蔡柳萍

（廣東職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣東 佛山 528000）

1 三維人體模型構(gòu)建的理論研究

關(guān)于人體建模技術(shù)的研究始于20世紀(jì)70年代末。在目前的研究領(lǐng)域中，常見(jiàn)的算法主要有曲面建模、基于物理特性建模和基于解剖學(xué)的分層建模方法。曲面建模又稱(chēng)表面建模，這種建模方法的重點(diǎn)是由給出的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成光滑過(guò)渡的曲面，使這些曲面通過(guò)或逼近這些離散點(diǎn)。N MThalmann和D Thalmann（1987）最早使用多邊形表面生成虛擬人Marilyn Monroe，之后又提出JLD算符（Thalmann et al.1988,Thalmann an－Thalmann 1990）用于對(duì)人體表面的變形，將分層B樣條技術(shù)用于三維人體建模。Douros et al（1999），使用B樣條曲面重構(gòu)三維掃描人體模型，盡管曲面建模技術(shù)已經(jīng)能夠完整地描述人體的幾何信息和拓?fù)潢P(guān)系，但對(duì)于人體動(dòng)態(tài)建模仍有一定的局限性。為使三維人體動(dòng)畫(huà)仿真效果更佳，A H Barr（1987）提出了基于物理特性的建模（Physically-Based Modeling）思想，將人體的物理特性加入到其幾何模型中，通過(guò)數(shù)值計(jì)算對(duì)其進(jìn)行仿真，人體的行為則在仿真過(guò)程中自動(dòng)確定。為了進(jìn)一步體現(xiàn)人體生理結(jié)構(gòu)的層次性，Chadwick et al.（1989）提出了“人體分層表示法”的概念，在此基礎(chǔ)上，Thalmann et al.（1996）提出一種更加高效的基于解剖學(xué)的分層建模算法來(lái)實(shí)現(xiàn)人體的建模與仿真。通過(guò)這種方法建立的人體模型從生理學(xué)和物理學(xué)角度都能實(shí)現(xiàn)更加逼真的效果（4）。

3D服裝CAD系統(tǒng)是建立在三維人體模型上的尺寸信息提取、服裝設(shè)計(jì)、虛擬試衣、動(dòng)畫(huà)模擬及基于互聯(lián)網(wǎng)的訂做、銷(xiāo)售和展示等技術(shù)的集成與綜合（5）。由于服裝設(shè)計(jì)的特殊性，對(duì)人體建模提出了更具體的要求：（1）為了提高系統(tǒng)的運(yùn)行效率，虛擬人體要在保證表面特征尺寸精確度的前提下盡量簡(jiǎn)化網(wǎng)格結(jié)構(gòu)。（2）能夠?qū)崿F(xiàn)簡(jiǎn)單且高效的人體動(dòng)態(tài)建模。

2 三維人體建模在服裝3D軟件中的實(shí)現(xiàn)方法

12方法一：利用軟件自帶人模，結(jié)合人體測(cè)量所得數(shù)據(jù)，構(gòu)建所需的三維人體模型。在本文研究的服裝3D軟件里，都自帶不同類(lèi)型的人模，且人模的總體及細(xì)部尺寸都可調(diào)節(jié)，使用者可根據(jù)需求選擇人模類(lèi)型，再調(diào)節(jié)尺寸得到理想廓形的三維虛擬人模。這個(gè)方法簡(jiǎn)單快捷，易于操作，但是如對(duì)人模有特殊要求（如人模姿勢(shì)，特體,甚至非人體的模型如汽車(chē)座椅等），該方法則無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

方法二：通過(guò)三維人體掃描構(gòu)建所需人模。三維人體掃描技術(shù)已經(jīng)普遍運(yùn)用在服裝生產(chǎn)中，在MTM領(lǐng)域中該技術(shù)發(fā)揮著不可替代的作用。近年來(lái)，服裝3D軟件技術(shù)也獲得了飛速發(fā)展，多個(gè)服裝3D軟件產(chǎn)品已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)將三維人體掃描出來(lái)的人模直接轉(zhuǎn)化成3D服裝CAD軟件中的人模，最大程度地滿足了用戶的需求。但是該方法操作起來(lái)較為繁瑣，需要特定的的人模格式，且導(dǎo)入的人模出錯(cuò)的概率也較高，即使導(dǎo)入成功，也需要對(duì)人模進(jìn)行相關(guān)的設(shè)置后才能用于服裝虛擬試衣，因此耗費(fèi)使用者的時(shí)間和精力會(huì)比較多。

