CN102880741A - 一种基于个性化三维虚拟人台的服装衣身原型样板生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于个性化三维虚拟人台的服装衣身原型样板生成方法，首先将人体躯干的三维数据进行切面曲线拟合，重新采样，对称化处、凸包计算、内凹区域点的平移和曲面拟合等处理，得到对称的、类似穿着紧身服效果的服装虚拟人台；然后在半身的三维人台上定义特征点和线，并进一步细分各区域曲面；最后基于特征线约束，将三维曲面进行二维展平，生成个性化的服装原型样板。利用本发明所得到三维虚拟人体模型，可应用于服装工业人台的个性化定制，所生成的原型样板不仅继承了现有三维曲面展平技术的准确性，同时又能保持传统原型的结构特征，使结果能充分利用成熟的二维CAD技术，进一步进行特定款式服装的样板定制。
Description
技术领域
本发明涉及一种服装数字化打板技术领域，尤其是一种基于个性化三维虚拟人台的服装衣身原型样板生成方法。
背景技术
随着信息化技术的发展，服装产业已经建立了灵活的快速反映机制，主要包括以下几个方面：先进的CAD/CAM系统应用，ERP等信息管理系统的应用，三维人体测量技术发展与应用，以及远程试衣系统等的应用。另外随着经济的发展和着装个性化的需求，批量定制也成为21世纪服装制造业重要的生产模式。基于三维的服装样板定制系统正是结合了三维CAD技术和个性化模式，已成为服装数字化技术领域的重要研究方向。它主要包括两个部分：个性化的服装虚拟人台建模技术和三维服装曲面的二维展平技术。
对于3D虚拟人台建模方面的研究，具有代表性的有：陈家训等的《基于人体模版和体型轮廓的人体自动生成方法》，其方法是将人体分解成胸身段、腰身段、臀身段等部件，三维虚拟人体的构建可以选用人体部件的模板，然后按照人体体形轮廓控制修改和组装来可实现。该研究是通过提供客户的正面、侧面图片信息，来修改各部件的模板，生成人体模型，并不是直接来源顾客的三维扫描数据，因此所得三维模型与原始扫描数据有一定误差。刘瑞旗、张文斌等的《一种基于实测人群体型的虚拟人台的建立及虚拟人台》，是根据实测人体尺寸调查的相关统计数据，基于三维扫描数据建立代表群体体型特征的标准虚拟人台，也并不是直接由顾客的三维扫描数据处理得到的个性化的虚拟人台。另外服装工业用人台的曲面并不是直接复制人体的曲面，它是在人体复杂曲面基础上，根据着装后的特征进行了一定的修正和简化，如左右求对称，曲面凹凸平缓等。现有的研究所建的三维虚拟人台均未考虑到这种曲面特性及需求。
对于三维服装曲面的二维展平技术的研究，不紧在服装领域，而且在飞机、汽车、造船等制造领域中都是普遍关注的问题。根据近年来的研究成果，主要有三种展开方法：几何展开法、力学展开法和几何展开－力学修正法。主要代表性研究的有：杨继新等的《复杂曲面的可展化及其展开方法》(发表在机械科学与技术，2001)提出了一种复杂曲面可展化及其展开的方法，在依附于复杂曲面的两条空间曲线之间，构造可展面，逼近复杂曲面，使复杂曲面可展化并展开；McCartney等的《Pattern Flattening for Orthotropic Materials》(发表在Computer Aided Design，2005)，将三角化曲面展开到二维平面并使得展开过程应变能量最小化，其具体做法是首先将三维曲面用Delaunay方法三角化，然后将三角形逐个变换到平面，在变换过程中三角形的边长会发生变化,他们用应变能量来衡量这种变化，并使用迭代法使得整个展开达到最小应变能量；王昌凌等的《基于能量模型的曲面展开通用算法》(发表在计算机辅助设计与图形学学报，2001)，《Surface