CN101826126A - 基于任意视线三维草图的服装设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于任意视线三维草图的服装设计方法。基于人体距离场和八叉树结构存储技术，提出任意视线方向的三维草绘交互，直接在三维人体模型表面勾绘服装三维草绘线，通过去噪、重新采样、逼近，建立三维款式线，利用曲线造型技术，对款式线进行编辑，得到款式图；根据三维款式图，利用插值方法，获取衣片区域内的点，利用三角化方法，生成三维衣片网格，将衣片的网格进行拼接，得到三维服装；建立三维款式模板，根据用户输入，生成合体的款式线，得到三维服装，实现对不同人体的服装设计结果重用。本发明能直观、快速的完成三维服装设计，实现三维服装细节及精确造型，实现三维服装设计结果的重用，大幅度提高三维服装设计的效率和质量。

Description

基于任意视线三维草图的服装设计方法

技术领域

本发明涉及三维服装设计技术，尤其涉及一种基于任意视线三维草图的服装设计方法。

背景技术

服装CAD已被广泛应用到服装设计、生产的各个环节中。在实际应用中，服装CAD大多只包含简单的二维辅助设计功能，无法应用在款式设计、虚拟试衣等方面，由于其二维技术的局限，设计师无法很好的发挥和捕捉灵感。将草图技术应用于服装设计，对于服装设计的直观性与实用性有较大的提高。近来出现的一些对基于草图的服装设计研究，有二维和三维草图设计方法：二维方法通过三维人体的正视图或侧视图勾绘服装的二维轮廓，从二维到三维的转换过程中无法获得确切的Z方向信息，设计轮廓线时局限在正视图或侧视图，舍弃较多的服装细节；三维方法利用三维空间交互球生成裁片，操作方法较为复杂，且只有生成衣片，没有形成整体的服装，不够直观，难以获得满意的效果。

发明内容

为了克服传统CAD系统及草图服装设计不便于完整、快速设计的问题，本发明的目的在于提供一种基于任意视线三维草图的服装设计方法，该方法不仅能完整的设计任意视线下的三维服装模型，并且使用方便、操作简单，使设计者快速完成三维服装设计。

本发明所采用的技术方案是：

基于人体距离场和八叉树结构存储技术，提出任意视线方向的三维草绘交互，直接在三维人体模型表面勾绘服装三维草绘线，通过去噪、重新采样和逼近，建立三维服装款式线，利用曲线造型技术，对三维服装款式线进行编辑，得到三维服装款式图；根据三维服装款式图，利用插值方法，获取衣片区域内的点，利用三角化方法，生成三维衣片网格，将衣片的网格进行拼接，得到三维服装；利用人体特征建立三维服装款式模板，根据用户输入，生成合体的三维服装款式线，得到三维服装，实现对不同人体的服装设计结果重用。

所述人体距离场和八叉树结构存储技术，即空间中任意一点到人体表面的最短距离的信息，保存于八叉树的数据结构中，并且以文件的形式进行存储、载入。

所述任意视线方向的三维草绘交互，即用户根据设计的需要和操作的方便从不同的视线角度对人体模型进行三维草绘。

所述去噪、重新采样和逼近，即对草绘线进行特征检测和光顺处理，去除噪声影响，对草绘线重新采样，用三次B样条曲线来逼近草绘线。

所述曲线造型技术，即对款式线采用延长、打断、合并、增加、删除、镜像、距离调整进行一项多或多项选择进行细节编辑。

所述插值方法，即对款式图的衣片区域采用基于角度和偏移量的插值方法。

据权利要求1所述的三基于任意视线三维草图的服装设计方法，其特征在于：所述三角化方法，即对衣片内点采用基于柱面投影的Delaunay三角化方法建立网格。

所述衣片的网格进行拼接，即将所有衣片进行合并生成完整的衣服网格。

所述利用人体的特征建立三维款式模板，即根据人体的特征对服装的款式线进行编码，生成三维款式模板，利用人体特征及编码信息进行解码即能获得匹配新人体的合体性三维服装。

本发明与现有其他服装设计方法相比，具有的有益效果是：

1)设计者直接在三维人体上以任意视线方向进行三维勾绘，利用勾绘草图进行三维模型建模，直观、快速，实现了任意视线方向上的款式造型设计，便于各种类型设计人员学习和设计。

