基于虚拟现实技术的WebGL虚拟试衣系统和方法与流程

本发明涉及虚拟现实技术领域，具体涉及一种基于虚拟现实技术的webgl虚拟试衣系统和方法。

背景技术：

虚拟试穿是一种基于计算机辅助设计和计算机图形学的虚拟现实技术，用户通过计算机选择服饰时，无需脱换衣物也能实现虚拟试穿并查看试穿效果的一种新兴技术。目前，虚拟试穿技术已经成为一种有效的辅助购物方式，分成了线下虚拟试穿与线上虚拟试穿两种类别。应用于传统线下购物的虚拟试穿技术主要以虚拟试穿镜的形式辅助购物。虚拟试穿镜内置计算机系统，用户仅需站在试穿镜前，该计算机首先通过体感技术实时捕捉人体动作，再采用图像识别技术获取人体体型信息与实时镜像，最终实现二维图像贴在人体镜像上的视觉效果。另一类应用于线上购物的虚拟试穿技术，主要以三维服饰的虚拟展示与仿真系统为主，该类仿真系统以app、插件及pc应用等多种形式存在。在三维服饰的虚拟展示与仿真系统中，通过三维模型渲染技术与布料仿真技术，实时模拟并展示人体模型的服饰试穿效果。以上两种类别是虚拟试穿技术的两个发展方向，分别适用于不同的购物环境。

目前应用于线上购物的虚拟试穿系统以手机端应用、电脑端应用为主。网站fitme.com通过分析用户的体型信息，为用户提供合适的尺码选择，但不提供虚拟试穿服务。图形技术行业领导厂商nvidia在2014年末公开了物理特效系统“physxflex”，该系统通过实时粒子模拟演算方法，能够有效模拟物体堆叠、粒子聚集、柔软物体和流体的效果，该系统完成的布料模拟效果已经非常接近实际情况，在硬件完全支持的情况下能够满足目前的三维服饰展示和仿真的需求，但其对电脑配置的高要求，使得该项技术尚未被大众普遍使用。尽管以上系统能够实现虚拟试穿模拟，但仍然存在一些亟待解决的问题。

现有的虚拟试穿系统，对开发者而言，需增加开发成本实现跨平台，同时还将增加应用推广成本；对用户而言，单一的应用类型使其受限于使用环境与平台，同时获取服务成本较高，且难以获得虚拟试穿的定制人体模型。

申请号201611137661.4的中国专利公开了一种基于虚拟现实的网上购物系统，包括服务器和一个或多个用户端；所述服务器包括图像采集模块、商品分类处理模块、数据发送模块和商品数据库；所述用户端包括数据接收模块、数据展示模块、数据输入模块、商品收藏模块和支付模块。该专利的缺点是不能建立个性化的用户人像、体型数据模型，且无法自由选择静态或动态的试穿效果展示。

申请号201711425013.3的中国专利公开了一种基于虚拟现实的网购试衣系统及方法，该方法通过试衣场景构建模块建立虚拟试衣场景，网购用户向身体参数采集模块输入自身身体参数；虚拟人体生成模块生成置于虚拟试衣场景中的三维虚拟人体模型；网购用户输入待购买服装的样式和材质参数，通过虚拟服装生成模块生成置于虚拟试衣场景中的虚拟服装模型；网购用户通过运动仿真模块对虚拟试衣场景中的虚拟服装模型和三维虚拟人体模型进行运动仿真；根据网购用户输入的服装样式、材质及自身身体参数生成购物订单。该方法的缺点是缺乏个性化的人脸及体型自定义模块，单纯依靠数据输入建立的人体模型对于服饰的试穿效果不佳。

技术实现要素：

本发明的目的是针对现有技术存在的问题，提供一种基于虚拟现实技术的webgl虚拟试衣系统和方法。本发明利用web开发的跨平台性，一次开发，多操作系统皆可兼容，同时结合用户人脸数据与体型数据完成个性化的人体模型自定义设置，满足用户个性化需求，并且结合骨骼蒙皮动画和布料模拟算法加强虚拟服饰试穿的展示效果，提高对消费者的吸引力。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种基于虚拟现实技术的webgl虚拟试衣系统，包括依次连接的设备终端、应用服务器和数据库服务器；