flattening based on energy model》(发表在Computer Aided Design，2002)和《Freeform surface flattening based on fittinga woven mesh model》(发表在Computer Aided Design，2005)等研究，在McCartney工作的基础上,利用弹簧模型优化了McCartney的算法，使得展开的过程更优化，展开结果可通过改变弹簧常数来控制；陆国栋等的《三维曲面展开算法在玩具设计中的应用》(发表在东华大学学报，2004)利用基于最小能量方法来展开三角化曲面，并将之应用于玩具设计；陆永良等的《基于织物机械性能的服装曲面展开方法研究》(发表在北京服装学院学报，2007)，在Mcartney和王昌凌等研究基础上，提出了采用织物在小应变情况下的拉伸应力-应变非线性关系来取代织物质点所受的弹簧应变的线性关系。上面所述的三维CAD系统的3D服装模型到2D样板展平技术，虽然已经取得较大的进展。但对于服装这种对形体要求较高的柔性产品，其二维展平后的二维服装裁片的形状总与实际存在一定的区别，仍然缺乏实用性。这些研究在进行3D-2D展平时很少考虑服装产品的专业性和特殊性，不能充分的利用以往的传统经验，从而使所展平的样板很难直接被进一步利用。
发明内容
本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种实用性好的基于个性化三维虚拟人台的服装衣身原型样板生成方法。
本发明解决其技术问题采用的技术方案，具体步骤如下：
1）、建立凸包形状的个性化三维虚拟人台。
(1)人体躯干三维点云数据的准备；
(2)对点云数据中的每个切面点集进行曲线拟合，然后对每个切面曲线进行重新采样，获得新的人体表面点云矩阵，以保证每个切面数据具有相同的拓扑结构。
(3)对称处理每个切面的左右两侧的点数据。
(4)对所有切面数据进行凸包计算，并平移处在内凹区域的采样点，使切面轮廓呈凸包形状。
(5)沿横向和纵向分别对步骤（4）处理后的三维点云数据进行曲线拟合，然后再进行曲面拟合，生成三维人台曲面。
2）、虚拟人台曲面的特征定义和二维展平。
(6)在对步骤（5）处理得到的曲面模型基础上，进行特征点及特征线的定义，并划分区域。
(7)进一步细分人台模型上每个区域的曲面。
(8)在约束结构特征线基础上，将每个区域三维曲面通过几何方法进行二维展平，得到个性化的服装原型样板。
3）、考虑松量的衣身三维模型的处理。
(9)利用三维图形软件，直接对步骤（5）和步骤（7）中的人台曲面和特征网格线按所要求的松量值（即平移量）进行平移放缩，然后按步骤(8)展开获得加松量的原型样板。
作为优选，步骤(1)中，人体躯干三维数据模型,可以首先通过三维人体扫描系统获得全身三维模型数据文件（如wrml文件等），在删除四肢及头部数据后，获得人体躯干的三维点云数据。这些点云数据的格式为沿Z轴方向等距离的水平切面轮廓上的三维坐标点矩阵。
作为优选，步骤(2)中，切面点的曲线拟合采用Numbs曲线建模技术，所拟合曲线经过所有切面点。