2)通过任意视线方向三维草图勾绘生成的款式线，避免了二维草图中对于Z方向信息丢失的问题，完全保存了设计者的设计信息，实现了细节造型及精确造型。

3)利用基于偏移量及角度插值方法获得匀均的衣片插值点，插值点根据三维款式线计算出合理的偏移量，结合Delaunay三角化方法，所生成的衣服网格与人体具有良好的贴合性，提高了设计质量。

4)利用人体的特征生成三维款式模板，快速完成服装款式对不同人体的适应性，实现了服装设计结果的重用，提高了设计效率。

附图说明

图1是本发明的具体技术路线。

图2是三维草图绘制及三维款式线的生成。

图3是款式线编辑。

图4是基于角度和偏移量的衣片插值。

图5是基于柱面投影的Delaunay三角化网格生成。

图6是衣片拼接区域识别流程。

图7是服装衣片网格拼接。

图8是三维服装款式重用。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明从三维服装的快速设计出发，实现一个基于任意视线三维草图服装设计过程，其技术路线如图1所示，具体包含以下实施步骤：

1.基于人体距离场和八叉树结构存储技术得到三维点的定位，在人体模型周围以设计者所要求的分辨率来定义三维网格，对于网格中的每一点，采用八叉树的存储结构来保存点与人体模型的最短距离，当要确定在某一方向上距离人体模型给定最短距离的点时，只需沿方向搜索即可。

搜索具体步骤如下：

1)初始化参数t、P、V_dir、D、d₁、d_pre、δ。其中：t为搜索步长；P当前搜索点，初始时为视线方向与人体网格的交点；V_dir为搜索方向，即为视线的反方向；D为目标距离；d₁为当前搜索点与人体最短距离；d_pre为上一搜索点距人体最短距离；δ为允许误差；

2)当|D-d₁|＜δ时，已获得搜索点，退出；否则，转3)；

3)P＝P+V_dir*T，d₁＝f(P)，其中f(P)计算P点距人体的最短距离；

4)如果D＞d，V_dir＝-1*V_dir，T＝(d₁+dpre)/2；返回3)；否则，转5)；

5)P₁＝P₂，d₁＝d_pre，T＝2*T，转2)；

6)搜索结束。

2.用户设定服装与人体的偏移量，利用鼠标在人体表面的移动获得草绘线(如图2(a)所示)。通过鼠标获得的点为一个屏幕二维坐标，通过转换将其转换为三维坐标P_m。此时的视线方向为V_dir，通过点P_m，沿视线方向能获得与人体网格的交点P_b。然后以P_b为起点，沿V_dir方向，利用三维点定位方法即可获得点P_m沿视线方向与人体相距最短距离d的点P_s，P_s为草绘线上的点。为了避免采样过多的点，并且不受用户绘制速度的影响，按照一定距离间隔取点并进行连接即可获得草绘线(如图2(b)所示)。

3.设计者在勾绘草绘线过程中会产生抖动、偏移等情况，使得原始采集的草绘线产生较多的噪声，存在较多的无用的不规则折线。本发明采用滤波的方法对草绘线进行处理，草绘线中的噪声多为高频部分，采用降低高频部分的低通滤波能有效减少草绘线的噪声部分，用高斯函数构成一个在时域和频域具有平滑性能的低通滤波器对草绘线进行低通滤波：

滤波后的款式线表示为PL′(t，σ)，原草绘线为PL(S_px(t)，S_py(t)，S_pz(t))，则有：

${\mathrm{PL}}^{\′}(t,\mathrm{\σ})=\mathrm{PL}(S_{\mathrm{px}}\left(t\right),S_{\mathrm{py}}\left(t\right),S_{\mathrm{pz}}\left(t\right))\⊗g(t,\mathrm{\σ})=(X(t,\mathrm{\σ}),Y(t,\mathrm{\σ}),Z(t,\mathrm{\σ}))$

其中

为卷积运算：

$X(t,\mathrm{\σ})=x\left(t\right)\⊗g(t,\mathrm{\σ})$

$Y(t,\mathrm{\σ})=y\left(t\right)\⊗g(t,\mathrm{\σ})$

$Z(t,\mathrm{\σ})=z\left(t\right)\⊗g(t,\mathrm{\σ})$

其中： $g\left(t\right)=\frac{1}{\mathrm{\&sigma;}\sqrt{2\mathrm{\&pi;}}}{e}^{\frac{t^2}{2{\mathrm{\&sigma;}}^2}},-\&infin;<t<\&infin;,\mathrm{\&sigma;}>0$

