CN100478963C - 虚拟纸样制作方法及虚拟纸样制作装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种虚拟纸样制作装置以及虚拟纸样制作方法，可在虚拟立体物的表面直接设定布地的基线，具有对按照用户操作指令在三维空间内制作的虚拟衣服模型按照来自用户的操作指令来设定切入线、将虚拟衣服模型划分成多个纸样区域R的切入线设定部(22)；按照来自用户的操作指令，对纸样区域R设定布地的基线Lg的布地的基线设定部(23)；将纸样区域R展开于二维平面，使由布地的基线设定部(23)所设定的布地的基线Lg成为直线状，形成虚拟纸样的展开部(24)。

Description

虚拟纸样制作方法及虚拟纸样制作装置

技术领域

本发明涉及一种虚拟纸样制作方法及虚拟纸样制作装置，尤其是虚拟地制作立体物的纸样的技术。

背景技术

专利文献1(日本国专利公开公报特开2004-70519号)公开了一种图像处理装置，按照来自用户的操作指令在虚拟的三维空间内制作虚拟三维衣服模型、并将制作成的三维衣服模型在二维平面上进行展开以制作虚拟纸样。

但是，布具有在伸展方向上各向异性，即其伸展率随着伸展方向不同而不同，为了制作布的力学特性得以充分反映的安定性较高的衣服，必须将衣服制作成当人物穿上衣服时，布的纱线方向(一般为经线方向)沿着重力方向。因此，在服装业界，是为纸样设定用来指定纱线方向的布地的基线(基准线)，剪裁布使得布的纱线方向与设定的布地的基线方向一致，从而制作成衣服。而且，在使用牛等动物的皮制作鞋子等立体物时，由于皮也和布一样具有各向异性，必须将立体物制作成伸展率较低的皮的脊骨方向沿着重力方向，因此，和布的情况一样，为纸样设定用来指定脊骨方向的基准线。

然而，专利文献1所公开的现有技术，只是在虚拟三维衣服模型的表面设定多边形网格，将虚拟三维衣服模型在二维平面上进行展开，使得多边形网格的变形达到最小，而没有进行考虑到基准线的展开。因此，需要进行对展开后的虚拟纸样设定基准线的操作。

而且，由于虚拟纸样及实际的纸样是平面的，故难以根据纸样来迅速地预测按照纸样裁剪的布在缝制后相对于重力方向具有怎样的位置关系、或者相对于衣服整体具有怎样的位置关系，从而不容易设定基准线。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能对虚拟立体物模型直接设定基准线的虚拟纸样制作方法及虚拟纸样制作装置。

本发明所提供的虚拟纸样制作方法，用于虚拟地制作立体物的纸样，包括以下步骤：取得所述立体物的三维数据、在虚拟三维空间内形成虚拟立体物模型的立体物模型形成步骤；在所述虚拟立体物模型的表面设定纸样的轮廓线、将所述虚拟立体物模型的表面划分成多个纸样区域的轮廓线设定步骤；按照用户的操作指令，对由所述轮廓线设定单元划分的1个纸样区域设定基准线的基准线设定步骤；将所述1个纸样区域在所述二维空间进行展开，使得所述基准线成为直线状而形成虚拟纸样的展开步骤，其中所述展开步骤包括：在所述1个纸样区域设定多边形网格的网格设定步骤；从被设定在所述1个纸样区域中的多边形网格中抽出与所述基准线相交的多个多边形作为初期多边形列，并将抽出的初期多边形列向二维平面展开，使所述初期多边形列的基准线成为直线的第1多边形列展开步骤；抽出与二维平面的展开处理已结束的多边形列邻接的多边形列，并通过反复地执行将抽出的多边形列向二维平面展开的处理，将所述1个纸样区域展开于二维平面的第2多边形列展开步骤。

本发明所提供的虚拟纸样制作装置，虚拟地制作立体物的纸样，包括：取得所述立体物的三维数据、在虚拟三维空间内形成虚拟立体物模型的立体物模型形成单元；在所述虚拟立体物模型的表面设定纸样的轮廓线、将所述虚拟立体物模型的表面划分成多个纸样区域的轮廓线设定单元；按照用户的操作指令，对由所述轮廓线设定单元划分的1个纸样区域设定基准线的基准线设定单元；将所述1个纸样区域在所述二维空间进行展开，使得所述基准线成为直线状而形成虚拟纸样的展开单元，其中，所述展开单元包括：在所述1个纸样区域设定多边形网格的网格设定单元；从被设定在所述1个纸样区域中的多边形网格中抽出与所述基准线相交的多个多边形作为初期多边形列，并将抽出的初期多边形列向二维平面展开，使所述初期多边形列的基准线成为直线的第1多边形列展开单元；抽出与二维平面的展开处理已结束的多边形列邻接的多边形列，并通过反复地执行将抽出的多边形列向二维平面展开的处理，将所述1个纸样区域展开于二维平面的第2多边形列展开单元。

采用上述的发明，立体物的三维数据被取得，在虚拟三维空间内虚拟立体物模型予以形成，在该虚拟立体物模型的表面轮廓线被设定，在由轮廓线所划分的多个区域中的1个区域(虚拟三维立体物的表面的多个区域中的任意一个区域)的表面按照用户的操作指令设定有基准线，各区域被展开于二维平面而使得所设定的基准线成为直线，虚拟纸样被制作而成。因此，用户能够对在虚拟三维空间内制作成的虚拟立体物模型直接地设定基准线。其结果，用户能够一边把握虚拟纸样相对于虚拟立体物模型整体的位置等一边设定基准线，从而可以容易地设定基准线。