作为优选，步骤(2)中，重新采样前，先求出每个切面曲线外包矩形，然后外包矩形的形状采取以下三种方法对每个切面曲线进行重新采样：(a)当外包矩形为横向长方形时（L1>L2），在横向中心线上求取两个辅助点O1和O2，使O1A=O2B=L2/2。然后分别以O1和O2为圆心，按等角度（θ/9）向四周沿n条射线，与原切面曲线的交点，即为所求采样点。(b)当外包矩形为纵向长方形时（L1<L2），在纵向中心线上求取两个辅助点O1和O2，使O1A=O2B=L1/2。然后分别以O1和O2为圆心，按等角度（θ/9）向四周沿n条射线，与原切面曲线的交点，即为所求采样点。(c)当外包矩形为纵向正方形时(L1=L2)，直接以正方形的中心为圆心，按等角度向四周沿n条射线，与原切面曲线的交点，即为所求采样点。三种方法对每个切面进行重新采样所得的点数均为36个。
作为优选，步骤(3)中，对称处理的方法，其特征是根据方案(2)中的三种情况分别进行下面对应的处理：(a)以y轴为分割线，分别计算左右两边的曲线上任意对应的两采样点P1、P2到辅助点O1和O2的距离ρ1和ρ2，根据(ρ1+ρ2)/2的值调整对应的两采样点的位置，使左右数据点的对称化处理。(b)以y轴为分割线，对于x轴以上部分，分别计算左右两边的曲线上任意对应的两采样点P1、P2到辅助点O1的距离，记为ρ1和ρ2；对于x轴以下部分，别计算左右两边的曲线上任意对应的两采样点P1、P2到辅助点O2的距离，记为ρ1和ρ2。然后根据(ρ1+ρ2)/2的值调整对应的两采样点的位置，使左右数据点的对称化处理。(c)以y轴为分割线，分别计算左右两边的曲线上任意对应的两采样点P1、P2到中心点O的距离，记为ρ1和ρ2，然后根据(ρ1+ρ2)/2的值调整对应的两采样点的位置，使左右数据点的对称化处理。
作为优选，步骤(4)中，对切面点云数据的凸包计算及平移处理,其方法是先对每个切面上经过对称处理的所以点，进一步采用凸包算法，求出切面点集的凸包多边形，然后将落在凸包多边形内的采样点,沿辅助点O1、O2或切面中心点到该点的射线方向,在切平面上平移至凸包多边形边缘直线上。
作为优选，步骤(5)中，横向和纵向曲线拟合采用Numbs曲线建模技术，三维曲面是基于横向和纵向形成的曲线网格进一步采用Numbs曲面建模技术生成。
作为优选，步骤(6)中，对特征点特征线的定义及区域划分，其方法是参照二维服装原型结构，先在三维人体躯干模型上设定原型样板对应的特征点。对于特征线的构造方法：首先通过对应的特征点坐标和曲面在特征点处的法向量方向，构建一个局部的平面，然后通过计算机求取平面与人体曲面的交线在计算机平台上。根据3D人台上的特征结构线，由于左右对称，其一半人台的三维曲面可分割成10个区域，前片包含5个区域（A，B，C，D，E），后片也包含5后区域（F，G，H，I，J），
作为优选，步骤(7)中，对人体模型上每个区域的曲面细分，其方法是先等分特征结构线，然后经过等分点作曲面的正交切平面，再求取正交切平面与人体曲面的相交曲线，但因各区域的表面特征差异而不同。具体方法如下：
(a)对于A区域，首先过FNP点做与FNP-CP2线正交的切面后形成分割线FNP-CP4，然后过SNP作FNP-CP4的正交切面，形成分割线SNP-CP5，这里可以近似的把FNP-CP5、SNP-CP5分别看作是原型样板中的前领宽、前领高，对于FNP-CP5线与CP1-CP2线之间的曲面和FNP-CP5-SNP的领口部分的曲面可以采用等间隔的横向条状分割，对于SNP-CP5-CP4-SP曲面片可以采用沿线SNP-CP5和CP4-SP进行等间隔的横向条状分割，为了减小样板展开时的误差，前片肩部区域进一步在取CP4-CP5和SP-SNP的中点处做一纵向分割线（CP6-SP2）；