所述设备终端包括：数据获取模块，用于获取用户的人像数据、体型数据和操作指令，并将获取的数据和/或指令通过网络发送至所述应用服务器，所述操作指令包括人脸设定、体型调节、服饰预览、服饰展示；显示模块，用于接收所述应用服务器返回的信息并进行显示；

所述数据库服务器，用于存储系统中所需的人体三维模型及各类服饰三维模型；

所述应用服务器包括：人脸自定义模块，用于基于接收的人脸设定指令和用户的人像数据，调用所述数据库服务器中存储的人体三维模型，生成具有个性化人脸的人体三维模型；体型自定义模块，用于基于接收的体型调节指令和用户的体型数据，调用所述数据库服务器中存储的人体三维模型，生成具有个性化体型的人体三维模型；服饰预览模块，用于基于接收的服饰预览指令，从所述数据库服务器中调用存储的服饰三维模型并发送至设备终端；静态试穿展示模块，用于基于用户选择的服饰模型编号，使用骨骼蒙皮动画方法，结合用户的个性化人体三维模型，实现服饰静态试穿展示效果；动态试穿展示模块，基于用户选择的服饰模型编号，使用骨骼蒙皮动画方法与弹簧质子方法，结合用户的个性化人体三维模型，实现服饰动态试穿展示效果。

优选地，所述数据获取模块包括摄像头、触摸输入装置和所述设备终端内设的存储单元；所述显示模块包括显示屏。

优选地，所述设备终端还包括内容分享模块，用于在试衣结束后，将试穿展示效果在互联网上进行分享。

一种基于虚拟现实技术的webgl虚拟试衣方法，所述虚拟试衣方法采用上述的虚拟试衣系统实现，所述虚拟试衣方法包括以下步骤：

步骤一、通过设备终端登录虚拟试衣系统，系统调用服饰预览模块，经由显示模块将各类服饰以缩略图形式进行展示；

步骤二、系统调用人脸自定义模块和体型自定义模块，载入预设的标准人体三维模型，并查询用户是否输入人脸/体型数据，若已经输入，则更新人体三维模型满足个性化需要；若尚未输入，则通过数据获取模块输入人脸/体型数据再更新人体三维模型；

步骤三、用户选定待试穿的服饰后，系统调用应用服务器中的静态试穿展示模块，结合服饰三维模型和用户的人体三维模型，使用骨骼蒙皮动画方法，实现服饰静态试穿展示效果；在需要动态展示时，系统调用动态试穿展示模块，结合服饰三维模型和用户的人体三维模型，使用骨骼蒙皮动画方法与弹簧质子方法，实现服饰动态试穿展示效果。

优选地，步骤二进一步包括：所述设备终端通过摄像头拍摄用户正脸照片或者通过调用本地相册中的用户正脸照片上传到所述应用服务器；所述设备终端通过触摸屏获取用户输入的胸围、臀围、腰围、身高数据，并将获得的体型数据发送至所述应用服务器；所述设备终端通过触摸屏获取用户的操作指令，所述操作指令包括人脸设定、体型调节、服饰预览、服饰展示，并将获得的操作指令发送至所述应用服务器。

优选地，步骤二进一步包括：所述应用服务器基于获取的用户人像数据和人脸设定指令，调用人脸自定义模块，结合数据库服务器中存储的人体三维模型，使用3dmm三维人脸重建方法实现人脸模型的重建；所述应用服务器基于获取的用户体型数据和体型调节指令，调用体型自定义模块，结合数据库服务器中存储的人体三维模型，通过调整人体模型骨骼缩放参数实现人体模型的重建。

