三维人体与服装仿真建模技术综述

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1、三维人体与服装仿真建模技术综述摘要：三维人体服装仿真建模，提出了一种基于截面环求取三维人体模型的建模方法，对读入的人体扫描数据进行特征识别后，按特征点位置确定若干个截面与人体求交，再对每一截面环等距离散，生成规则的人体网格模型，通过特征尺寸的调整以保证建模结果的精确度。与此同时，运用截面环数据，提取人体模型各部位的关节点，实现了由关节点驱动的人体动态建模。上述人体模型应用于服装设计及模拟，取得了良好的效果。关键词：计算机应用；三维服装；人体建模；建模技术；虚拟;在目前人体建模技术的研究领域中，常见的算法主要有曲面

2、建模、基于物理特性建模和基于解剖学的分层、建模方法。曲面建模又称表面建模，这种建模方法的重点是由给出的离散数据点构成光滑过渡的曲面，使这些曲面通过或逼近这些离散点。NMThalmann和DThalmann(1987)最早使用多边形表面生成虚拟人MarilynMonroe，之后又提出JLD算符(Thalmannetal.1988,ThalmannandThalmann1990)用于对人体表面的变形[1]。Forsey(1991)将分层B样条技术用于三维人体建模[2]。Dourosetal.(1999)使用B样条曲面

3、重构三维扫描人体模型[3]。尽管曲面建模技术已经能够完整地描述人体的几何信息和拓扑关系，但对于人体动态建模仍有一定的局限性。为使三维人体动画仿真效果更佳，AHBarr（1987）提出了基于物理特性的建模(Physically-BasedModeling)思想[4]，将人体的物理特性加入到其几何模型中，通过数值计算对其进行仿真,人体的行为则在仿真过程中自动确定。为了进一步体现人体生理结构的层次性，Chadwicketal.(1989)提出了“人体分层表示法”的概念[5]。在此基础上，Thalmannetal.(19

4、96)提出一种更加高效的基于解剖学的分层建模算法来实现人体的建模与仿真。通过这种方法建立的人体模型从生理学和物理学角度都能实现更加逼真的效果。1.三维人体测量及三维人体建模1数据获取及预处理2基于扫描人体的三维模型2.1人体表面建模2.2特征尺寸调整3基于关节点的人体动态建模虚拟三维服装展示技术的研究，可为计算机图形学、智能计算和动力学模型在纺织领域的应用提供理论依据，对服装和面料设计具有较为深远的理论和实际应用意义。在纺织服装的设计、生产、商贸等领域具有广泛的应用前景，可大大提高织物和服装产品的设计、开发、销售

5、等各环节的效率，使大规模个性化服装定制成为可能，并成为纺织服装商业化发展的趋势之一［6］首先从模型和数值计算方法等方面讨论织物变形形态模拟技术的发展，再对虚拟三维服装展示的发展过程和研究热点趋势进行比较全面的综述。3.碰撞检测和响应过程3.1织物变形形态模拟技术的发展3.1.1织物性质及其测量技术。织物性质的测量分为主观测量和客观测量［7］。对于计算机虚拟模拟技术，主要采用客观测量，即直接获取织物的特征指标，包括模拟织物的弹性、剪切性、弯曲性、密度和摩擦性等特性。具体而言，织物的硬挺柔软度与织物的弯曲性能和剪切性

6、能有关，滑爽度主要与表面摩擦性能有关，蓬松、丰满度主要与厚度方向的压缩性有关［8］。对织物性质的测量，归根结底是要控制织物在低负荷下的拉伸、弯曲、剪切、压缩性能和表面摩擦性能［9］3.1.2织物变形模型的建立.计算机图形仿真在织物模拟研究中主要有几何建模法、基于粒子系统的物理建模法和结合几何与物理的混合建模法［10］这3种方法。织物建模研究始于二十世纪30年代，而真正将计算机图形学引入到织物虚拟仿真中，是在80年代中后期。最初的织物变形模型是一些比较简单的模型，比如Weil的织物变形三维模拟程序［11］，将织物结

7、构视为网格和结点构成的形状，用悬链线的悬挂与松弛产生类似褶皱的形状，再用样条曲线对形状面进行拟合在计算机图形学界，最早的织物仿真模型的应用出现在1987年，是由Terzopoulos等［12］在拉格朗日运动公式和表面弹性能量的基础上建立的仿真系统。3.2碰撞检测和响应过程。为实现具有较强真实感的三维服装展示，仅仅能够模拟仿真织物的悬垂性能是远远不够的，事实上，对织物模拟仿真的最终目的是要将其应用到虚拟人体模特上，真实再现服装的穿着效果［13］。然而，这些工作是极其复杂、费时的，其主要目标是检测服装与虚拟人体接处碰

8、撞的情况。如果有碰撞情况发生，接触的物体会相互影响甚至相互穿透。研究碰撞和接触算法是三维服装模拟的一个重要组成部分。总结起来，在变形碰撞检测领域里，主要的研究方法包括层次包围盒法、距离法、空间分割法等。层次包围盒法［14］的计算效率较高，其难点在于构造和更新层次以处理在仿真环境中变形物体的不断变化。随机方法［15］是一种时间优先的应用，因为其可降低精度以平衡计算的效率。距