(b)对于B区域，首先在CP1-CP2线上取点CP3点，使CP2-CP3的长等于FBP-BP线的长，并过BP，CP3点做以纵向分割线，对于FBP-BP-CP3-CP2曲面片进行等间隔的纵向条状分割，对于BP-CP1-CP3的曲面片采用横向等间隔条状分割；
(c)对于C，G，H区域中的表面，为近似的圆台曲面，因此采用一系列的水平切面对曲面进行细分，从而形成一系列的水平分割线；
(d)对于D，E，F区域的表面，在胸围线以下部分采用一系列的水平切面进行细分，形成水平分割线，胸围线以上采用纵向切面进行细分，形成纵向分割线；
(e)对于I区域，采用等间隔的纵向条状分割；
(f)对于J区域，其细分方法与A区域的类似，首先过SP点做BP3-BP4线的正交切面，与人台曲面形成了分割线SNP-BP6，对于曲面BNP-BP3-BP6-SNP部分，采用横向，纵向分别进行网格划分，对于曲面SNP-BP6-BP4-SP部分可以采用沿线SNP-BP6和BP4-SP进行等间隔的横向条状分割，然后过SNP-SP和BP4-BP6的中点处进行纵向分割线BP7-SP2。
作为优选，步骤(8)中，将每个区域三维曲面进行二维展平，其特征是从3D曲面到2D样板的展平，一般遵循几个原则：关键特征结构线的长度尽量保持相等或在允许的误差之内，二是3D曲面与2D样板的曲面的面积尽量保持相等，样板与三维模型的形状上尽量保持一致。
作为优选，步骤(8)中，将每个区域三维曲面进行二维展平，其方法是首先在每个区域的展平过程中，将预先定义方向和位置受约束的特征线。如前中线和后中线展平后保持竖直，背宽线，胸宽线展平后保持水平等。各曲面片展平的原则总结如下：
(a)原型前片，后片中心线展平后保持竖直状态，前后片展平时分别从前中心和后中线向侧缝线的顺序，依次展开各曲面片，所有曲面在有3D向2D映射时的基本原则是保证每个划分单元的各边的长度相等；
(b)对于A，B区的曲面，在展平过程中，首先展开胸宽线CP1-CP2，保持水平，然后以CP1-CP2线和前中线为基准依次展平其他分割线；
(c)对于C区展开时，首先展开胸围线段FBP-BP和前中线段FBP-FWP，其中FBP-BP保持水平，FBP-FWP保持竖直，然后以这两条线为基准，依次展平其他分割线；
(d)对于D区曲面的展平，首先展开胸围线段BP-XP2，并保持水平，然后以C片展平后的省道线D1′-BP进行对称，得到D片展平后的省道线D1″-BP，然后以胸围线段BP-XP2和省道线D1″-BP为基准，依次展平其他分割线；
(e)E区，F区的展平原则是胸围线段XP2-XP3保持水平，E区的省道线D2″-CP1由D区对应的省道线D2′-CP1对称获得，F区的省道线D4″-BP1由G区展平后对应的省道线D2′-BP1对称后获得；
(f)H，G区的展平原则分别与C，D区的展平原则类似，只是方向相反，H，G区展平时以背宽线BP12-BP2和后中线段BP2-BWP为基准，其中BP1-BP2保持水平，BP2-BWP保持竖直，省道线D3′-BP5和D3″-BP5保持对称；
(g)I区的展平时，首先展开背宽线BP3-BP4和后中心线段BP2-BP3，其中BP3-BP4保持水平，BP2-BP3保持竖直，然后以此为基准依次展开其他分割线；
(h)J区的展平时，首先展开背宽线BP3-BP4和后中心线段BNP-BP3，其中BP3-BP4保持水平，BNP-BP3保持竖直，然后以此为基准依次展平曲面BNP-BP3-BP6-SNP和曲面BP4-BP6-SNP-SP中的分割线，另外为了保持后肩省，同时使后片的袖笼曲线保持圆顺，在展平SP-BP4-BP7-BP8曲面片前，先在2D平面上构造袖笼曲线，然后以袖笼曲线段SPBP4和背宽线段BP4-BP7为基准，依次映射其他分割线，最终形成在后片的肩省。