优选地，步骤三进一步包括：在试穿结束后，利用所述设备终端的内容分享模块将试穿展示效果通过互联网进行分享。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：利用三维模型的生成与转换方法，在webgl中进行三维模型的渲染，得到动态逼真的三维展示效果；结合三维人脸重建方法提供了人脸自定义功能，且依据人体骨骼模型的组成结构特性设计了体型自定义功能，满足了用户的个性化需求；结合骨骼蒙皮动画方法与弹簧质子方法，模拟服饰动态试穿效果，增强了服饰的动态展示效果，提高了对消费者的吸引力。

附图说明

图1为本发明的系统架构示意图；

图2为本发明的业务流程示意图；

图3为本发明的数据流示意图；

图4为本发明的功能模块示意图；

图5为本发明的功能模块示意图对应的方法流程示意图；

图6为本发明的人脸自定义模块逻辑图；

图7为本发明的体型自定义模块逻辑图；

图8为本发明的服饰预览模块逻辑图；

图9为本发明的服饰展示模块逻辑图；

图10为本发明的动态展示流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明中的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动条件下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明提供一种基于虚拟现实技术的webgl虚拟试衣系统，包括依次连接的设备终端、应用服务器和数据库服务器。如附图1所示，本发明采用三层架构完成各模块的功能设计，从上至下分成表示层、逻辑层与数据层。表示层包括设备终端，由实现用户操作反馈的web前端模块构成；逻辑层包括应用服务器，由处理业务逻辑的服务器模块构成；数据层由一个数据库服务器构成。

具体地，所述设备终端包括：数据获取模块，用于获取用户的人像数据、体型数据和操作指令，并将获取的数据和/或指令通过网络发送至所述应用服务器，所述操作指令包括人脸设定、体型调节、服饰预览、服饰展示；显示模块，用于接收所述应用服务器返回的信息并进行显示。所述数据获取模块包括摄像头、触摸输入装置和所述设备终端内设的存储单元；所述显示模块包括显示屏。

具体地，所述数据库服务器，用于存储系统中所需的人体三维模型及各类服饰三维模型。

具体地，所述应用服务器包括：人脸自定义模块，用于基于接收的人脸设定指令和用户的人像数据，调用所述数据库服务器中存储的人体三维模型，生成具有个性化人脸的人体三维模型；体型自定义模块，用于基于接收的体型调节指令和用户的体型数据，调用所述数据库服务器中存储的人体三维模型，生成具有个性化体型的人体三维模型；服饰预览模块，用于基于接收的服饰预览指令，从所述数据库服务器中调用存储的服饰三维模型并发送至设备终端；静态试穿展示模块，用于基于用户选择的服饰模型编号，使用骨骼蒙皮动画方法，结合用户的个性化人体三维模型，实现服饰静态试穿展示效果；动态试穿展示模块，基于用户选择的服饰模型编号，使用骨骼蒙皮动画方法与弹簧质子方法，结合用户的个性化人体三维模型，实现服饰动态试穿展示效果。

本发明还提供一种基于虚拟现实技术的webgl虚拟试衣方法，所述虚拟试衣方法采用上述的虚拟试衣系统实现，所述虚拟试衣方法包括以下步骤：

步骤一、通过设备终端登录虚拟试衣系统，系统调用服饰预览模块，经由显示模块将各类服饰以缩略图形式进行展示；

步骤二、系统调用人脸自定义模块和体型自定义模块，载入预设的标准人体三维模型，并查询用户是否输入人脸/体型数据，若已经输入，则更新人体三维模型满足个性化需要；若尚未输入，则通过数据获取模块输入人脸/体型数据再更新人体三维模型；

步骤三、用户选定待试穿的服饰后，系统调用应用服务器中的静态试穿展示模块，结合服饰三维模型和用户的人体三维模型，使用骨骼蒙皮动画方法，实现服饰静态试穿展示效果；在需要动态展示时，系统调用动态试穿展示模块，结合服饰三维模型和用户的人体三维模型，使用骨骼蒙皮动画方法与弹簧质子方法，实现服饰动态试穿展示效果。