Gaussian分布参数σ决定了滤波的宽度，当σ值大时过滤掉的高频信息相应减少。

4.由于绘制速度变化等原因，草绘线上各点的距离不一，有的部位存在大量距离过近或重复的点，需要对草绘线重采样，用采样点来描述草绘线。设定采样步长为d，长度为L的草绘线的采样个数n为：

$n=\frac{L}{d}$

为了保持草绘线的基本形状，本发明d取5个像素。

5.本发明采用三次B样条曲线逼近设计者输入的草绘线，方法如下：

1)利用检测出的特征点，初始化B样条曲线C；

2)计算曲线C与目标曲线的误差值，如果满足条件，结束；

3)如果误差过大，表明控制点较少；增加控制点；

4)如果控制点过多，去除控制点；

5)返回2)；

6)逼近生成曲线结束。

生成的三维服装款式线如图2(c)所示。

6.在生成款式线后，用户通过编辑方法对款式线进行更为细节的造型以获得理想的结果，本发明提供的编辑方法如下(如图3所示)：

延长：以款式线S₁的端点为起点，继续进行勾绘，将新勾绘生成的款式线S₂与S₁合并为一条款式线(如图3(a)所示)。

打断：以款式线S₁中的非端点点为起点进行新的勾绘，生成新的款式线S₂，并将S₁以点P₁打断；或将款式线S₃的端点移动到P₂，从P₂点将S₁打断(如图3(b)所示)。

合并：将S₂的端点称动到S₁端点处，两款式线合并(如图3(c)所示)。

增加控制点：将控制点P₁增加新的控制点P₂(如图3(d)所示)。

删除控制点：将控制点P₁删除(如图3(d)所示)。

镜像：将S₁按水平方向镜向，生成S₂(如图3(e)所示)。

距离调整：以局部三维坐标轴为向导，将控制点进行三维移动以调整款式线与人体的偏移距离(如图3(f)所示)。

7.采用基于角度和偏移量的插值生成的内插点同人体保持一定的距离关系，能获得贴合人体的网格，内插点分布均匀，能获得较好的网格质量。插值方法具体如下：

衣片轮廓线与高度为y的水平面相交与P₀，P_n点，O为人体在y处的截面中心点(如图4(a)所示)。在高度为y的水平面位置的插值过程(如图4(b)所示)，其中P₀，P_n为水平面与衣片轮廓线交点，Q₀，Q_n为向量OP₀、OP_n与人体交点，向量OP₀与OP_n成角度α，角度步长为α_step，d为系统设定的款式线与人体的固偏移量，h₁，h₂为用户对点P₀，P_n进行间隙调整的偏移量，插值过程如下：

1)设置向量OP_i起始位置为OP₀方向；

2)将向量OP_i转动α_step角度，此时，OP_i与OP₀夹角为α_i；

3)判断α_i是否大于α，如果大于，则插值结束，否则转4)；

4)沿向量OP_i求与人体的交点Q_i；

5)计算角度α_i处的偏移量d_offset，

6)以Q_i为起点，沿向量OQ_i在距离场中搜索距人体最短距离为d_pffset的点P_i，P_i即为角度α_i处的插值点，转2)；

7)插值结束。

以衣片轮廓的最高点和最低点为上下界，以一定的高度步长分别进行角度插值，即可获得衣片轮廓内所有的插值点。在获得某一高度的插值区域时，会获得一段或几段区域，在每段区域内分别进行角度插值，图4(c)为获得的衣片插值点。

8.在获得衣片边界与插值点后，将三维点投影到二维，获取二维网格拓扑信息，再将二维拓扑信息赋给三维顶点的方法生成三维网格。根据三维服装的特点，对插值点投影到柱面，把柱面展开获得二维点，然后采用二维Delaunay三角化方法生成三角网格，将三角网格的拓扑信息赋给三维点即可生成衣片的三维网格(如图5(a)(b)所示)。

9.服装的三维款式图存在多个衣片区域，需要对款式图进行区域识别，搜索出所有的封闭区域，搜索封闭区域的方法如图6所示。算法为连通域中的每条边确定一个方向，以此方向作为参考方向，最后利用计算几何判断最终方向。

10.分片生成的衣片网格在拓扑上是分离的(如图7(a)所示为衣片分片区域，如图7(b)所示分片区域网格)，要进行边界识别，去除重复的边界点，将两邻两块衣片的网格顶点信息、拓扑信息合并(如图7(c)所示)，完成整体服装拼接需要将所有衣片进行合并生成完整的衣服网格(如图7(d)所示)。