附图说明

图1为本实施例的虚拟纸样制作装置的方框结构图。

图2为表示本虚拟纸样制作装置的处理的流程图。

图3为用户设定布地的基线时显示控制部在显示部上显示的图像的示意图。

图4为初期多边形列的示意图。

图5是将初期多边形列展开于二维平面而使得布地的基线成为直线状的处理的说明图，(a)表示展开前的初期多边形列，(b)表示展开后的初期多边形列。

图6是点V_i’成为线段P_jP_j+1的外分点时的示意图。

图7是用于说明多边形列被抽出的情形的示意图。

图8是展开处理的说明图，(a)表示展开前的多边形，(b)表示展开后的多边形。

图9是多边形列的展开处理的详细情况的说明图。

图10是弹簧-质点模型的示意图。

图11是局部缓和处理的说明图。

图12是局部缓和处理的说明图。

图13是因总体缓和处理而产生的重叠的示意图，(a)表示总体缓和处理前的多边形网格，(b)表示总体缓和处理后的多边形网格，(c)表示重叠修正之后的多边形网格。

图14是2根布地的基线被设定后多边形列从纸样区域中被抽出的情形的说明图。

图15是由本虚拟纸样制作装置制作的虚拟纸样的示意图，(a)表示在虚拟人体模型上制作的三维的虚拟衣服的纸样区域，(b)表示采用未考虑布地的基线的现有技术而将纸样区域展开于二维平面所得到的虚拟纸样，(c)表示由本虚拟纸样制作装置展开的虚拟纸样。

具体实施方式

以下，参照附图并结合具体的实施例对本发明进行说明。图1是本实施例的虚拟纸样制作装置的方框结构图。本虚拟纸样制作装置具备安装有虚拟纸样制作程序的计算机，包括操作部1、程序执行部2以及显示部3。

操作部1由键盘、鼠标等输入装置构成，受理来自用户的操作指令。程序执行部2由CPU等构成，CPU通过执行储存于省略了图示的硬盘中的虚拟纸样制作程序，作为衣服模型形成部21、切入线设定部22、布地的基线设定部23、展开部24以及显示控制部25而发挥其功能。

衣服模型形成部21，按照由操作部1受理的来自用户的操作指令，采用日本专利公开公报特开2004-70519号所公开的技术，在虚拟三维空间内形成虚拟衣服模型。具体来说，形成一条通过在虚拟三维空间内预先制成的虚拟人体模型的胸的顶点、肩胛骨的顶点等突出点中的、由用户指定的突出点(例如胸的顶点)，且沿着虚拟人体模型的表面的线(例如胸线)。

然后，按照用户的操作指令，让形成的线向指定方向滑动，并设由此形成的线的轨迹为虚拟衣服模型的一部分的构成面。另外，当通过滑动而形成的轨迹与虚拟人体模型相交并陷入虚拟人体模型时，陷入的轨迹部分沿着虚拟人体模型的表面形状而变形。通过反复执行这样的处理，衣服模型形成部21则形成裙子、罩衫、衬衫等虚拟衣服模型。

切入线设定部22，按照来自用户的操作指令，在由衣服模型形成部21形成的虚拟衣服模型上设定切入线，将虚拟衣服模型的表面划分成多个区域。另外，由于虚拟纸样按每个该区域而形成，因此以下将被划分的区域称为纸样区域。

布地的基线设定部23，按照来自用户的操作指令，在纸样区域的表面设定布地的基线。布地的基线是用来对纸样指定布的纱线方向用的直线，通常被用来指定布的经线方向或者用来指定经线及纬线的两个方向。在本实施形态中，将布地的基线设定为布的经线方向。另外，布地的基线设定部23，按照以下所示的第1～第3方式中由用户选择的任何一种方式来设定布地的基线。

第1方式是，在纸样区域的表面设定1根布地的基线，使其经过由用户通过操作部1而指定的纸样区域上的任意1点，且沿着预先在虚拟三维空间内设定的重力方向。第2方式是，将连接由用户通过操作部1而指定的纸样区域上的任意2点的线设定为布地的基线。

第3方式是，在纸样区域的表面设定布地的基线，使其经过由用户通过操作部1而指定的纸样区域上的任意1点，且平行于被展开成直线状的纸样区域的轮廓线。在第3方式中，若被展开成直线状的轮廓线有2根或2根以上，则将离用户所指定的1点为最短距离的轮廓线设定为布地的基线。

展开部24具备多边形网格设定部241、初期多边形列展开部242以及多边形列展开部243，将构成由衣服模型形成部21所形成的虚拟衣服模型的各纸样区域展开于二维平面，形成虚拟纸样。

多边形网格设定部241，在各纸样区域的表面设定由多个多边形(例如三角形或者四角形)构成的多边形网格。

初期多边形列展开部242，从由多边形网格设定部241设定的多边形网格中抽出与由布地的基线设定部23设定的布地的基线相交的多边形列作为初期多边形列，将初期多边形列展开于二维平面，使得构成抽出的初期多边形列的各多边形的形状及面积得以维持，且布地的基线成为直线。

多边形列展开部243，采用使用公众所知的弹簧-质点模型(mass-spring model)的平面展开技术，将与二维平面的展开已结束的多边形列(包含初期多边形列)邻接的多边形列展开于二维平面。由此，多边形列在二维平面被展开成多边形的各边的长度得以维持。之后，多边形列展开部243反复执行多边形列的抽出及展开，将纸样区域展开于二维平面，直至纸样区域内的全部多边形都被展开于二维平面为止。另外，使用了弹簧-质点模型(mass-spring model)的平面展开技术，其详细内容记载于由本发明者所发表的公众所知的文献1“标题：Flattening triangulated surfaces using a mass-spring model；作者：Jituo Li，Dongliang Zhang，Guodong Lu，Yanying Peng，Xing Wen，YoshiyukiSakaguti；杂志名称：The International Journal of Advanced Manufacturingtechnology；Publisher：Springer-Verlag London Limitied”中。

显示控制部25，将由衣服模型形成部21形成的虚拟衣服模型以及由展开部24形成的虚拟纸样等显示于显示部3。

在本实施例中，衣服模型形成部21相当于立体物模型形成单元，切入线设定部22相当于轮廓线设定单元，布地的基线设定部23相当于基准线设定单元，展开部24相当于展开单元，初期多边形列展开部242相当于第1初期多边形列展开单元，多边形列展开部243相当于第2多边形列展开单元，布地的基线相当于基准线。