作为一种优选方案，如附图2所示，本发明提供一种基于虚拟现实技术的webgl虚拟试衣系统和方法，该系统包括依次连接的设备终端、应用服务器和数据库服务器，该方法将用户操作分为三个步骤，逐步完成系统操作，具体为：

步骤1、用户登入web页面后，系统调用服饰数据库，将各类服饰以缩略图的形式展示在页面中，供用户浏览选择；

步骤2、系统载入预设标准人体三维模型，并查询用户是否输入人脸/体型数据，若已经输入，则更新人体模型满足个性化需要；若尚未输入，则先输入数据再更新人体模型。用户此时可实时选择并查看服饰试穿效果；

步骤3、当用户对试穿的服饰感到满意时，可自由选择是否分享到朋友圈，如果有分享的需求，则通过交互接口分享给朋友们；若想继续试穿服饰，则跳回步骤2，重新选择服饰即可。

本发明中，依据对数据处理节点功能的描述，可得到如附图3所示的数据流示意图。如附图3所示，本发明提供一种基于虚拟现实技术的webgl虚拟试衣系统和方法的数据流示意图，其中，虚拟试衣系统包含管理员与用户两个输入起点，浏览器与朋友圈两个输出终点，还包括五个数据处理节点及两个数据存储文件。其中五个数据处理节点依据不同的输入数据加工获得不同的输出数据，以此满足系统的各类功能需求。1)人体模型管理通过获取人体模型信息数据流，将信息处理为系统的标准化数据并存储在人体模型数据文件中；2)服饰信息管理通过获取服饰模型信息数据流，将信息处理为系统的标准化数据并存储在服饰模型数据文件中；3)用户形象管理通过获取标准人体模型数据与用户输入的体型信息，生成用户自定义的人体三维模型；4)服饰展示与仿真通过获取用户自定义人体模型与用户选取的服饰模型数据，完成服饰的试穿与展示，并将试衣展示界面输出到浏览器；5)社交应用管理则将试衣展示界面处理为最终的分享页面，输出到朋友圈。

具体地，对本发明中用户操作涉及的功能进行划分，可得到如附图4所示的系统的功能模块图和与附图4的系统功能模块图对应的方法流程示意图，如附图5所示。如附图4所示，将用户操作涉及的功能进行划分，虚拟试衣系统共包括形象自定义、三维服饰管理、展示与仿真、社交应用场景四个功能模块，这四个功能模块分别处于三个阶段，包括虚拟试穿前、虚拟试穿中、虚拟试穿后。形象自定义功能分为人脸自定义与体型自定义，三维服饰管理分为服饰信息管理、人体模型管理与服饰展示模块，展示与仿真功能分为试穿静态展示与试穿动态展示，社交应用场景以微信h5试衣为例。

如附图5所示，对应的虚拟试衣方法包括：在虚拟试穿前阶段，进行形象自定义和三维服饰管理，形象自定义包括人脸自定义和体型自定义，三维服饰管理包括展示服饰信息以及结合自定义形象进行人体模型渲染；在虚拟试穿中阶段，进行服饰的展示与仿真，包括试装静态展示和试装动态仿真；在虚拟试穿后阶段，进入社交应用场景，如微信h5试衣分享。

具体地，系统的工作流程主要分为虚拟试穿前、虚拟试穿中及虚拟试穿后三个阶段。虚拟试穿前，用户通过形象自定义模块完成个性化体型数据录入；系统通过查询服饰模型信息，展示服饰模型供用户选择，同时依据用户输入的体型数据，完成人体模型的更新渲染。虚拟试穿中，系统结合用户选择的服饰模型与生成的用户自定义人体模型，完成基础的试穿静态效果渲染，当需要展示动态试穿效果时，系统调用动态仿真模块，完成服饰试穿的动态展示效果。虚拟试穿后，用户可依据个人社交需求将系统分享到朋友圈或其他社交软件中。