11.将已建立的服装款式图(如图8(a)所示)，应用到其他人体上(如图8(b)所示)，由于人体体形差异，出现款式线S₁，S₂，S₃进入人体及其它款式线位置及偏移量不合理等错误。本发明根据人体的特征对服装的款式线进行编码，生成三维款式模板，当三维款式模板应用到其它服装时，利用人体特征及编码信息进行解码即可获得匹配新人体的合体性三维服装。

根据人体特征，本发明提取人体7个主要位置的特征点(如图8(c)所示)：

1)胯部特征点：通过人体中心点做一竖直切面，截面环中y值最小点；

2)腰部特征点：位于胸部与臀部周长最小的截面环；

3)颈部特征点：中心面上最向内凹陷的顶点；

4)胸部特征点：腰部与颈部区间最向外突出的点；

5)腹部特征点：根据人体比例求出；

6)膝盖特征点：根据人体比例求出；

7)脚踝特征点：根据人体比例求出。

将三维款式线控制点与人体特征点的相对位置进行高度编码，如图8(d)所示。编码定义为{λ，idx₁，idx₂}，其中λ为控制点P在相临两人体特征点所占的比例。Idx1，idx2为人体特征点的序号。将三维款式线在相应高度人体横截面的角度与偏移量关系进行角度与偏移量编码，如图8(e)所示。编码定义为{α，δ}，其中α为控制点所转过的角度，δ为控制点在此角度上的偏移量。完成所有款式线的编码后，将编码信息保存为模版。当此三维款式应用于其它人体时，将编码信息根据新的人体的特征信息进行解码，即可获得合体的款式线，然后利用上节网格生成算法即可生成新的服装网格。图8(f)为应用模板生成的合体的三维款式线。

Claims (9)

1.一种基于任意视线三维草图的服装设计方法，其特征在于：基于人体距离场和八叉树结构存储技术，提出任意视线方向的三维草绘交互，直接在三维人体模型表面勾绘服装三维草绘线，通过去噪、重新采样和逼近，建立三维服装款式线，利用曲线造型技术，对三维服装款式线进行编辑，得到三维服装款式图；根据三维服装款式图，利用插值方法，获取衣片区域内的点，利用三角化方法，生成三维衣片网格，将衣片的网格进行拼接，得到三维服装；利用人体特征建立三维服装款式模板，根据用户输入，生成合体的三维服装款式线，得到三维服装，实现对不同人体的服装设计结果重用。

2.根据权利要求1所述的基于任意视线三维草图的服装设计方法，其特征在于：所述人体距离场和八叉树结构存储技术，即空间中任意一点到人体表面的最短距离的信息，保存于八叉树的数据结构中，并且以文件的形式进行存储、载入。

3.根据权利要求1所述的基于任意视线三维草图的服装设计方法，其特征在于：所述任意视线方向的三维草绘交互，即用户根据设计的需要和操作的方便从不同的视线角度对人体模型进行三维草绘。

4.根据权利要求1所述的基于任意视线三维草图的服装设计方法，其特征在于：所述去噪、重新采样和逼近，即对草绘线进行特征检测和光顺处理，去除噪声影响，对草绘线重新采样，用三次B样条曲线来逼近草绘线。

5.根据权利要求1所述的基于任意视线三维草图的服装设计方法，其特征在于：所述曲线造型技术，即对款式线采用延长、打断、合并、增加、删除、镜像、距离调整进行一项多或多项选择进行细节编辑。

6.根据权利要求1所述的基于任意视线三维草图的服装设计方法，其特征在于：所述插值方法，即对款式图的衣片区域采用基于角度和偏移量的插值方法。

7.根据权利要求1所述的三基于任意视线三维草图的服装设计方法，其特征在于：所述三角化方法，即对衣片内点采用基于柱面投影的Delaunay三角化方法建立网格。

8.根据权利要求1所述的基于任意视线三维草图的服装设计方法，其特征在于：所述衣片的网格进行拼接，即将所有衣片进行合并生成完整的衣服网格。

9.根据权利要求1所述的基于任意视线三维草图的服装设计方法，其特征在于：所述利用人体的特征建立三维款式模板，即根据人体的特征对服装的款式线进行编码，生成三维款式模板，利用人体特征及编码信息进行解码即能获得匹配新人体的合体性三维服装。

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