图2为表示本虚拟纸样制作装置的处理的流程图。另外，假设在执行本流程图之前，虚拟衣服模型已预先通过衣服模型形成部21而被形成。首先，在步骤S1，如果操作部1受理了对纸样区域设定布地的基线的来自用户的操作指令(在S1为是)，布地的基线设定部23，采用所述第1～第3方式中的任一种方式在纸样区域的表面设定布地的基线(S2)。布地的基线设定部23还采用由用户选择的第1～第3方式中的任一种方式来设定布地的基线。

图3为用户设定布地的基线时显示控制部25在显示部3上显示的图像的示意图。图3所显示的图像由显示有虚拟人体模型M的右侧区域和用来选择第1～第3方式的左侧区域构成。在左侧区域中，显示有文字“重力方向”、“任意方向”、以及“设计线的方向”，在各文字的左侧显示有复选框(checkbox)C1～C3。而且，在右侧区域中，还显示有虚拟人体模型M和纸样区域R。右侧区域中标着G符号的箭头是在虚拟三维空间内预先设定的表示重力方向的重力矢量。

用户通过操作操作部1在复选框C1中标上复选标记CM来选择第1方式，通过在复选框C2中标上复选标记CM来选择第2方式，通过在复选框C3中标上复选标记CM来选择第3方式。

若第1方式被选择，布地的基线设定部23，求取包含由用户指定的纸样区域R内的1点即点P1和重力矢量G的平面与纸样区域R的相交线，将求得的相交线设定为布地的基线Lg。另外，布地的基线Lg在纸样区域R的整个区域上被进行设定，但在图3的例子中，只标示出一部分布地的基线Lg。

若第2方式被选择，布地的基线设定部23，求取包含由用户指定的纸样区域R表面上的2点即点P1和P2的平面与纸样区域R的相交线，将求得的相交线设定为布地的基线Lg。

若第3方式被选择，则布地的基线设定部23将离由用户指定的纸样区域R表面上的1点即点P1距离最短、且与被展开成直线状的轮廓线EL平行的线设定为布地的基线Lg。另外，相对二维平面而被展开成直线状的轮廓线由用户预先指定。

在图2所示的步骤S3中，显示控制部25将由布地的基线设定部23所设定的布地的基线Lg显示于纸样区域R的表面。在步骤S4中，多边形网格设定部241，为纸样区域R设定由多个三角形的多边形构成的多边形网格。在步骤S5中，初期多边形列展开部242，从被设定于纸样区域R内的多边形网格中抽出与布地的基线Lg相交的多个多边形作为初期多边形列PL1。图4为初期多边形列PL1的示意图。在图4中，与布地的基线相交的以粗线表示的多个多边形为初期多边形列PL1。

在步骤S6中，初期多边形列展开部242，将初期多边形列PL1在二维平面进行展开，使得与初期多边形列PL1相交的布地的基线Lg成为直线状。图5是将初期多边形列PL1展开于二维平面而使布地的基线成为直线状的处理的说明图，(a)表示展开前的初期多边形列PL1的一部分，(b)表示展开后的初期多边形列PL1的一部分。

该处理包含有第1～第3步骤的3个处理过程。

第1步骤中，在由经过多边形PGi的顶点Vi的多边形PGi的2根棱线与布地的基线Lg的交点P_j、P_j+1所连成的线段P_jP_j+1上，设定离顶点Vi距离最短的点V_i’，然后计算出以下所示的公式(1)～(4)中的r_i、s_i、D_i、d_i。

$\mathrm{ri}=s_i\left|\stackrel{\→}{P_j{V_i}^{,}}\right|/\left|\stackrel{\→}{P_j{P}_{j+1}}\right|$ …公式(1)

$s_i=\left\{\begin{array}{cc}1& \stackrel{\&RightArrow;}{P_j{V_i}^{,}}\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{P_j{P}_{j+1}}>0\\ -1& \stackrel{\&RightArrow;}{P_j{V_i}^{,}}\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{P_j{P}_{j+1}}<0\end{array}\right.$ …公式(2)

$D_i=\left|\stackrel{\&RightArrow;}{{V^{,}}_i{V}_i}\right|$ …公式(3)

…公式(4)

公式(1)所示的r_i是通过线段P_jV_i’对线段P_jP_j+1的比乘以s_i而得到的，公式(1)所示的s_i由公式(2)来规定。公式(2)所示的s_i，在矢量P_jV_i’和矢量P_jP_j+1的纯量积(scalarproduct)为正时，取s_i＝1，而在矢量P_jV_i’和矢量P_jP_j+1的纯量积为负时，取s_i＝-1。

如图5所示，当矢量P_jV_i’和矢量P_jP_j+1所构成的角度θ小于90度时，两矢量的纯量积取为正值。在这种情况下，由于点V_i’成为线段P_jP_j+1的内分点，所以取s_i＝1。另一方面，如图6所示，当角度θ大于90度时，纯量积则为负值。在这种情况下，点V_i’为线段P_jP_j+1的外分点，故取s_i＝-1。

公式(3)所示的D_i表示矢量V_i’V_i的大小。公式(4)所示的d_i，在顶点Vi位于矢量P_jP_j+1的右侧时，取d_i＝1，而在顶点Vi位于矢量P_jP_j+1的左侧时，取d_i＝-1。

第2步骤中，决定点p_j+1的坐标，使得与点P_j+1对应的二维平面上的点p_j+1和与点P_j对应的二维平面上的点p_j所连成的线段p_jp_j+1的方向与展开完毕的线段p_j-1p_j的方向相同，且线段P_jP_j+1的大小与线段p_jp_j+1的大小相等。

第3步骤中，执行公式(5)的运算，决定顶点Vi在二维平面上的位置。

v_i＝p_j+r_i(p_j+1-p_j)+d_i＊D_i＊t_i    …公式(5)

t_i是与p_jp_j+1垂直相交的矢量 $\left\{\begin{array}{c}{t}_i.x=\left(\stackrel{\&RightArrow;}{p_j{p}_{j+1}}\right)\&CenterDot;y\\ t_i.y=-\left(\stackrel{\&RightArrow;}{p_j{p}_{j+1}}\right)\&CenterDot;x\end{array}\right.$ …公式(6)

