图案数据存储部20中，除了各片段的形状 以外，存储前身片、后身片、右前袖、衣领、口袋等的属性，还存储 片段间的对应关系(缝合关系)。缝合部24根据图案数据的属性将各 片段配置在3D空间内，例如配置如下前身片的片段置于相比后身片 的片段的靠前面侧，前身片的口袋的片段置于相比前身片本身靠前面 侧，衣领置于相比身片靠上部，左前袖置于身片的左侧的前部。
根据图案数据中的缝合关系，将片段相互假想地缝合。通过力学 模拟部28将缝合后的衣服变形为更自然的形状。由此例如使2张薄片 状的前后身片变形为筒状，金属丝状模型的插入变得容易。金属丝状 模型插入部25，相对于缝合后的假想的衣服，插入至少l轴(主体) 且最大5轴(主体和两个腿、两个胳膊)的金属丝状模型。插入金属 丝状模型时，例如将多轴的金属丝状模型对应每个轴分解，与每个轴 对应地插入衣服内。存储金属丝状模型中的轴的接合点，使在接合点 分解的轴相互结合，或者金属丝状模型作为可自由通过衣服的构造， 从金属丝状模型的外侧向内侧移动。
金属丝状模型膨胀部26使金属丝状模型膨胀而变形为呈人体形 状的模型。在金属丝状模型中预先指定关节的位置等，该位置与人体 模型中的关节相对应，金属丝状模型的各位置和人体模型的各位置对 应。力学模拟部28力学性地对假想地缝合的衣服进行模拟，使其变形 为更稳定的形状。力学模拟部28，不仅只在使金属丝状模型膨胀的过 程中进行模拟，在金属丝状模型插入后且膨胀前、或在金属丝状模型 膨胀结束后也进行模拟，模拟的精度可在各阶段不同。
金属丝状模型膨胀时的变形中，例如考虑与金属丝状模型的干涉， 其以金属丝状模型和衣服之间的碰撞和金属丝状模型和衣服之间的摩 擦的方式表现出来，在碰撞中衣服的多边形要进入金属丝状模型的内 部时受到较大的阻力。就摩擦力来说，衣服的多边形在距人体表面规定距离内靠近时，受到与多边形的速度成比例的摩擦力。金属丝状模型的多边形，除了受到来自人体模型的力以外，还受到因多边形的变形在多边形内部产生的应力、来自相邻的多边形的应力、以及重力。重力可以对应每个多边形产生作用，或者也可以在片段的重心产生作用而从重心向各多边形传递重力。多边形从起初的自然形状被拉伸时，与变形对应地从如下位置向多边形的中心作用应力从边向多边形的顶点。在压缩多边形的情况下也有相同的应力产生作用，但该应力较小。并且多边形相互之间作用有应力。因此，各多边形由于从人体模型受到的力和衣服内的应力、重力均衡的位置和形状而变得稳定。力学模拟部28重复进行下述过程求出作用在各多边形上的力，对多边形的运动方程进行求解，根据求出的加速度使多边形变形以及移动，相对于由变形/移动后的多边形构成的衣服再次求出对各多边形的力。
模型变形部30对金属丝状模型的关节进行操作而使金属丝状模型变形。由于金属丝状模型的关节接替人体模型的关节，因而利用模型变形部30人体模型还能变形。例如在胳膊通过袖子的情况下，优选胳膊笔直。但是人将胳膊以十字状张开的姿势稀少，通常胳膊是弯曲的。因此，在将左右两个胳膊相对于身片以十字状张开的状态下，将金属丝状模型插入衣服内，然后使胳膊变形后，成为人的自然的姿势。
并且在金属丝状模型膨胀结束后，对人体模型的关节进行操作时，能改变人的姿势的同时模拟出穿戴状态。
在图2中表示实施例的穿戴模拟方法。将各片段按照图案数据中
的属性配置在3D空间内。例如前身片、前袖配置在比后身片、后袖更
靠前侧，下摆配置在衣服的下部，衣领配置在衣服的上部，在图案数据中作为片段的属性记载有上下左右前后的关系。进而在图案数据中记载有在侧边缝合前后的身片等的、图案间的缝合线。例如在缝合之前将各片段分割成多个多边形。
将各片段沿着从图案数据求出的缝合线假想地进行缝合。在介于缝合线相对的多边形中，作为缝合配对记载有配对侧的多边形的ID,并且追加有多边形的哪个边被缝合了的数据。接着使衣服变形，以使由缝合产生的应力缓和。在图案上的片段的阶段中，各多边形处于同一平面形状，多边形和多边形之间的角度为180° 。缝合片段后，缝合
