一种虚拟试衣的碰撞检测方法和系统与流程

本发明涉及计算机视觉领域，特别涉及一种基于碰撞体的虚拟试衣的方法和系统。

背景技术：

试衣设施一般为试衣镜，只能看到前面和局部镜像，无法看到身后及行走过程中衣服和体型的适合程度，且无法保留试衣过程的影像。

随着虚拟现实技术的发展，已经研发出能够实现虚拟试衣的诸多方案。通过虚拟试衣系统，用户不必真实地穿上衣服，而仅需要将自己的诸如身材等的信息提供给虚拟试衣系统，然后对着试衣境就能够看到试衣的效果。虚拟试衣系统根据用户真实的人体体型系数构造出与用户一致的三维人体模型，从而在试衣时，展现出更加真实的试衣效果。

基于虚拟现实技术的试衣，为了使虚拟试衣的效果更逼真，需要试衣镜中衣服与人体模型进行贴合，并且试衣镜中的人物模型需要随着人体试衣的姿态而做出相应的动作，因此在试衣系统中需要对衣服和人体模型进行碰撞检测。现有基于虚拟现实技术的碰撞检测方法有两种，一种是将人体的碰撞体模型用一个胶囊体进行模拟，胶囊体模拟虽然在试衣系统进行虚拟试衣的物理仿真时效率很高，但是由于人体模型具备四肢和躯干，并非只是一个胶囊的形状，因此基于此种方法的碰撞检测，试衣过程中人体模型无法与衣服完全贴合，导致虚拟试衣的视觉体验不佳。另一种方法是使用三角面片的包络体对人体和服装进行物理仿真，这种方式在虚拟试衣时可以很好地将人体模型和衣服进行贴合，但是基于三角面片技术的计算量太大，导致仿真效率很低，因此在虚拟试衣时人体不能做出大幅度的动作(如抬手、转身等)，否则会因为计算量过大而造成试衣系统的时延，无法实时展现出虚拟试衣的效果，从而影响试衣体验。

技术实现要素：

鉴于上述问题，本发明提出了一种基于碰撞体的虚拟试衣的方法和系统，克服了现有虚拟试衣技术的局限性。本发明提出了使用多个基本碰撞体(例如球，立方体，圆柱等)拼接为人体碰撞体模型，同时将每个碰撞体绑定到人物的骨骼系统上，每个碰撞体可以随着骨骼进行运动，这样在顾客进行试衣时，挑选的衣服可以和试衣镜中的人体模型紧密贴合，同时也能随着人体的动作而实时地做出相应的动作，提高了虚拟试衣的逼真性。

附图说明

图1为本发明中基于碰撞体的虚拟试衣的总体流程图；

图2为本发明中识别的人体骨骼点；

图3为本发明中碰撞体之间形成连接体的示意图

图4为本发明中附加碰撞体填充人体物理模型主框架的示意图；

图5为本发明中由碰撞体组成的人体物理模型图；

图6为本发明中基于碰撞体的虚拟试衣系统的框架图；

图7为虚拟试衣的效果图。

具体实施方式

如图1，基于碰撞体的虚拟试衣包括以下步骤：

101.基于人物的骨骼动画模型标识出人物的关键骨骼点。

人体的关键骨骼点被动作捕捉器进行捕捉和跟踪，如按照微软kinect识别三维人体骨骼点，并进行骨骼追踪，获得人体的骨骼点信息，如图2所示为识别的人体骨骼点。

102.将碰撞球绑定到人物的骨骼系统上的骨骼点，每个单独的碰撞体可以随着骨骼点进行运动。

然后在每个骨骼点上设置碰撞球。碰撞球是以骨骼点为中心，半径为R的一个球体。人体骨骼点移动时，碰撞球也会随之移动。碰撞球的半径大小跟人体的骨骼特征保持一致，例如腿部的关节点中胯关节的半径大，膝关节的关节适中，踝关节最小，所设置的碰撞球的大小也随着关节半径的大小变化而相应变化。

在人体碰撞体创建过程中，为了节省碰撞检测的时间，根据衣服与身体的接触范围内设置相应的碰撞球，在衣服没有与身体接触的部分不设置碰撞球，以提高试衣系统的仿真效率。根据衣服的类型，可以按照以下方式建立碰撞体：对于没有帽子的衣服，头部的骨骼点不绑定碰撞球；对于无袖衣服，手臂部分的骨骼点不绑定碰撞球；对于短袖衣服，小臂部分的骨骼点不绑定碰撞球。

103.根据骨骼点之间的连接关系将骨骼点之间变成填充的碰撞体模型，形成人体物理模型的主框架。

碰撞体的是由两个碰撞球及碰撞球的外公切线包围填充而成的连接体，所述碰撞体的填充区域包括两个碰撞球，以及外公切线和碰撞球之间的部分。如图3所示，将所有的碰撞球按照人体的骨骼特征连接起来就形成了碰撞体。每一个碰撞体代表着人体相应的骨骼关节，组成碰撞体的碰撞球可以被多个碰撞体共享，例如膝关节的碰撞球可以跟胯关节的碰撞球组成大腿骨，也可以跟踝关节的碰撞球组成小腿骨。绑定在人体骨骼点的碰撞球可以随着骨骼点位置的移动而进行相应的移动，因此当试衣者进行运动时，人体的碰撞体模型会根据试衣者的动作发生相应的运动。