公式(5)所示的vi是与顶点Vi对应的二维平面上的点，p_j是与P_j对应的二维平面上的点，p_j+1-p_j表示矢量p_jp_j+1，矢量t_i由公式(6)来表示。公式(6)所示的t_i.x表示矢量t_i的x成分，t_i.y表示矢量t_i的y成分，(p_jp_j+1).x表示矢量p_jp_j+1的x成分，(p_jp_j+1).y表示矢量p_jp_j+1的y成分。如公式6所示，矢量t_i的x成分与矢量p_jp_j+1的y成分的值相等，其y成分与矢量p_jp_j+1的x成分乘以负1的值相等。即，矢量t_i是与矢量p_jp_j+1垂直且大小相等的矢量。

顶点v_i’的位置由公式(5)所示的r_i(p_j+1-p_j)来决定，但由于r_i具有公式(1)的关系，且线段P_jP_j+1的大小与线段p_jp_j+1的大小相等，因此，线段p_jv_i’的大小与线段P_jV’的大小相等。而且，顶点v_i’的位置还可由公式(5)所示的d_i＊D_i＊t_i来决定。

初期多边形列展开部242，从初期多边形列PL1的一端的多边形PG1到另一端的多边形PGN依次对构成初期多边形列PL1的各多边形执行上述第1～第3步骤的处理，将初期多边形列PL1展开于二维平面。由此，将初期多边形列PL1向二维平面展开，使布地的基线Lg成为直线、且各多边形的面积以及形状得以维持。而且，由于与布地的基线Lg相交的多边形列最初在二维平面内展开，所以能够正确地将布地的基线Lg展开为直线状。

在图2所示的步骤S7中，多边形列展开部243，从纸样区域R抽出与展开完毕的多边形列PLi(i是表示多边形列的抽出顺序的正数)邻接的多边形列PLi+1。图7是用于说明多边形列被抽出的情形的示意图。如(a)和(b)所示，多边形列展开部243，抽出与初期多边形列PL1的右侧邻接的多边形列PL2，将所抽出的多边形列PL2展开于二维平面。接着，抽出与初期多边形列PL1的左侧邻接的多边形列PL3，将所抽出的多边形列PL3展开于二维平面。之后，以多边形列PL4、PL5、PL6的顺序依次从纸样区域R抽出多边形列。即，纸样区域R以初期多边形列PL1为中心而向左右扩展地在二维平面予以展开。

另外，上述多边形列的抽出顺序只是一例，也可以采用像在初期多边形列PL1之后抽出左侧邻接的多边形列PL3，接着抽出与初期多边形列PL1右侧邻接的多边形列PL2这样的顺序，依次从纸样区域R抽出多边形列。

而且，当初期多边形列PL为纸样区域R左端的多边形列时，各多边形列在纸样区域R向右扩展地被依次抽出，而当初期多边形列PL1为纸样区域R右端的多边形列时，各多边形列在纸样区域R向左扩展地被依次抽出。

在图2所示的步骤S8中，多边形列展开部243，通过利用了弹簧-质点模型的展开手法将抽出的多边形列PLi展开于二维平面。图8是展开处理的说明图，(a)表示展开前的多边形，(b)表示展开后的多边形。

图8所示的V1、V2、V3表示已经在二维平面上被展开的多边形的顶点，将通过顶点V1～V3的直线称为轮廓线EL。a1、a2、a3分别表示展开前的多边形PG1～PG3的顶点V2的角度。展开部24决定顶点P1以及P2在二维平面中的位置，并将多边形PG1～PG3向二维平面展开以使得a1/b1＝a2/b2＝a3/b3。

图9是多边形列的展开处理的详细情况的说明图。如图9所示，由于顶点P1与轮廓线EL上的顶点中的两个顶点V1、V2连接，因此其位置被定位成使得边e1、e2的长度得以维持。在角度(Ang)1(Ang1＝∠P₁V₁V₂+∠P₁V₂V₁)接近180度时，边e1、e2则变得非常长。而在角度1大于180度时，则会产生多边形彼此的重叠(overlap)。因此，为了防止重叠，多边形列展开部243决定P1的位置以使角度1变小。

顶点P2仅与轮廓线EL上的顶点中的一个顶点V2连接。对于这样的顶点，多边形列展开部243决定该顶点的位置，使得边e3的长度得以维持。顶点P3与轮廓线EL上的顶点中的三个顶点连接。对于这样的顶点，多边形列展开部243决定该顶点的位置，使得一端的边e4与另一端的边e6的长度得以维持。当∠V₂P₃V₄接近于0度时，边e4、e6的长度变得非常长，因此多边形列展开部243去除多边形PG1、PG2。

另外，若顶点P1及P2是被用户指定而呈直线地且与布地的基线Lg平行地展开于二维平面的轮廓线上的顶点，则展开部24决定顶点P1及P2在二维平面上的位置，使得满足a1/b1＝a2/b2＝a3/b3，且连接顶点P1及P2的线段相对于布地的基线Lg平行，从而将多边形PG1～PG3展开于二维平面。

在步骤S9中，多边形列展开部243对展开的多边形列PLi应用弹簧-质点模型，执行使多边形列PLi的各顶点的位置移动的局部缓和处理以缓和多边形列PLi的形变。

图10是弹簧-质点模型的示意图。弹簧-质点模型是以多边形的各顶点P1～P6为质点，由设定于直接连接质点的边上的拉伸弹簧(tension spring)TS和设定于邻接的两多边形的质点之间而与该两个多边形所共有的边相交的交叉弹簧(cross spring)CS构成。拉伸弹簧TS表示在布的内部所产生的应力。交叉弹簧CS防止多边形网格过度伸长。

在弹簧-质点模型中，通过连接质点P_i、P_j的弹簧(拉伸弹簧TS或者交叉弹簧CS)而作用于两质点的力由公式(7)来表示。

$F_{\mathrm{ij}}=-k_{\mathrm{ij}}(I_{\mathrm{ij}}-{I^0}_{\mathrm{ij}}\frac{I_{\mathrm{ij}}}{\left|I_{\mathrm{ij}}\right|})=-k_{\mathrm{ij}}[(x_i-x_j)-{I^0}_{\mathrm{ij}}\frac{x_i-x_j}{|x_i-x_j|}]$ ……公式(7)