作为优选，步骤(8)中，每个细分单元的展平时，其方法是先将该单元与已映射的相连单元的连接点和连接边对齐，然后以该单元的另外两条边的长度为半径，以该单元上已经在2D平面上确定的两连接点为圆心，做两个圆，然后求该单元的另外一个映射点。
作为优选，步骤(9)中，其方法是利用三维图形软件对3D曲面或3D曲线进行平行放缩，放缩方向是曲面的法线方向；3D特征线的平行放缩，其放缩方向也是基于所在曲面的该线位置处的法线方向进行的。
发明有益的效果是：本发明是在虚拟人台建模上，直接源于个性化的三维扫描数据；所述的切面点集重新采样方法，对人体各切面复杂的曲线形状具有较好的容错性，避免出现双交点或点的顺序颠倒等现象，且采样后切面点得分布也较均匀；所述的凸包计算及平移处理，能较好的考虑到服装工业人台曲面的对称性和简化的凹凸平缓特性，所生成的虚拟人台可进一步应用于服装工业人台的个性化定制。在人台特征结构的定义上，结合了传统的原型样板形状及三维人体曲面特征，采用正交切平面与曲面求交的方法，所获得的三维原型细分特征线框，与传统的服装立裁原理有较好的相识性。在三维人台曲面的二维展平上，预先考虑了结构特征线方向与位置的约束，对曲面上定义的细分三维网格线进行几何展平。所生成的个性化服装原型样板，不仅继承了现有三维曲面展平技术的准确性，同时又能保持传统原型的结构特征，使本发明的结果能与目前实用的基于原型的服装打板技术相结合，并充分利用成熟的二维CAD技术，进一步进行特定款式服装的样板定制。另外，本发明还提出考虑松量的衣身原型曲面及特征框架的处理方法，可以对人体模型的主要部位进行放大，以满足松量的分配，然后通过将缩放后的特征结构线进行展平。
附图说明
图1三维人体点云数据示意图；
图2为切面曲线进行重新采样示意图；
图3为切面点集的凸包计算及内凹区域点平移示意图；
图4为人体躯干的横向纵向拟曲线模型示意图；
图5为凸包计算后人体躯干的Numbs曲面模型示意图；
图6为二维服装原型样板结构示意图；
图7为人体躯干的特征点、特征线及区域划分示意图；
图8为人体躯干的各区域三维曲面的进一步细分示意图；
图9为区域C的三维曲面展平过程示意图；
图10为展平后的衣身原型示意图。
图11为经过平行放缩的加松量衣身原型曲面及特征框架。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步说明：
本发明解决其技术问题采用的技术方案，具体步骤如下：
（1）、人体躯干三维点云数据的准备。人体躯干三维数据模型,可以首先通过TC2三维人体扫描系统获得全身三维模型数据文件（为wrml文件），通过三维人体扫描仪，该文件共分为七部分：RightLeg,LeftLeg,Torso,LeftArm,RightArm,LeftHand,RightHand。其中，每一部分主要由两类数据构成：(1)三维坐标(x,y,z)逐行排列构成的点矩阵(point)；(2)由构成三维网格小平面的坐标序列号索引构成的索引矩阵(coordIndex)。在删除四肢及头部数据后，获得人体躯干的三维点云数据，再利用3DS Max等三维图形软件，进行修补，编辑等操作，进一步完善点云数据。这些点云数据的格式为沿Z轴方向等距离的水平切面轮廓上的三维坐标点矩阵，如图1。
（2）、躯干部分的点云数据，沿Z轴方向共有60层切面数据，通过Numbs曲线建模技术，拟合每个切面点云数据，形成60个平行的封闭的曲线层，然后对每个切面曲线进行重新采样，获得新的人体表面点云矩阵，以保证每个切面数据具有相同的拓扑结构。