具体地，所述人脸自定义功能模块的主要目标是为用户提供快速便捷的人像输入接口，并通过三维人脸重建方法重建个性化的人脸模型，人脸自定义模块逻辑图如附图6所示。目前常用的图像载入方式有两种，一种是调用本地文件系统，加载本地照片，该方法同时适用于移动端与电脑端；另一种是直接调用摄像头，通过拍摄照片获取图像，该方法适用于移动端与大部分电脑端。为了使系统有更好的兼容性和更丰富的选择，将同时提供两种人像载入方法。确认载入人像照片后，系统将以人像照片为输入，调用三维人脸重建接口，输出个性化人脸模型，随后，系统再更新渲染，用户即可得到定制三维人体模型。

具体地，所述体型自定义功能模块的主要目标是通过用户手动设置体型，并调用体型设置组件更新人体体型数据，配合人脸自定义功能提供个性化人体模型，体型自定义模块逻辑图如附图7所示。本系统中将人体体型定义为身高、体形、胸围、腰围、臀围五个类别，分别通过操作控件修改参数，用户可依据自己的身材自由控制并确定人体模型的最终显示。

所述服饰预览模块的主要目标是将服饰数据库中的数据以图片的形式展现给用户，为用户试衣提供简洁有序的参考预览。在本系统中，将服饰分为不同类型，包括衣服、鞋包和配饰，系统首先调用数据库中的服饰数据，通过服饰分类管理查看服饰，获取服饰id并使用缩略图展示，方便用户选择的同时使得服饰数据的管理更加高效，服饰展示模块逻辑图如附图8所示。

所述服饰展示模块的主要目标是完成人体模型试穿服饰时的静态渲染与动态仿真模拟，为用户提供虚拟试穿场景。该部分又分为试穿静态展示模块与试穿动态仿真模块，通过动静结合，增强服饰展示的真实性。用户在设置形象自定义过程后，系统自动完成人体模型更新操作，此时用户即可选择服饰进行虚拟服饰试穿，服饰展示模块逻辑图如附图9所示。本发明中默认的展示形式为静态展示，即将选中的服饰“穿”在用户自定义的人体三维模型上，通过图形渲染技术展示给用户。用户可通过控制人体三维模型旋转，多方位观察服饰试穿效果；也可控制人体三维模型缩放，近距离查看服饰细节。若用户需要观看服饰动态展示效果，可通过点击交互按钮选择人体模型运动方式，系统将调用动态仿真接口播放人体骨骼蒙皮动画并实时模拟布料的运动过程，通过不同运动方式展示多元化的日常穿着场景。骨骼蒙皮动画为已有的技术，在此不做赘述。

所述动态展示模块结合骨骼蒙皮动画的高效性和布料模拟的准确性，设计了一套基于骨骼蒙皮动画和布料模拟的动态仿真方法，其动态展示流程图如附图10所示。图10中，首先判断是否进行布料模拟，若不采用布料模拟方法，则直接采用骨骼蒙皮动画实现服饰动态仿真；若采用布料模拟方法，则首先计算出运动过程人体骨骼的变化量，再结合布料在自然界中受到的重力、风力、布料内力求解出布料网格的运动增量，接着再判断布料运动过程中是否与人体模型发生了碰撞，通过碰撞反馈避免模型穿透的错误，最终将修正后的服饰运动状态展示到屏幕上。

本发明设计了一种基于虚拟现实技术的webgl虚拟试衣系统和方法，其有益效果在于，利用三维模型的生成与转换方法，在webgl中进行三维模型的渲染，得到动态逼真的三维展示效果；结合三维人脸重建方法提供了人脸自定义功能，满足用户的个性化需求；依据人体骨骼模型的组成结构特性设计了体型自定义功能，满足用户的个性化需求；结合骨骼蒙皮动画方法与弹簧质子方法，模拟服饰动态试穿效果；用户可将试穿展示效果进行社交分享，动态的试穿效果展示更能吸引消费者的注意力。

本发明并不受上述实施方式的限制,在未背离本发明的精神实质与原理下所作的任何改变、修饰、替代、组合和简化,均应为等效的置换方式,都包含在本发明的保护范围之内。尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。