公式(7)所示的k_i，j表示质点间的弹簧系数，I_i，j表示弹簧的矢量，1⁰ _i，j表示弹簧的初期长度，x_i、x_j表示P_i、P_j的位置。拉伸弹簧TS的初期长度1⁰ _i，j与三维空间中对应的边的长度相等，弹簧系数k_i，j根据初期长度1⁰ _i，j的长度来决定。交叉弹簧CS的初期长度1⁰ _i，j与已展开于二维平面的、对应的两个多边形的顶点之间的长度相等。

多边形列展开部243在执行局部缓和处理时，为了进一步缓和多边形网格的形变，对因重叠的产生而被删除的多边形作用损失力，使多边形列PLi的形变缓和。图11以及图12是损失力的说明图。两图中都是，(a)表示展开前的多边形列PLi，(b)表示展开后的多边形列PLi，(c)是表示作用于质点的损失力的示意图。而且，P、P1～P4表示展开前的顶点，V1～V4表示展开后的顶点。

在图11(b)中，多边形PG1发生重叠。该多边形PG1的3个顶点中的1个顶点V3处于轮廓线EL上。对于这样的多边形PG1，多边形列展开部243，如(c)所示的那样，分别对作为删除对象的多边形PG1的3个顶点中不在轮廓线EL上的2个顶点P2、P3，在沿着连接两顶点的直线两顶点相互拉拽的方向上设定损失力Fp。

在图12(b)中，多边形PG2发生重叠。该多边形PG2的3个顶点中的2个顶点V1、V2处于轮廓线EL上。对于这样的多边形PG2，多边形列展开部243，如(c)所示的那样，对不在轮廓线EL上的1个顶点P，在与连接顶点V1、V2的轮廓线EL垂直的方向设定损失力Fp。另外，关于损失力的值在公众所知的文献1中有记载。

在步骤S10中，对由刚经过缓和处理后的多边形列PLi和已开始进行展开处理的多边形列PL1～PGi-1所构成的多边形网格总体应用弹簧-质点模型，执行使多边形的各顶点的位置移动的处理(总体缓和处理)以缓和该多边形网格总体的形变。这里，各顶点移动的结果有时会产生重叠的多边形。在这种情况下，多边形列展开部243适当地执行修正重叠的处理。图13是因总体缓和处理而产生的重叠的示意图，(a)表示总体缓和处理前的多边形网格，(b)表示总体缓和处理后的多边形网格，(c)表示重叠修正之后的多边形网格。

如图(b)所示，通过总体缓和处理，顶点P被移动至由顶点P1～P6所包围的多边形的外部，顶点P、P5、P6所构成的多边形重叠。这种情况下，多边形列展开部243减小顶点P的移动量以使顶点P位于由顶点P1～P6包围的多边形的内部(例如1/2)，防止重叠的发生(参照图(c))。

在步骤S11中，如果所有多边形向二维平面的展开已结束(在S11为是)，则处理结束，如果所有多边形向二维平面的展开还没有结束(在S11为否)，则处理回到步骤S7，展开完毕的多边形列邻接的多边形列被抽出，步骤S8及以后的处理予以执行。

另外，本虚拟纸样制作装置也能在纸样区域R中设定用来指定经线及纬线方向的2根布地的基线，将纸型区域R展开于二维平面以使得该2根布地的基线垂直相交。在这种情况下，布地的基线设定部23，在步骤S2，按照来自用户的操作指令，采用第1～第3方式中的任一种方式在纸样区域R的表面设定第1根布地的基线之后，按照来自用户的操作指令，采用第2方式设定第2根布地的基线。

初期多边形列展开部242，在步骤S5，抽出分别与2根布地的基线相交的多边形列，并将两多边形列向二维平面展开，以使得2根布地的基线垂直相交且成为直线。

在这种情况下，初期多边形列展开部242，在步骤S7如图14所示那样抽出多边形列。图14是2根布地的基线被设定后多边形列从纸样区域R中被抽出的情形的说明图。如图14所示，对十字形状的初期多边形列PL1、PL1的展开处理一结束，接着，从由初期多边形列PL1、PL1划分的4个区域依次抽出与初期多边形列PL1邻接的多边形列PL2～PL5，对各多边形列执行步骤S8～S11的处理之后，接着抽出分别与多边形列PL2～PL5邻接的多边形列PL6～PL9。这样，在2根布地的基线被设定的情况下，多边形列在初期多边形列PL1所划分的4个区域中向斜外侧依次被进行抽出。

其次，说明本虚拟纸样制作装置的计算结果。图15是由本虚拟纸样制作装置制作的虚拟纸样的示意图，(a)表示在虚拟人体模型M上制作成的三维虚拟衣服模型的纸样区域R，(b)表示采用未考虑布地的基线的现有技术而形成的虚拟纸样，(c)表示采用本虚拟纸样制作装置而形成的虚拟纸样。如(a)所示，在纸样区域R的表面上设定有2根布地的基线Lg1、Lg2。在此，布地的基线Lg1采用第3方式来设定，被设定成在纸样区域R的表面与纸样区域R上被展开成直线状的轮廓线EL平行。又，布地的基线Lg2采用第2方式来设定，成为连接纸样区域R的表面的2点的线。

若不考虑布地的基线Lg1、Lg2而将图(a)所示的纸样区域R向二维平面展开，则如(b)所示，所形成的虚拟纸样的布地的基线Lg1、Lg2都是弯曲的，得不到直线状的布地的基线。另一方面，若采用本虚拟纸样制作装置将(a)所示的纸样区域R展开于二维平面，则如(c)所示，布地的基线Lg1、Lg2垂直相交且成为直线状。

这样，采用本虚拟纸样制作装置，由于能够在三维空间内所制成的虚拟衣服模型上直接设定布地的基线，因此能够一边对虚拟衣服模型把握虚拟纸样的位置一边设定布地的基线，从而可以容易地设定布地的基线。