重新采样前，先求出每个切面曲线外包矩形，然后外包矩形的形状采取以下三种方法对每个切面曲线进行重新采样：(a)当外包矩形为横向长方形时，在横向中心线上求取两个辅助点O1和O2，使O1A=O2B=L2/2。然后分别以O1和O2为圆心，按等角度（θ/9）向四周沿n条射线，与原切面曲线的交点，即为所求采样点，如图2（a）。(b)当外包矩形为纵向长方形时，在纵向中心线上求取两个辅助点O1和O2，使O1A=O2B=L1/2。然后分别以O1和O2为圆心，按等角度（θ/9）向四周沿n条射线，与原切面曲线的交点，即为所求采样点,如图2（b）。(c)当外包矩形为纵向正方形时，直接以正方形的中心为圆心，按等角度（10度）向四周沿n条射线，与原切面曲线的交点，即为所求采样点,如图2（c）。三种方法对每个切面进行重新采样所得的点数均为从坐标轴的y轴开始，按逆时针的顺序排列切面上36个点。
（3）、对称处理每个切面的左右两侧的点数据。除y轴上的两个点不要参与计算外，其它34点，分别以y轴左右一一对应，形成17对点，然后分别计算没对点到切面中心的距离，并求平均，最后平均距离在切面上沿中心点到切面点的射线分别平移切面轮廓线上的各对点，从而形成左右对称的点云数据。
（4）、对每个切面上经过对称处理的36个点，进一步采用凸包算法，求出36个点的凸包多边形，然后将凸包多变形内的切面轮廓线上的点，沿中心点到该点的射线方向再次进行平移，最终使所有点均落在凸包多边形上，如图3所示为图2(a)的处理情况。
（5）、采用Numbs曲线建模技术，对凸包计算及平移后的人体躯干点云数据，分别沿横向和纵向进行曲线拟合，形成曲线网格。该实施例中共有60条横向的切面轮廓线和36条纵向曲线。再利用Numbs曲面建模技术，基于该曲线网格，生成躯干的三维曲面，如图4、5。这样经过称化处理、点集的凸包算法后所建立的人体曲面模型将是对称的、且类似穿着原型服装效果时的人台模型。
（6）、在对步骤（5）处理得到的曲面模型基础上，进行特征点及特征线的定义，并划分区域。参照图6所示的二维服装原型结构，先在三维人体躯干模型上设定原型样板对应的特征点。对于特征线的构造方法：首先通过对应的特征点坐标和曲面在特征点处的法向量方向，构建一个局部的平面，然后通过计算机求取平面与人体曲面的交线在计算机平台上。根据3D人台上的特征结构线，由于左右对称，其一半人台的三维曲面可分割成10个区域，前片包含5个区域（A，B，C，D，E），后片也包含5后区域（F，G，H，I，J），如图7所示。
同时根据每个区的表面形状特征，对他们进行进一步的细分。特征线的构造是通过正交平面与3D曲面求交的方法获得。通过保持分割线的长度不变原则对各个区的3D表面进行几何展平生成，最终的原型样板见图10所示。另外，在每个区域的展平过程中，将预先定义一条约束结构线，使其位置和方向事先得到保证，目的是以使展平后的原型样板与目前常用的2D原型形状基本保持一致。
由于3D-2D展平时，由于首先保证了各分割线的长度不变，因此3D模型与展平后的2D样板的主要特征结构线的长度基本相等，表1中列出了本实施例中原型结构线长度值。
表1
(7)、进一步细分人台模型上每个区域的曲面。其方法是先根据特征结构线的形状进行均匀(或非均匀)分割，然后经过分割点作曲面的正交切平面，再求取正交切平面与人体曲面的相交曲线。本实施例中，C区域的曲面被进一步分割成平行的11个横条格，如图8所示。
