基于3D扫描的外饰虚拟体验系统及方法与流程

本发明涉及信息处理技术领域，具体涉及一种基于3d扫描的外饰虚拟体验系统及方法。

背景技术：

目前，国外已经将非接触式三维人体扫描技术应用于3d人体扫描仪，国际上常用的人体扫描仪器有telmat的symcad,turboflash/3d,tc2-3t6,techmath-ramsis,cyberware-wb4,vitronic-vitus等。例如美国的tc2，通过对人体4.5万个点对人体进行扫描，迅速获得人体的八十多个体征数据点，全面而精确地反映出人体体型的情况。英国的turingc3d系统还能捕捉物体表面的材质色彩，扫描输出的数据可以直接用于服装设计软件。在国外很多发达国家人体扫描仪已经广泛应用在了人体测量学研究，服装工业(mtm量身定制系统，虚拟试衣)，娱乐业，医学领域。

3d商城作为一种基于web平台的虚拟购物环境，一般采用c2c的电子商务模式，商家可快速搭建立体店铺，通过商品的上传、摆放等，即可实现网上立体开店；用户可以在3d虚拟环境中漫游，能进行互动性聊天，全面虚拟了购物的浏览、挑选、支付的过程，使用户有身临其境的感觉。但是，现阶段，3d商城通常只是提供三维的购物场景，3d商城中的商品还是以图片、文字形式展现，消费者无法进行符合自身数据的试穿试戴，购物体验差。

技术实现要素：

本发明实施例的目的在于提供一种基于3d扫描的外饰虚拟体验系统及方法，基于目前的3d扫描技术，通过扫描建立三维模型及模型结合的方式，使消费者能够对虚拟商品试穿试戴，增强消费者的购物体验，提升购物的效率。

为实现上述目的，本发明实施例提供一种基于3d扫描的外饰虚拟体验系统，所述虚拟体验系统包括：

对象扫描模块，用于通过3d扫描设备对人体或外饰商品的三维模型进行扫描，并获取人体或外饰商品的点云数据及特征值；

点云体构建模块，用于对获取的人体或外饰商品的点云数据及特征值进行处理，构建人体或外饰商品的点云体；

点云体修补模块，用于对人体或外饰商品的点云体中的破损进行修复；

对象特征构建模块，用于对人体或外饰商品的点云体进行特征构建；

对象造型构建模块，用于通过b样条曲面片造型算法构造人体或外饰商品的空间几何造型；

对象特征对比模块，用于将人体和外饰商品的点云数据特征值进行对比，判断人体或外饰商品的空间几何造型是否匹配；

对象融合展示模块，用于将人体或外饰商品的空间几何造型进行融合并展示融合后的立体效果。

作为基于3d扫描的外饰虚拟体验系统的优选方案，所述虚拟体验系统还包括外饰模型构建模块，所述外饰模型构建模块用于通过弹簧质点变形模型的二维/三维映射算法构建外饰商品的三维模型。