上述实施例的虚拟纸样制作装置，是用来制作虚拟衣服模型的虚拟纸样的装置，但本发明并不限于此，也可以用汽车坐席、鞋子、布制玩偶等作为立体物模型，为其制作虚拟纸样。而且，作为制作立体物模型的材料，不限于布，也可以采用牛、羊等动物的皮。是皮的情况下，由于脊骨方向的延伸率低，所以将该方向设定为基准线。

而且，还可以将本发明的虚拟纸样制作装置应用于由不具有各向异性的材料(例如塑料)构成的立体物模型的虚拟纸样的制作。在制作采用不具有各向异性的材料(例如塑料)做成的立体物模型的纸样时，也要求将纸样的规定部分做成直线，在这种情况下，本发明是有用的。

而且，可将本发明的虚拟纸样制作程序储存于CD-ROM、DVD-ROM等计算机可读取的记录媒体，将虚拟纸样制作程序提供给用户。还可通过从储存有虚拟纸样制作程序的WEB服务器下载，将虚拟纸样制作程序提供给用户。

(本发明的总结)

(1)本发明的虚拟纸样制作方法，用于虚拟地制作立体物的纸样，包括以下步骤：取得所述立体物的三维数据、在虚拟三维空间内形成虚拟立体物模型的立体物模型形成步骤；在所述虚拟立体物模型的表面设定纸样的轮廓线、将所述虚拟立体物模型的表面划分为多个区域的轮廓线设定步骤；按照用户的操作指令，对由所述轮廓线设定单元所划分的1个区域设定基准线的基准线设定步骤；将所述虚拟立体物模型按每个所述区域展开于所述二维空间，使所述基准线成为直线状，从而形成虚拟纸样的展开步骤。

本发明的虚拟纸样制作装置，虚拟地制作立体物的纸样，包括取得所述立体物的三维数据、在虚拟三维空间内形成虚拟立体物模型的立体物模型形成单元；在所述虚拟立体物模型的表面设定纸样的轮廓线、将所述虚拟立体物模型的表面划分为多个区域的轮廓线设定单元；按照用户的操作指令，对由所述轮廓线设定单元所划分的1个区域设定基准线的基准线设定单元；将所述虚拟立体物模型按每个被划分的区域展开于所述二维空间，使所述基准线成为直线状，从而形成虚拟纸样的展开单元。

本发明的虚拟纸样制作程序，用于虚拟地制作立体物的纸样，使计算机作为以下单元而发挥其功能：取得所述立体物的三维数据、在虚拟三维空间内形成虚拟立体物模型的立体物模型形成单元；在所述虚拟立体物模型的表面设定纸样的轮廓线、将所述虚拟立体物模型的表面划分为多个区域的轮廓线设定单元；按照用户的操作指令，对由所述轮廓线设定单元所划分的1个区域设定基准线的基准线设定单元；将所述虚拟立体物模型按每个被划分的区域展开于所述二维空间，使所述基准线成为直线状，从而形成虚拟纸样的展开单元。

采用上述的发明，立体物的三维数据被取得，在虚拟三维空间内虚拟立体物模型予以形成，在该虚拟立体物模型的表面轮廓线被设定，在由轮廓线所划分的多个区域中的1个区域(虚拟三维立体物的表面的多个区域中的任意一个区域)的表面按照用户的操作指令设定有基准线，各区域被展开于二维平面而使得所设定的基准线成为直线，虚拟纸样被制作而成。因此，用户能够对在虚拟三维空间内制作成的虚拟立体物模型直接地设定基准线。其结果，用户能够一边把握虚拟纸样相对于虚拟立体物模型整体的位置等一边设定基准线，从而可以容易地设定基准线。

(2)上述的发明还最好是，所述展开步骤包括：在各区域设定多边形网格的网格设定步骤；从在区域中所设定的多边形网格中抽出与所述基准线相交的多个多边形作为初期多边形列，并将抽出的初期多边形列向二维平面展开，使所述初期多边形列的基准线成为直线的第1多边形列展开步骤；抽出与上述处理已结束的多边形列邻接的多边形列，并通过反复执行将所抽出的多边形列向二维平面展开的处理，将各区域展开于二维平面的第2多边形列展开步骤。

根据此结构，多边形网格对各区域而设定，构成所设定的多边形网格的多边形中与基准线相交的多边形所构成的初期多边形列被抽出，初期多边形列被展开于二维平面以使基准线成为直线。当初期多边形列向二维平面的展开处理一结束，接着，与初期多边形列邻接的多边形列则被展开至二维平面，该多边形列一旦被展开于二维平面，与该多边形列邻接的多边形列则向二维平面展开，向二维平面的展开处理是以多边形列为一个单位来进行的，因此，即使是将多边形网格展开于二维平面以使基准线成为直线，也能够不难地展开多边形网格。

(3)上述的发明还最好是，在所述第1及第2多边形列展开步骤，将多边形列展开于二维平面，使各多边形的面积得以维持。

根据此结构，由于是使各多边形列的面积得以维持地而将多边形列展开于二维平面，所以能够将多边形列向二维平面展开，以使在立体物模型上设定的多边形的形状得以维持。

(4)上述的发明还最好是，所述多边形为三角形，在所述第1多边形列展开步骤，在构成所述初期多边形列的多边形的顶点中指定作为展开对象的顶点V_i，采用公式(A)将指定的顶点V_i展开于二维平面上。

v_i＝v_i’+d_i×D_i×t_i                                (A)

其中，v_i表示将顶点V_i展开至二维平面时的坐标；v_i’表示将以最短的距离连接顶点V_i和基准线的基准线上的点V_i’展开至二维平面时的坐标；D_i表示顶点V_i与点V_i’之间的长度；d_i，当顶点V_i相对于矢量P_jP_j+1在右侧时取为1，而在左侧时取为-1，其中矢量P_jP_j+1为连接经过顶点V_i的多边形的2根棱线与基准线的交点P_j、P_j+1的矢量；t_i表示与矢量p_jp_j+1大小相同且与其垂直相交的矢量，其中矢量p_jp_j+1是连接将交点P_j、P_j+1展开至二维平面时的坐标p_j、p_j+1的矢量。