(8)、在约束结构特征线基础上，将每个区域三维曲面通过几何方法进行二维展平，得到个性化的服装原型样板。每个细分单元的展平时，其方法是先将该单元与已映射的相连单元的连接点和连接边对齐，然后以该单元的另外两条边的长度为半径，以该单元上已经在2D平面上确定的两连接点为圆心，做两个圆，然后求该单元的另外一个映射点。
图9为曲面片C区的展平过程，曲面片被细分为11个横向的小单元，这里每个单元均有四条边。展平时，首先将前中线曲线上的P1，P2，…，P12，等长度的映射到平面中，并且保持竖直，得到映射点P′1，P′2，…，P′12。然后在该平面上以P′1在水平方向上确定Q1的映射点Q′1，使P′1Q′1＝P1Q1。对于其他点的映射，则以他所在单元的三个节点为基准。如假设单元T的三个节点P7，P8，Q7对应的映射点P′7，P′8，Q′7已经确定，现在要确定Q8的映射点Q′8，我们只需要分别以单元T的两个边的长度Q7Q8(l1)和P8Q8(l2)为半径，以Q′7和P′8为圆心，做两个圆，其交点即为Q′8。按照以上的原则，最终的展平结果如图10所示。
为了分析展平后的误差情况，3D曲面和2D样板的面积将被计算，并进行比较。表2给出了本实施例中10个区域的3D曲面与2D样板的面积，由该表可知，展平后平面样板的10个区域有7个与对应的3D曲面的面积的误差在±1cm2范围内，另外有一个也在1.1cm2范围内，只有两个区域的误差稍大，但也在3cm2以下，长生这一误差的主要原因是，这一区域的曲面形状相对较复杂，笔者的细分单元相对较大造成的。而且整个样板总面积的误差也在小于1cm2范围内。说明采用该方法获得的原型样板有着较好的精确度。另外，展平后的原型样板与传统的原型样板在形状上基本保持一致，这样使得所展平的样板更有实用性。如传统的2D样板工程师能在此基础上，进行修正进一步制出个性化合体的特定款式样板。
表2
另外需要说明的是本实施例中的展开的原型样板为净人体尺寸的样板，没有考虑松量。但方法是通用的，我们可以对人体模型的主要部位进行放大，以满足松量的分配，然后通过该方法构造特征结构线进行展平。图11是对三维衣身曲面和特征线框进行平行放缩后的例子，该例中的松量值为0.5cm。
除上述实施例外，本发明还可以有其他实施方式。凡采用等同替换或等效变换形成的技术方案，均落在本发明要求的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于个性化三维虚拟人台的服装衣身原型样板生成方法，其步骤包括：
1）、建立凸包形状的个性化三维虚拟人台；
(1)人体躯干三维点云数据的准备；
(2)对点云数据中的每个切面点集进行曲线拟合，然后对每个切面曲线进行重新采样，获得新的人体表面点云矩阵，以保证每个切面数据具有相同的拓扑结构；
(3)对称处理每个切面的左右两侧的点数据；
(4)对所有切面数据进行凸包计算，并平移处在内凹区域的采样点，使切面轮廓呈凸包形状；
(5)沿横向和纵向分别对步骤（4）处理后的三维点云数据进行曲线拟合，然后再进行曲面拟合，生成三维人台曲面；
2）、虚拟人台曲面的特征定义和二维展平；
(6)在对步骤（5）处理得到的曲面模型基础上，进行特征点及特征线的定义，并划分区域；
(7)进一步细分人台模型上每个区域的曲面；
(8)在约束结构特征线基础上，将每个区域三维曲面通过几何方法进行二维展平，得到个性化的服装原型样板。
3）、考虑松量的衣身三维模型的处理；
(9)利用三维图形软件，直接对步骤（5）和步骤（7）中的人台曲面和特征网格线按所要求的松量值（即平移量）进行平移放缩，然后按步骤（8）展开获得加松量的原型样板。