作为基于3d扫描的外饰虚拟体验系统的优选方案，所述对象扫描模块中，将获取的人体或外饰商品的点云数据保存成stl或dxf格式。

本发明还提供一种基于3d扫描的外饰虚拟体验方法，所述虚拟体验方法包括，

步骤一：调用对象扫描模块通过3d扫描设备对人体或外饰商品的三维模型进行扫描，获取人体或外饰商品的点云数据及特征值；

步骤二：调用点云体构建模块对获取的人体或外饰商品的点云数据及特征值进行处理，构建人体或外饰商品的点云体；

步骤三：调用点云体修补模块对人体或外饰商品的点云体中的破损进行修复；

步骤四：调用对象特征构建模块对人体或外饰商品的点云体进行特征构建，调用对象造型构建模块通过b样条曲面片造型算法构造人体或外饰商品的空间几何造型；

步骤五：调用对象特征对比模块将人体和外饰商品的点云数据特征值进行对比，判断人体或外饰商品的空间几何造型是否匹配；

步骤六：调用对象融合展示模块将人体或外饰商品的空间几何造型进行融合并展示融合后的立体效果。

作为基于3d扫描的外饰虚拟体验方法的优选方案，所述步骤一还包括，调用外饰模型构建模块通过弹簧质点变形模型的二维/三维映射算法构建外饰商品的三维模型。

作为基于3d扫描的外饰虚拟体验方法的优选方案，所述弹簧质点变形模型的二维/三维映射算法中，二维到三维映射的步骤为：

a、将二维裁剪片交互式地放置在人体模型附近的初始位置；

b、将二维裁剪片进行曲面均匀离散形成初始的弹簧质点系统；

c、根据二维裁剪片的缝合信息，在二维裁剪片的对应缝合边上加载缝合力，使二维裁剪片逐步变形并被缝合，缝合过程进行动态迭代，当所有缝合点之间的距离均小于给定的缝合距离或在相邻的两次迭代过程中，弹簧质点系统弹性变形能的变化值小于给定的误差，终止迭代；

所述弹簧质点变形模型的二维/三维映射算法中，三维到二维映射的步骤为：

a、将三维服装裁剪片离散成规则的三角形网格；

b、将三角形网格映射到平面上，形成初始的平面弹簧质点系统；

c、三维服装裁剪片展开成二维，在弹性变形力的作用下，初始的平面二维弹簧质点系统经过迭代逐步变形最终得到平面二维裁剪片，弹簧质点系统的弹性变形能将逐渐减小，如果在相邻两次迭代过程中，系统的弹性变形能的变化值小于给定的误差，则动态迭代过程结束。

作为基于3d扫描的外饰虚拟体验方法的优选方案，所述步骤一中，对象扫描模块将获取的人体或外饰商品的点云数据保存成stl或dxf格式，把点云数据导入到3dmax、cad、pore、ug、catia、imageware或zbrush三维软件，在geomagicstudio里构建点云体形成模型。

作为基于3d扫描的外饰虚拟体验方法的优选方案，所述步骤四中，b样条曲面片造型算法中的b样条曲线方程为：

其中，pi(i＝0,1,...,n)是控制多边形的顶点，ni,k(t)(i＝0,1,...,n)称为k阶(k-1次)b样条基函数。

作为基于3d扫描的外饰虚拟体验方法的优选方案，所述步骤四中，b样条曲面片造型算法包括：

(1)采用b样条曲线曲面进行人体曲面绘制，以人体前腰部中点作为坐标原点，建立三维直角坐标系；

(2)将人体特征点对应到三维直角坐标系中，建立人体特征值的三维人体坐标；

(3)建立人体特征值对应人体部位的人体特征曲线模型；

(4)将人体划分为若干曲面片，得到由b样条曲线拟合的具有几何特征曲线的三维人体模型。

本发明实施例具有如下优点：基于3d扫技术快速扫描人体，通过生成三维立体人体模型，选择试穿的商品，实现商品与人体模型结合并以立体的形式进行展示，呈现真实的试穿视觉效果。可以应用在网上购物，也能应用于实体店；

相较于目前3d商城应用的技术系统，本发明对硬件需求较小，并且真正实现了虚拟人体立体试穿，在视觉上体现出更加真实的效果，给消费者带来便利，增强消费者的购物体验，提升购物的效率，发展前景广阔。

附图说明

图1为本发明实施例中提供的基于3d扫描的外饰虚拟体验系统示意图；

图2为本发明实施例中提供的基于3d扫描的外饰虚拟体验方法流程图；

图3为本发明实施例中提供的基于3d扫描的外饰虚拟体验方法实践图。

具体实施方式

以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明实施例中提及的“点云”是在逆向工程中通过测量仪器得到的产品外观表面的点数据集合，通常使用三维坐标测量机所得到的点数量比较少，点与点的间距也比较大，叫稀疏点云；而使用三维激光扫描仪或照相式扫描仪得到的点云，点数量比较大并且比较密集，叫密集点云。另外，提及的“结构弹簧”、“剪切弹簧”、“弯曲弹簧”均属于弹簧质点模型中的虚拟弹簧模型，并非实质的弹簧。