3 不同服裝3D軟件的人體模型構(gòu)建格式的對(duì)比

本文研究的服裝3D軟件及版本如下：CLO-3D 5.1，V-Stitch 4.40，3D-Fit V8-R1，OptiTex10。

3.1 不同服裝3D軟件的人體模型格式對(duì)比

不同品牌的虛擬試衣系統(tǒng)自帶的虛擬人模格式各不一樣，具體格式見(jiàn)下表。

由表1可見(jiàn)不同的軟件自帶人模的格式都是特有的，自帶的人模只能在自身軟件上才能使用。過(guò)去各大虛擬試衣系統(tǒng)都無(wú)法實(shí)現(xiàn)將三維人體掃描所得的數(shù)字化人模導(dǎo)入本系統(tǒng)生成虛擬人模直接使用，這一缺陷在很大程度上限制了使用的便捷性，使得用戶無(wú)法得到精確的數(shù)字化人模。如表1所示，許多的虛擬試衣系統(tǒng)的產(chǎn)品已經(jīng)攻克了這一難關(guān)，并且支持多種格式的導(dǎo)入導(dǎo)出。

表1 不同品牌的虛擬試衣系統(tǒng)自帶的虛擬人模格式

3.2 不同通用格式的3D文件的特點(diǎn)

obj是較為通用的三維模型文件，CIO-3D,3D-Fit，OptiTex都支持這個(gè)格式的導(dǎo)入導(dǎo)出。obj格式的三維模型文件可以通過(guò)三維掃描儀掃描人體或物件生成，也可通過(guò)3D-MAX和MAYA這些主流的三維建模和動(dòng)畫(huà)軟件構(gòu)建。虛擬試衣系統(tǒng)能夠?qū)雽?dǎo)出obj文件，便捷了使用者獲得模型的方法，增加了獲得模型的渠道，大大提高了虛擬試衣系統(tǒng)虛擬人模構(gòu)建模塊的實(shí)用性。且obj格式可以是人模、物體或者場(chǎng)景，使用者可通過(guò)obj格式導(dǎo)人模進(jìn)行試衣，導(dǎo)入沙發(fā)等模型進(jìn)行家具設(shè)計(jì)，導(dǎo)入場(chǎng)景豐富，具有表現(xiàn)力。而且obj格式的導(dǎo)入還可選擇不同的導(dǎo)入模式，如在CLO-3D里導(dǎo)入obj格式，導(dǎo)入時(shí)勾選導(dǎo)入的是人模，則服裝會(huì)掛在上面，即系統(tǒng)默認(rèn)該物體為虛擬縫合的模特；如選擇背景/小品，布料會(huì)穿過(guò)，即系統(tǒng)默認(rèn)該物體為背景，虛擬縫合無(wú)法在該物體上穿著，如圖2。

圖2 場(chǎng)景

然而，雖然obj是較為通用的格式，但是該格式的信息量較少，obj格式的虛擬模型不帶骨骼數(shù)據(jù)，如若在虛擬試衣系統(tǒng)中導(dǎo)入一個(gè)obj格式的虛擬人模，由于該格式不帶骨骼數(shù)據(jù)，則在虛擬試衣系統(tǒng)中無(wú)法改變?nèi)四５淖藙?shì)，這會(huì)限制試衣效果，對(duì)于一些能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬人模走秀功能的軟件，無(wú)法用obj格式的人模實(shí)現(xiàn)走秀功能。

fbx，collada類(lèi)型文件、maya的MC、MAC文件都是帶骨骼的文件，在虛擬試衣系統(tǒng)中導(dǎo)入該類(lèi)型文件就可以得到帶骨骼的人模，控制人模的動(dòng)作，而這類(lèi)文件的數(shù)據(jù)較大，導(dǎo)入導(dǎo)出時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤的機(jī)會(huì)也較多

3.3 通用格式的3D文件使用時(shí)存在的問(wèn)題

雖然現(xiàn)在許多虛擬試衣系統(tǒng)都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了多種格式的導(dǎo)入導(dǎo)出，但是筆者在使用導(dǎo)入的人模時(shí)仍存在一定的問(wèn)題。原因主要有：1.導(dǎo)入的人模不具備如自帶人模般的調(diào)節(jié)功能。2.導(dǎo)入的人模在試衣過(guò)程中，系統(tǒng)無(wú)法識(shí)別人模的方位，如無(wú)法識(shí)別導(dǎo)入人模的前面和后面，而前后的自動(dòng)識(shí)別恰好是在虛擬縫合時(shí)必須的；又如當(dāng)衣服需要彎曲后虛擬縫合時(shí)（如clo-3d），導(dǎo)入的人模無(wú)法實(shí)現(xiàn)。再如Modaris V8R1導(dǎo)入外來(lái)格式的人模后需要調(diào)整，翻轉(zhuǎn)人模的位置，縮放人模尺寸，創(chuàng)建人模身體對(duì)應(yīng)衣服的點(diǎn)才能實(shí)現(xiàn)后續(xù)的虛擬縫合。因此，導(dǎo)入的人模在大部分情況下，都需要進(jìn)行一定的加工處理才能使用，部分加工的程序可以在虛擬試衣系統(tǒng)中完成，部分需要借助第三方軟件實(shí)現(xiàn)。