根据此结构，由于初期多边形被展开至二维平面，以使得表示在三维空间内设定的顶点V_i和点V_i’的长度的D_i和t_j(与矢量P_jP_j+1垂直相交的矢量)的大小得以维持，所以能够将初期多边形列展开于二维空间，使得在三维空间内设定的初期多边形列的形状得以维持。

(5)上述的发明还最好是，在所述第1多边形列展开步骤，决定所述v_i’的坐标，使得线段P_jV_i’的长度与线段p_jv_i’的长度相等。

根据此结构，由于v_i’的坐标被决定成使线段P_jV_i’与线段p_jv_i’的长度相等，所以能够将第1多边形列展开于二维空间，以使三维空间中的第1多边形列的形状得以维持。

(6)上述的发明还最好是，在所述第1多边形列展开步骤，决定P_j+1的坐标，使得线段p_jp_j+1的方向与展开完毕的线段p_j-1p_j的方向相同，且线段P_jP_j+1的大小与线段p_jp_j+1的大小相等。

根据此结构，由于p_j+1的坐标被决定成使线段p_jp_j+1的方向与展开完毕的线段p_j-1p_j的方向相同且使线段p_jp_j+1的大小与三维空间上的线段P_jP_j+1的大小相等，所以能够展开初期多边形，使得三维空间上的初期多边形的形状得以维持且使基准线成为直线。

(7)上述得发明还最好是，在所述基准线设定步骤，在1个区域的表面设定相交的2根基准线，在所述展开步骤将该区域展开于二维空间，使得2根基准线垂直相交且每根基准线成为直线状。

根据此结构，若在1个区域的表面设定2根基准线，则虚拟纸样被做成使得两基准线垂直相交且成为直线状，因此用户只要进行在虚拟立体物的表面设定2根基准线这样的简单的操作，例如是布的情况下，则可以得到设定有分别与经线和纬线对应的2根基准线的虚拟纸样。

(8)上述的发明还最好是，在所述基准线设定步骤，在所述区域的表面设定所述基准线，使其经过由用户指定的所述虚拟立体物模型的1个区域内的一点，且沿着预先在所述虚拟三维空间内设定的重力方向。

根据此结构，当用户指定了虚拟立体物模型的表面的一点，则在包含该点在内的区域内基准线被自动设定，使其通过该点并沿着重力方向，因此用户通过进行指定一点这样的简单的操作，即能够得到具有考虑了重力方向的基准线的虚拟纸样。

(9)上述的发明还最好是，在所述基准线设定步骤，在所述区域的表面设定所述基准线使其连接由用户指定的所述虚拟立体物模型的1个区域内的2点。

根据此结构，用户通过进行在1个区域里指定2点这样的简单的操作，即可以在任意的方向设定基准线。

(10)上述的发明还最好是，在所述基准线设定步骤，在所述虚拟立体物模型的表面设定所述基准线，使其平行于在所述展开步骤被展开成直线状的一边的轮廓线。

根据此结构，用户只要指定区域内的1点，即可以在区域的表面设定与被展开成直线状的轮廓线平行的基准线。

(11)上述的发明还最好是，在所述基准线设定步骤，用第1方式、第2方式及第3方式中的由用户指定的方式来设定所述基准线，其中，所述第1方式，在所述区域的表面设定所述基准线，使其经过由用户指定的所述虚拟立体物模型的1个区域内的1点，且沿着预先在虚拟三维空间内设定的重力方向；所述第2方式，在所述区域的表面设定所述基准线，使其连接由用户指定的所述虚拟立体物模型的1个区域内的2点；所述第3方式，在所述虚拟立体物模型的表面设定基准线，使其平行于在所述展开步骤被展开成直线状的一边的轮廓线。

根据此结构，由于能够容易地选择第1～第3方式，所以可以提高对用户的便利性。

(12)上述的发明还最好是，所述立体物由在伸展特性上具有不同方向性的材料构成。

根据此结构，即使对于由在伸展特性上具有不同方向性的材料构成的立体物的虚拟纸样，也可以容易地设定基准线，通过对所述材料的伸展率较低的方向(例如，材料是布时为经线方向)设定基准线，可以制作稳定性高的立体物。

产业上的可利用性

采用本发明，由于能够对虚拟立体物模型直接设定基准线，所以对于在计算机上制作衣服纸样的CAD是极为有用的。

Claims (13)

1.一种虚拟纸样制作方法，用于虚拟地制作立体物的纸样，其特征在于包括以下步骤：

取得所述立体物的三维数据、在虚拟三维空间内形成虚拟立体物模型的立体物模型形成步骤；

在所述虚拟立体物模型的表面设定纸样的轮廓线、将所述虚拟立体物模型的表面划分成多个纸样区域的轮廓线设定步骤；

按照用户的操作指令，对在所述轮廓线设定步骤划分的1个纸样区域设定基准线的基准线设定步骤；

将所述1个纸样区域在二维空间进行展开，使所述基准线成为直线状，从而形成虚拟纸样的展开步骤，其中

所述展开步骤包括：

在所述1个纸样区域设定多边形网格的网格设定步骤；

从被设定在所述1个纸样区域中的多边形网格中抽出与所述基准线相交的多个多边

形作为初期多边形列，并将抽出的初期多边形列向二维平面展开，使所述初期多边形列的基准线成为直线的第1多边形列展开步骤；

抽出与二维平面的展开处理已结束的多边形列邻接的多边形列，并通过反复地执行将抽出的多边形列向二维平面展开的处理，将所述1个纸样区域展开于二维平面的第2多边形列展开步骤。

2.如权利要求1所述的虚拟纸样制作方法，其特征在于：在所述第1及第2多边形列展开步骤，将多边形列展开于二维平面，使各多边形的面积予以维持。

3.如权利要求1所述的虚拟纸样制作方法，其特征在于：

所述多边形为三角形；

在所述第1多边形列展开步骤，利用公式(A)将构成所述初期多边形列的各顶点V_i展开于二维平面上；

v_i＝p_j+r_i(p_j+1-p_j)+d_i×D_i×t_i (A)

