基于扫描测量的三维人体模型

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1、基于扫描测量的三维人体模型占宇剑刘晓强陈家训（东华大学计算机学院，上海，200051）摘要三维服装CAD设计、虚拟试穿、服装立体裁剪的出现和不断发展，为服装设计和营销提供了新的技术手段，三维人体模型是该技术的基础和关键。这里通过对扫描获取的VRML格式的人体模型数据文件进行解析，使用Java3D技术建立三维人体模型。该方法基于三维扫描测量，满足了服装对人体模型精度的要求，同时高效地支持模型的可视化，通过进一步利用JAVA语言的强大功能，可以实现复杂的三维应用程序。关键词人体模型、三维扫描、VRML、Java3D中图分类号:TP3911、研究背景三维服装CAD设计、虚拟试穿、

2、服装立体裁剪的出现和不断发展，为服装设计和营销[1][2]提供了新的技术手段。三维服装CAD设计是建立在人体测量获得的人台或人体模型基础之上的，通过交互式立体设计，在人体模型上用线勾勒出服装的外形和结构线，配合相应软件生成二维的服装样板片。虚拟试穿是将服装穿着在人体模型上，从而虚拟展示着装状态，同时还能模拟不同材质的面料的性能（悬垂效果等）。服装立体裁剪是选用与面料特性相接近的试样布，直接披挂在人体模型上进行裁剪与设计。在以上应用中，人体模型是最基础的也是关键的支持技术。三维人体模型的生成主要有两种方法：一是利用现有的三维造型软件如3DMax、Poser、Maya等，这种方

3、法较为繁琐且生成的人体较为夸张，一般用于3D游戏；另一种方法是利用计算机视觉的方法从几幅不同方位的图像中恢复三维人体的三维点阵数据，随后基于这些点阵数据得到三维人体模型。本文采用后一种研究方法，通过对扫描获取的VRML格式的人体模型数据文件进行解析，使用Java3D技术建立三维人体模型。该方法基于三维扫描测量，满足了服装对人体模型精度的要求；而且该方法基于编程的方式，通过进一步利用JAVA语言的强大功能，可以编写出复杂的三维应用程序支持服装CAD和量身定制等研究和应用。本文是《中欧合作电子化量身定制服装—eMTM关键技术研究》项目的基础工作之一。2、实现方法2.1人体扫描测

4、量数据获取基金项目：上海市科委国际合作项目中欧合作电子化量身定制服装—e-MTM关键技术研究（045107026）三维人体测量系统具有扫描时间短，精确度高、测量部位多等多种优于传统测量技术和工具的特点。图1为三维无接触测量系统的原理图，投影装置将具有某种特性的光（称为结构光）投射到物体上，光栅图像投影到被扫描物体表面后，受到物体表面高度的调制而发生变形，再由两台安装在不同角度上的摄像机同时摄取图像。这样就可以通过相移和摄像机定[3]标技术的结合，并通过两台摄像机的三角交汇得到形体的三维坐标信息。图1三维无接触测量系统的原理图2本文用到的人体模型数据是利用美国TC公司的三维无

5、接触人体测量系统来生成的。该系统的原理是利用前后4个摄像头同时采集到4幅人体不同方位的图像，然后采用莫尔条纹干2涉的方法计算出人体模型的三维点阵数据。TC的三维人体测量系统通过人体4.5万个点的扫描，迅速获得人体的80多个数据，可以全面精确地反映人体体型情况。从TC2的三维人体扫描仪得到的三维人体模型数据可以存放为VRML文件格式，一个人的所有扫描数据组成了一个VRML文件。在该文件中，三维人体模型数据可以分为7个部分：Rightleg_FACE,Leftleg_FACE,Torso_FACE,LeftArm_FACE,LeftHand_FACE,RightArm_FACE

6、,RightHand_FACE。每一个部分主要包含两个矩阵：三维坐标点顺序排成的点矩阵point以及三维网格的坐标索引构成的矩阵CoorIndex。图2所示为一次扫描得到的人体模型数据的VRML文件片断。VRML用文本信息描述三维场景，由许多节点层层嵌套而成，每个节点都是由域组成的，每个域都有域值，这些域值指定了一个场景的特征。人体模型数据的VRML文件用到[4]以下几种类型的节点：ò造型定位、旋转、缩放节点：TransformTransform节点有10个域，即children域（子节点列表）、translation域（定位）、rotation域（旋转）、scale域（缩

7、放）等。ò外形节点：Shape在创建一个造型时，都必须使用Shape节点，它有两个域，分别为appearance域和geometry域。Appearance域值是一个定义造型外观的appearance节点。Geometry域值是一个定义空间造型几何尺寸大小的造型节点，它包括基本造型节点（Box,Cylinder,cone,Sphere）和高级造型节点（点造型节点PointSet,线造型节点IndexedLineSet,面造型节点IndexedFaceSet等等）。òappearance节点appearance节点有