104.在人体物理模型主框架的基础上使用附加碰撞体，如胶囊，正方体等，对躯干进行填充，形成完整的人体物理模型。

如图4所示，使用附加碰撞体进行填充时，首先在人体物理模型的两个锁骨处建立两个碰撞球，并在腹部建立两个碰撞球，并沿着碰撞球的外公切线进行连接形成碰撞体。

另外，还需使用两个碰撞球建立人体臀部的碰撞体，使用两个碰撞球建立小腿腿肚的碰撞体。

针对女性人体物理模型主框架进行填充时，还需使用两个碰撞球建立女性胸部的碰撞体。

如图5所示是由碰撞体组成的人体物理模型，每个碰撞球根据人体的标准模型进行建立，当不同的试衣者进行虚拟试衣时，骨骼关节的长度和大小会有差异，碰撞体模型的形状可以随着被动作捕捉器识别出的骨骼关节的不同而发生相应的变化；另外，碰撞体模型的形状可以根据试衣者输入的个人信息，如性别，胸围，腰围等信息，进一步进行优化。

105.将具有物理模型的衣服附加到人体物理模型上与碰撞体进行碰撞检测，使衣服随着人体物理模型的动作而随之运动。

衣服的物理模型采用代表性的弹簧－质点模型，即将密度均匀的面料当作是由排列规则的质点组成，面料的质量均匀地分布在各个质点上，质点与质点之间用弹簧连接，用于模拟面料内部纤维的相互作用。当碰撞发生时，发生碰撞接触的面料质点会停止运动，而没有接触的面料质点会继续运动，同时会受其他质点的弹性影响。

在碰撞检测时，人体物理模型内部的碰撞体之间不进行碰撞检测，仅对服装和人体碰撞体之间进行碰撞检测。虚拟试衣时，衣服与人体物理模型贴合或者人体物理模型发生动作，导致衣服与人体物理模型中的碰撞体发生碰撞，由于本发明的人体物理模型中的碰撞体是根据人体的骨骼关系填充而成，因此衣服展示出被人体物理模型穿起来并随其动作发生形变的景象，增加了虚拟试衣的真实感。

如图6所示为本发明基于碰撞体的碰撞检测系统，包括：人体碰撞体模型，服装物理控制器，重力开关，风力控制器，渲染材质控制器，物理仿真模块，三维渲染模块。

人体碰撞模型包括两个模块：人体碰撞模型编辑器和人体碰撞模型开关。人体碰撞物理模型编辑器将碰撞球绑定到人体模型的骨骼系统上的骨骼点上，并根据骨骼点之间的连接关系将碰撞球之间填充为碰撞体模型，使用附加碰撞体对所述碰撞体模型组成的人体物理模型主框架进行填充，从而生成完整的人体碰撞物理模型，人体碰撞模型开关对人体碰撞模型是否进行碰撞检测进行打开和关闭的控制。

服装物理控制器对服装的物理仿真开关进行控制，物理仿真开关对所有衣服的物理特性进行打开和关闭的控制，其优先级高于重力开关和风力控制器，物理特性包括使服装感受各种物理力的影响，如重力，风力等，使服装可以与人体碰撞模型进行物理碰撞，以及受重力和风力作用，以提高试衣的真实感。

重力开关对衣服是否受到的重力作用进行打开和关闭的控制。风力控制器调节衣服受到风力和风向的控制，以此来模拟衣服随风摆动的效果。渲染材质控制器设置衣服的布料颜色图以及布料参数，所述布料包括布，麻或者丝绸等。

物理仿真模块根据人体碰撞体模型，服装物理控制器，重力开关，风力控制器，渲染材质控制器输入的仿真参数实时计算出服装的位置，旋转以及柔性变形效果。其对衣服采用弹簧－质点模型，并对衣服与人体物理模型中的碰撞体进行碰撞检测。

三维渲染模块根据物理仿真模块的输出数据结合服装的材质信息最终展示出用户虚拟试衣的可视化效果。

该虚拟现实的试衣系统在实际应用中的工作过程具体为：

1.试衣者输入自己的人体参数，并在试衣镜前选择一件衣服，所述人体参数信息包括：身高，胸围，腰围，臂长，和腿长；

2.试衣镜系统的人体碰撞模型编辑器生成对应的人体碰撞模型，并根据试衣者输入的人体参数信息实时改变人体碰撞模型的大小；

3.试衣系统读入衣服的三维模型，关闭人体碰撞模型开关和服装物理仿真开关；

4.试衣镜系统移动衣服到人体模型的三维位置处，使得衣服与人体碰撞模型贴合；

5.试衣镜系统打开衣服的物理仿真开关，人体碰撞模型开关，重力开关，根据具体应用场景，调节风力控制器，如图7所示为衣服就贴合在人体模型上展示出试衣效果。

本发明实施例提供的虚拟现实试衣系统及方法，通过深度摄像机实时获取人体骨骼信息，并根据该人体骨骼信息上的骨骼点绑定碰撞球生成与试衣者的体型相符的人体三维模型，从而可以表现出试衣者穿上衣服时，衣服所表现出的与试衣者的身体曲线以及试衣动作相对应的效果，逼真地显示了试着者的试衣效果。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。