部的两侧的多边形所成的角度小于180° ，在该部分产生弯曲应力。在考虑3D方式的衣服形状后确定片段的情况下，在各片段间作用的应力使衣服以立体方式变形。因此，使片段变形来缓和衣服内的应力。例如刚缝合后的身片形成如平行地重叠前后2张薄片的形状，但缓和应力后，身片接近筒状。
将金属丝状模型插入缝合后的衣服。由于使衣服松弛后膨胀为筒状，因而容易插入金属丝状模型。金属丝状模型，与其说是如文字所述由金属丝构成，不如说是与人体的轴对应的金属丝、棒状的模型，优选可忽略金属丝、棒的粗细的模型。例如，将由两条腿和脊柱这3个轴构成的金属丝状模型从衣服下侧插入，将由两个胳膊构成的轴从袖子插入，在脊背使轴相互连接。并且轴上的位置与人体模型的轴上的位置l: l地对应。在该阶段中金属丝状模型例如呈相对于脊柱将两个胳膊以十字状伸长的形状，作为人体的姿势不自然。因此使胳膊的轴进行变形。在该过程中，金属丝状模型和衣服发生干涉的情况下，根据金属丝状模型和衣服的多边形之间的阻力及摩擦力、以及多边形之间的应力来使衣服变形。
接着使金属丝状模型膨胀，与此对应地使衣服变形。使金属丝状模型膨胀后接近人体模型，衣服和金属丝状模型发生干涉。因此，例如根据基于衣服的多边形和金属丝状模型之间碰撞引起的阻力、摩擦力、多边形间的应力以及作用衣服上的重力，使衣服变形。重复该处理直到膨胀结束为止。金属丝状模型膨胀结束后也继续进行模拟，直到衣服成为稳定形状。在图2的各阶段中，模拟结果相应地显示在彩色显示器上。在图3中表示穿戴模拟程序32。在附图中，标号34是缝合命令，根据图案数据在3D空间内缝合片段，金属丝状模型插入命令35相对于假想地缝合的衣服插入金属丝状模型的轴。金属丝状模型膨胀命令36使所插入的金属丝状模型膨胀而变形为人体模型，模拟命令37根据衣服和金属丝状模型之间的干涉以及作用在衣服上的重力、金属丝状模型的多边形之间的应力，以使衣服变形的方式进行模拟。该模拟在下述情况下进行由缝合命令34缝合片段后、将金属丝状模型插入后使其膨胀之前、金属丝状模型膨胀时、以及金属丝状模型膨胀结束后等。模型变形命令38对金属丝状模型或与其对应的人体模型的关节进行操作，使模型发生变形，变更姿势。
在图4至图7中，表示在人体模型上穿戴T恤的过程。图4表示缝合前的片段配置40，标号41表示左右的两个袖子，标号42表示前身片，43表示后身片，细线表示缝合部的对应关系。两个袖子41、 41在袖子的下部缝合，因而变形为筒状。
图5表示假想地缝合的衣服44，使其松弛，以使基于缝合的应力缓和。
图6表示插入金属丝状模型46的衣服，金属丝状模型46由脊柱的轴和与其下部接合的两个腿的轴、以及两个胳膊的轴构成，例如从
衣服的下侧插入脊柱的轴，从袖口插入两个胳膊的轴。并在脊柱和两个胳膊的接合部位连接两个轴。
在图8中表示缝合后的衣服的松弛。在缝合结束后的状态下，身片为前后身片50、 51的2张薄片状，在缝合部中多边形52、 53弯曲。并且，衣服的各片段缝合后，可形成立体的形状。因此通过缝合后的松弛，衣服成为一定程度上反映了图案数据中的设计的立体的形状。
在图9中表示金属丝状模型46的结构，标号54是肩部关节，标
13号55是肘部关节，标号56是手腕的关节。标号58是颈部关节，标号60是腰部关节。虽然在图6中未图示，但在腰部关节60的下侧具有膝关节61和踝关节62。因此对这些关节54 62进行操作时，能变更人体模型的姿势。
在图10中示意性地表示在多边形之间作用的力。考虑中央的多边形70， G是其中心，由于多边形70从原来的形状变形，因而例如从其三个顶点作用有力F1 F3。从相邻的多边形71 73也作用有力Kl K3。将这些力统称为作用于衣服上的应力。此外在多边形70上还有重力，并且在与人体模型接触的情况下受到阻力，在人体模型的附近受到摩擦力。接着为了在模拟中使衣服形成稳定形状，多边形运动时例如作用与速度成比例的摩擦力，以减少动能。
在图7中表示从金属丝状模型46变化了的人体模型49所穿戴的假想的衣服48。衣服48形成立体性的自然的形状，还表现出下摆附近的自然褶。从图7的状态起，对人体模型49的关节进行操作而使人体模型49移动，如果与此对应地再次模拟衣服48的形状，则能评价各种姿势的衣服的设计。