如图1所示，一种基于3d扫描的外饰虚拟体验系统，所述虚拟体验系统包括：

对象扫描模块1，用于通过3d扫描设备对人体或外饰商品的三维模型进行扫描，并获取人体或外饰商品的点云数据及特征值；

点云体构建模块2，用于对获取的人体或外饰商品的点云数据及特征值进行处理，构建人体或外饰商品的点云体；

点云体修补模块3，用于对人体或外饰商品的点云体中的破损进行修复；

对象特征构建模块4，用于对人体或外饰商品的点云体进行特征构建；

对象造型构建模块5，用于通过b样条曲面片造型算法构造人体或外饰商品的空间几何造型；

对象特征对比模块6，用于将人体和外饰商品的点云数据特征值进行对比，判断人体或外饰商品的空间几何造型是否匹配；

对象融合展示模块7，用于将人体或外饰商品的空间几何造型进行融合并展示融合后的立体效果。

基于3d扫描的外饰虚拟体验系统的一个实施例中，所述虚拟体验系统还包括外饰模型构建模块8，所述外饰模型构建模块8用于通过弹簧质点变形模型的二维/三维映射算法构建外饰商品的三维模型。

由于服装裁剪片的二维/三维映射是一个弹性变形过程；布料的材料性能是均质的且各向同性；服装裁剪片在映射的初始时刻处于静止状态。因此在弹簧质点模型中，整个布料由网格点表达，而点与点之间的连线称之为弹簧。布料一个点的位置是由它周围的12个点控制的。其中8个是相邻点，另外4个是隔点的邻接点。

对于弹簧而言，存在三种弹簧，一种是结构弹簧，一种是剪切弹簧，还有一种是弯曲弹簧。它们分别与12根弹簧对应。其中，结构弹簧模拟的是横向的力，为了阻止布料在横向产生较大的拉压变形。剪切弹簧同理，是为了阻止布料在斜向产生较大的拉压变形。而弯曲弹簧连接了两个相隔的点，主要作用是在布料发生弯曲形变的时候，阻止它的过度弯曲，导致布料的角一下子坍塌。

基于3d扫描的外饰虚拟体验系统的一个实施例中，所述对象扫描模块1中，将获取的人体或外饰商品的点云数据保存成stl或dxf格式。stl文件是计算机图形应用中，用于表示三角形网格的一种文件格式，stl文件有两种：一种是ascii明码格式，另一种是二进制格式，能够用来表示封闭的面或者体。dxf是一种开放的矢量数据格式，可以分为两类：ascii格式和二进制格式；ascii具有可读性好的特点，但占用的空间较大；二进制格式则占用的空间小、读取速度快。由于autocad现在是最流行的cad系统，dxf也被广泛使用，成为事实上的标准，绝大多数cad系统都能读入或输出dxf文件。

参见图2，本发明实施例还提供一种基于3d扫描的外饰虚拟体验方法，所述虚拟体验方法包括，

s1：调用对象扫描模块1通过3d扫描设备对人体或外饰商品的三维模型进行扫描，获取人体或外饰商品的点云数据及特征值；

s2：调用点云体构建模块2对获取的人体或外饰商品的点云数据及特征值进行处理，构建人体或外饰商品的点云体；

s3：调用点云体修补模块3对人体或外饰商品的点云体中的破损进行修复；

s4：调用对象特征构建模块4对人体或外饰商品的点云体进行特征构建，调用对象造型构建模块5通过b样条曲面片造型算法构造人体或外饰商品的空间几何造型；

s5：调用对象特征对比模块6将人体和外饰商品的点云数据特征值进行对比，判断人体或外饰商品的空间几何造型是否匹配；

s6：调用对象融合展示模块7将人体或外饰商品的空间几何造型进行融合并展示融合后的立体效果。

基于3d扫描的外饰虚拟体验方法的一个实施例中，所述s1还包括，调用外饰模型构建模块8通过弹簧质点变形模型的二维/三维映射算法构建外饰商品的三维模型。所述弹簧质点变形模型的二维/三维映射算法中，二维到三维映射的步骤为：

