基于扫描模型之服装三维仿真显示技术概述

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1、基于扫描模型之服装三维仿真显示技术概述第一章绪论1.1选题的背景和意义虚拟现实技术(VirtualReality)与显示技术近来得到了迅猛的发展，它借助于计算机技术及硬件设备，设计出合理的硬件、软件及交互手段，使参与者能交互式地观察和操纵系统生成的虚拟世界[1]。其核心是由一些三维的交互式计算机生成的环境组成，是对现场真实环境进行仿真，这些环境可以是真实的，也可以是想象的世界模型[2]。有了虚拟现实技术，复杂或抽象系统的概念的形成可以通过将系统的各子部件以某种方式表示成具有确切含义的符号而成为可能。虚拟现实是融合了许多种的因素，是建立在集成诸多学科如心理学、控制学、计算机图形学

2、、数据库设计、实时分布系统、电子学、机器人及多媒体技术等多个信息技术分支[3-5]。服装、布料作为现实生活中广泛而常用的生活用品，对服装的3D仿真与三维虚拟显示是虚拟现实技术的难点之一。同时，衣服布料作为一种常见的柔体，也是计算机图形学和3D虚拟仿真与显示领域的一个主要研究课题。一年两度的《中国互联网发展状况统计报告》指出，电子商务发展迅速，已经成为普通中国人日常生活中的一部分。由于服装的选购和其他商品不同，大多其他商品可以通过浏览商品图片与性能介绍决定是否购买，但传统的服装的选购方式通常要根据个人的体型及爱好，采用一看二模三试的购买方式，消费者本人的当场试衣更是不可或缺的购衣

3、环节。人类从农业时代、工业时代、信息时代一路走来，工作压力越来越大，空闲时间有限，轻松的浏览到合乎心意的服装，成为繁忙人的共同需求与憧憬。尤其在欧美国家，地大人稀，从一个地方到销售市场常常要花费大量时间，远程购物如购物非常发达，虚拟服装的显示可以看作是远程购物的延伸，人们可以通过虚拟试衣系统直接看到服装穿着的三维虚拟效果[5-7]。1.2研究现状实现三维虚拟试衣的主流方法，即首先通过三维人体扫描得到消费者的体型数据。可以用三维人体扫描仪可在短时间测量到人体多个部位的身体尺寸，且获得的人体数据更为精确。然后，根据扫描到的特征数据，进行三维人体建模。最后，进行合体试衣。如美国一家公

4、司，推出的一种专门用于服装远程销售的试衣软件，可以直接从服装公司的CAD系统获取纸样文件和面料信息，用最新的缝合算法把二维纸样在消费者直接缝合穿上。而该公司的V-Stitcher是另一款三维设计和视觉系统软件，主要客户是针对服装设计和生产企业，用来降低生产企业的产品生产周期，降低成本[16]。2010年五月份，国际领先时尚品牌TommyHilfiger与英国电信签订了一项为期五年的托管服务合同。其中，包括业界首创的虚拟试衣间。据了解，这些试衣间可以使该品牌的全球设计师和制造厂之间立即进行身临其境的交流和合作，不用进行长途飞行就能够面对面地讨论每个服装设计细节[17-19]。.第

5、二章基于球面集群算法的服装表面自碰撞处理2.1引言在计算机图形学领域，模拟三维服装表面的褶皱和扭曲形态是一个重要课题。2002年，Choi和Ko指出有多种因素影响布料褶皱的逼真和稳定，可以通过建立合适的物理模型，对每个粒子进行碰撞检测并监测内部和外部的作用力。Terzopoulos、Volino、Baraff和dash;自碰撞，如图2-1所示。自碰撞的检测，需要按一定的顺序和一种良好的碰撞检测算法。首当其冲的，就是挑战数学计算的复杂性。自碰撞不仅要考虑自身和其他对象表面的交点，还要考虑对象本身。Durupinar强调指出，自碰撞检测是一种两个相交几何单元位于并排的特殊碰撞导致的

6、，需要面临如检测多次碰撞，碰撞的一致性和相邻边框碰撞的一系列任务[41]。在这种情况下，提出的算法应该具有较强的鲁壮性，足以有效的处理各种类型的碰撞和设定。..2.2算法概述1988年，Jain和Dubes提到，集群可以被看作一种无监督学习的问题，把集群看作一组一组的点。Huh等人提出，集群中的基团（即一组点）可以看作不同集群中一个特定距离的测量点，影响的区域是其中多个自碰撞发生的区域和对于自身集群的自碰撞。引入集群技术是一种新颖的方式来解决布料表面在一起的多次碰撞。本文中，描述了一个球形的聚类算法，它能够减少冲突处理运算后布料表面经历的褶皱和扭曲过程。即采用球形集群，加快布料

7、表面自我碰撞过程。球形聚类在初始静态下预先计算的布料上，如果布料变形，集群信息进行相应的更新。球形聚类可以用来有效的修复布料模型信息。处理过程如图2-2所示。图2-3显示了布料模拟的整体框架。布料仿真的设计考虑多种因素：布料模型结构，相互作用特征，数值积分，冲突处理和外力的方向阻尼。使用具有互连弹簧颗粒的网状物模拟布料。布料的结构非常重要，可以导致不同的可见性。这种结构中不考虑弹簧的弹性极限之外的情况，所以每根弹簧避免这种过度拉伸的问题，所设模型应该符合理想的阻尼器。模型的运动方程包含粒子的