在实施例中，可得到以下效果。1) 由于能与人体模型没有干涉地配置片段，因而片段的配置变得容易。
2) 由于假想地缝合的衣服不会不自然地膨胀，因而能在短时间内进行模拟。
3) 即使片段的数量增加或片段的配置复杂，模拟也容易。
4) 即使在模拟几层衣服的情况下，在上侧穿着的衣服与人体模型之间的距离不会显著变大，因而模拟简单。
5) 对金属丝状模型的关节进行操作，以容易穿过衣服的形状插入，其后进行变形时，能任意地调整人体模型的姿势。
6) 在缝合后插入金属丝状模型之前，以减轻衣服应力的方式进行简单的模拟时，衣服反映图案数据而立体地变形，金属丝状模型的插 入变得容易，并且能减小模拟时的变形，使模拟有效化。
权利要求
1. 一种穿戴模拟装置，根据记载了衣服的各片段形状和片段间的缝合关系的图案数据，模拟出人穿戴衣服的状态，其特征在于，设有用于根据图案数据，将各片段假想地配置在3D空间内，并且根据图案数据中的缝合关系形成假想地缝合的衣服的单元；用于相对于假想地缝合的衣服，插入人体的金属丝状模型的单元；用于使插入假想地缝合的衣服的金属丝状模型膨胀，使金属丝状模型变形为呈人形状的人体模型的单元；和根据与人体模型之间的干涉以及假想地缝合后的衣服内的应力，使假想地缝合后的衣服变形为稳定的形状，模拟出衣服被穿戴于人体模型上的状态的单元。
2. 如权利要求l所述的穿戴模拟装置，其特征在于， 所述金属丝状模型具有与人体模型中的关节对应的关节，并且进而设有用于使金属丝状模型以关节为中心变形的单元。
3. 如权利要求l所述的穿戴模拟装置，其特征在于， 进而设有用于使缝合后且插入金属丝状模型之前的假想地缝合的衣服，以缓和在衣服内作用的应力的方式进行变形的单元。
4. 一种穿戴模拟方法，根据记载了衣服的各片段形状和片段间的 缝合关系的图案数据，模拟出人穿戴衣服的状态，其特征在于，根据图案数据，将各片段假想地配置在3D空间内，并且根据图案 数据中的缝合关系假想地缝合，相对于假想地缝合的衣服，插入人体的金属丝状模型，使插入假想地缝合的衣服的金属丝状模型膨胀，使金属丝状模型 变形为呈人形状的人体模型，根据与人体模型之间的干涉以及假想地缝合后的衣服内的应力， 使假想地缝合后的衣服变形为稳定的形状，模拟出衣服被穿戴于人体模型上的状态。
5. 如权利要求4所述的穿戴模拟方法，其特征在于， 使缝合后且插入金属丝状模型之前的假想地缝合的衣服，以缓和在衣服内作用的应力的方式进行变形。
6. —种穿戴模拟程序，用于根据记载了衣服的各片段形状和片段间的缝合关系的图案数据，模拟出人穿戴衣服的状态的装置，其特征在于，设有用于根据图案数据，将各片段假想地配置在3D空间内，并且根据 图案数据中的缝合关系形成假想地缝合的衣服的命令；用于相对于假想地缝合的衣服，插入人体的金属丝状模型的命令；用于使插入假想地缝合的衣服的金属丝状模型膨胀，使金属丝状 模型变形为呈人形状的人体模型的命令；和用于根据与人体模型之间的干涉以及假想地缝合后的衣服内的应 力，使假想地缝合后的衣服变形为稳定的形状，模拟出衣服被穿戴于 人体模型上的状态的命令。
7. 如权利要求6所述的穿戴模拟程序，其特征在于， 进而设有用于使缝合后且插入金属丝状模型之前的假想地缝合的衣服，以缓和在衣服内作用的应力的方式进行变形的命令。
全文摘要
根据图案数据将衣服的片段配置在3D空间内，并且根据片段间的缝合关系假想地进行缝合。将人体的金属丝状模型插入缝合后的衣服，使模型膨胀而形成人体模型，并且根据与模型之间的干涉和衣服内的应力使衣服变形，成为人体模型所穿戴的衣服。由于能忽略与人体之间的干涉而配置片段并缝合，因而缝合简单，由于起初不会变形为不自然的形状，因而能高速地进行模拟。
文档编号G06F17/50GK101501690SQ20078002894
公开日2009年8月5日 申请日期2007年7月31日 优先权日2006年8月3日
发明者中村俊统, 森本真司 申请人:株式会社岛精机制作所