其中，

v_i表示将顶点V_i展开至二维平面时的坐标，

p_j是与点P_j对应的二维平面上的点，

p_j+1-p_j表示矢量p_jp_j+1，

$\mathrm{ri}=s_i\left|\stackrel{\&RightArrow;}{P_j{V_i}^{,}}\right|/\left|\stackrel{\&RightArrow;}{P_j{P}_{j+1}}\right|$

$s_i=\left\{\begin{array}{cc}1& \stackrel{\&RightArrow;}{P_j{V_i}^{,}}\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{P_j{P}_{j+1}}>0\\ -1& \stackrel{\&RightArrow;}{P_j{V_i}^{,}}\&CenterDot;\stackrel{\&RightArrow;}{P_j{P}_{j+1}}<0\end{array}\right.$

r_i是通过线段P_jV_i’对线段P_jP_j+1的比乘以s_i而得到的，其中，V_i’是在线段P_jP_j+1上离顶点Vi距离最短的点，

s_i在矢量P_jV_i’和矢量P_jP_j+1的内积为正时为1，而在矢量P_jV_i’和矢量P_jP_j+1的内积为负时为-1，

$D_i=\left|\stackrel{\&RightArrow;}{V_i{V_i}^{,}}\right|,$

d_i当顶点V_i相对于矢量P_jP_j+1在右侧时取为1，而在左侧时取为-1，其中矢量P_jP_j+1为连接经过顶点V_i的多边形的2根棱线与基准线的交点P_j、P_j+1的矢量，

t_i表示与矢量p_jp_j+1大小相同且与其垂直相交的矢量，其中矢量p_jp_j+1是连接将交点P_j、P_j+1展开至二维平面时的坐标p_j、p_j+1的矢量。

4.如权利要求3所述的虚拟纸样制作方法，其特征在于，在所述第1多边形列展开步骤，决定v_i’的坐标，使得线段P_jV_i’的长度与线段p_jv_i’的长度相等，其中，v_i’是将V_i’展开至二维平面时的坐标。

5.如权利要求3所述的虚拟纸样制作方法，其特征在于，在所述第1多边形列展开步骤，决定p_j+1的坐标，使线段p_jp_j+1的方向与展开完毕的线段p_j-1p_j的方向相同，且线段P_jP_j+1的大小与线段p_jp_j+1的大小相等。

6.如权利要求1至5中任一项所述的虚拟纸样制作方法，其特征在于：

在所述基准线设定步骤，在所述1个纸样区域的表面设定相交的2根基准线；

在所述展开步骤，将所述1个纸样区域在二维空间进行展开，使2根基准线垂直相交且每根基准线成为直线状。

7.如权利要求1至5中任一项所述的虚拟纸样制作方法，其特征在于，在所述基准线设定步骤，在所述1个纸样区域的表面设定所述基准线，使其经过由用户指定的所述虚拟立体物模型的该1个纸样区域内的一点，且沿着预先在所述虚拟三维空间内设定的重力方向。

8.如权利要求1至5中任一项所述的虚拟纸样制作方法，其特征在于，在所述基准线设定步骤，在所述1个纸样区域的表面设定所述基准线，使其连接由用户指定的所述虚拟立体物模型的该1个纸样区域内的两点。

9.如权利要求1至5中任一项所述的虚拟纸样制作方法，其特征在于，在所述基准线设定步骤，在所述虚拟立体物模型的所述1个纸样区域的表面设定所述基准线，使其平行于在所述展开步骤被展开成直线状的一边的轮廓线。

10.如权利要求1至5中任一项所述的虚拟纸样制作方法，其特征在于，在所述基准线设定步骤，采用第1方式、第2方式及第3方式中的由用户指定的方式来设定所述基准线，其中，

所述第1方式，在所述1个纸样区域的表面设定所述基准线，使其经过由用户指定的所述虚拟立体物模型的该1个纸样区域内的一点，且沿着预先在虚拟三维空间内设定的重力方向；

所述第2方式，在所述1个纸样区域的表面设定所述基准线，使其连接由用户指定的所述虚拟立体物模型的该1个纸样区域内的两点；

所述第3方式，在所述虚拟立体物模型的表面设定所述基准线，使其平行于在所述展开步骤被展开成直线状的一边的轮廓线。

11.如权利要求1至5中任一项所述的虚拟纸样制作方法，其特征在于，所述立体物由在伸展特性上具有不同方向性的材料构成。

12.如权利要求1至5中任一项所述的虚拟纸样制作方法，其特征在于，

所述基准线设定步骤，将被划分的所述多个纸样区域按每个所述1个纸样区域设定基准线，

所述展开步骤，将被划分的所述多个纸样区域按每个所述1个纸样区域在二维空间上展开。

13.一种虚拟纸样制作装置，虚拟地制作立体物的纸样，其特征在于包括：

立体物模型形成单元，取得所述立体物的三维数据、在虚拟三维空间内形成虚拟立体物模型；

轮廓线设定单元，在所述虚拟立体物模型的表面设定纸样的轮廓线、将所述虚拟立体物模型的表面划分成多个纸样区域；

基准线设定单元，按照用户的操作指令，对由所述轮廓线设定单元划分的1个纸样区域设定基准线；

展开单元，将所述1个纸样区域在二维空间进行展开，使所述基准线成为直线状，以形成虚拟纸样，其中，

所述展开单元包括：

在所述1个纸样区域设定多边形网格的网格设定单元；

从被设定在所述1个纸样区域中的多边形网格中抽出与所述基准线相交的多个多边形作为初期多边形列，并将抽出的初期多边形列向二维平面展开，使所述初期多边形列的基准线成为直线的第1多边形列展开单元；

抽出与二维平面的展开处理已结束的多边形列邻接的多边形列，并通过反复地执行将抽出的多边形列向二维平面展开的处理，将所述1个纸样区域展开于二维平面的第2多边形列展开单元。

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