a、将二维裁剪片交互式地放置在人体模型附近的初始位置；

b、将二维裁剪片进行曲面均匀离散形成初始的弹簧质点系统；

c、根据二维裁剪片的缝合信息，在二维裁剪片的对应缝合边上加载缝合力，使二维裁剪片逐步变形并被缝合，缝合过程进行动态迭代，当所有缝合点之间的距离均小于给定的缝合距离或在相邻的两次迭代过程中，弹簧质点系统弹性变形能的变化值小于给定的误差，终止迭代；

所述弹簧质点变形模型的二维/三维映射算法中，三维到二维映射的步骤为：

a、将三维服装裁剪片离散成规则的三角形网格；

b、将三角形网格映射到平面上，形成初始的平面弹簧质点系统；

c、三维服装裁剪片展开成二维，在弹性变形力的作用下，初始的平面二维弹簧质点系统经过迭代逐步变形最终得到平面二维裁剪片，弹簧质点系统的弹性变形能将逐渐减小，如果在相邻两次迭代过程中，系统的弹性变形能的变化值小于给定的误差，则动态迭代过程结束。

基于3d扫描的外饰虚拟体验方法的一个实施例中，所述s1中，对象扫描模块1将获取的人体或外饰商品的点云数据保存成stl或dxf格式，把点云数据导入到3dmax、cad、pore、ug、catia、imageware或zbrush三维软件，在geomagicstudio里构建点云体形成模型。

基于3d扫描的外饰虚拟体验方法的一个实施例中，所述s4中，b样条曲面片造型算法中的b样条曲线方程为：

其中，pi(i＝0,1,...,n)是控制多边形的顶点，ni,k(t)(i＝0,1,...,n)称为k阶(k-1次)b样条基函数。

基于3d扫描的外饰虚拟体验方法的一个实施例中，所述s4中，b样条曲面片造型算法包括：

(1)采用b样条曲线曲面进行人体曲面绘制，以人体前腰部中点作为坐标原点，建立三维直角坐标系；

(2)将人体特征点对应到三维直角坐标系中，建立人体特征值的三维人体坐标；

(3)建立人体特征值对应人体部位的人体特征曲线模型；

(4)将人体划分为若干曲面片，得到由b样条曲线拟合的具有几何特征曲线的三维人体模型。

参见图3，本发明的一个实践操作中，首先采用3d扫描技术从不同方位扫描人体，获取点云数据及人体的特征值，通过geomagicstudio软件对点云数据进行优化和处理，并可以把三维点云数据处理成各种需要的格式(导出的模型为stl、dxf格式可以生成高清晰度点云体)，可以把数据导入到3dmax、cad、pore、ug、catia、imageware、zbrush等三维软件，在geomagicstudio里构建点云体形成模型。将点云体导入到3dmax等3d软件中修补点云体中破损以及构建人体特征。通过b样条去面片造型法构建人体的空间几何造型。采用b样条曲线曲面来进行人体曲面绘制，以人体前腰部中点作为坐标原点，由此建立三维直角坐标系；将人体特征点对应到三维直角坐标系中，建立人体特征值的三维人体坐标；建立人体特征值对应人体部位的人体特征曲线模型；在具体建模过程中将人体划分为若干曲面片，首先要得到的只是由b样条曲线拟合的具有几何特征曲线的三维人体模型。基于弹簧质点变形模型的二维/三维映射算法构建商品的三维模型，外饰物品不仅限于衣物，同样通过3d扫描获取点云数据并获取特征值，从而构成点云体。通过对特征值的对比判断是否合适，再通过3dmax将两个模型结合在一起，在计算机上呈现出模型穿戴的立体效果。相较于目前的网络商城，真正实现了商品的3d试穿试戴效果展示，原理简单并且容易操作。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。