2.根据权利要求1所述的基于个性化三维虚拟人台的服装衣身原型样板生成方法，其特征是：所述步骤（1）中，首先通过三维人体扫描系统获得全身三维模型数据文件，删除四肢及头部数据后，获得人体躯干的三维点云数据，这些点云数据的格式为沿Z轴方向等距离的水平切面轮廓上的三维坐标点矩阵。
3.根据权利要求1所述的基于个性化三维虚拟人台的服装衣身原型样板生成方法，其特征是：所述曲线拟合和曲面拟合分别采用Numbs曲线、曲面建模技术。
4.根据权利要求1所述的基于个性化三维虚拟人台的服装衣身原型样板生成方法，其特征是：所述步骤（2）中的切面点云的重新采样方法为，先求出每个切面曲线外包矩形，然后根据外包矩形的形状采取以下三种方法对每个切面曲线进行重新采样：(a)当外包矩形为横向长方形时，在横向中心线上求取两个辅助点O1和O2，使O1A=O2B=L2/2，然后分别以O1和O2为圆心，按等角度（θ/9）向四周沿n条射线，与原切面曲线的交点，即为所求采样点；(b)当外包矩形为纵向长方形时，在纵向中心线上求取两个辅助点O1和O2，使O1A=O2B=L1/2，然后分别以O1和O2为圆心，按等角度（θ/9）向四周沿n条射线，与原切面曲线的交点，即为所求采样点；(c)当外包矩形为纵向正方形时，直接以正方形的中心为圆心，按等角度向四周沿n条射线，与原切面曲线的交点，即为所求采样点，三种方法对每个切面进行重新采样所得的点数均为36个。
5.根据权利要求4所述的基于个性化三维虚拟人台的服装衣身原型样板生成方法，其特征是：所述步骤（3）中，根据所述三种情况分别进行下面对应的处理：(a)以y轴为分割线，分别计算左右两边的曲线上任意对应的两采样点P1、P2到辅助点O1和O2的距离ρ1和ρ2，根据(ρ1+ρ2)/2的值调整对应的两采样点的位置，使左右数据点的对称化处理；(b)以y轴为分割线，对于x轴以上部分，分别计算左右两边的曲线上任意对应的两采样点P1、P2到辅助点O1的距离，记为ρ1和ρ2；对于x轴以下部分，分别计算左右两边的曲线上任意对应的两采样点P1、P2到辅助点O2的距离，记为ρ1和ρ2，然后根据(ρ1+ρ2)/2的值调整对应的两采样点的位置，使左右数据点的对称化处理；(c)以y轴为分割线，分别计算左右两边的曲线上任意对应的两采样点P1、P2到中心点O的距离，记为ρ1和ρ2，然后根据(ρ1+ρ2)/2的值调整对应的两采样点的位置，使左右数据点的对称化处理。
6.根据权利要求5所述的基于个性化三维虚拟人台的服装衣身原型样板生成方法，其特征是：所述步骤（4）中，先对每个切面上经过对称处理的所有点，进一步采用凸包算法，求出切面点集的凸包多边形，然后将落在凸包多边形内的采样点,沿中心点到该点的射线方向,在切平面上平移至凸包多边形边缘直线上。
7.根据权利要求1所述的基于个性化三维虚拟人台的服装衣身原型样板生成方法，其特征是：所述步骤（6）中，根据2D原型样板的结构对应的特征线，通过平面与3D曲面求交的方法，预先在用三维图形软件在三维人体躯干模型上进行定义，由于左右对称，其一半的3D衣身原型曲面将被这些特征线分割成10个区域，前片包含5个区域（A，B，C，D，E），后片也包含5后区域（F，G，H，I，J）。
8.根据权利要求1所述的基于个性化三维虚拟人台的服装衣身原型样板生成方法，其特征是：所述步骤（7）中，先根据特征结构线的形状进行均匀或非均匀分割，然后经过分割点作曲面的正交切平面，再求取正交切平面与人体曲面的相交曲线，因各区域的表面特征差异而不同，具体方法如下：
(a)对于A区域，首先过FNP点做与FNP-CP2线正交的切面后形成分割线FNP-CP4，然后过SNP作FNP-CP4的正交切面，形成分割线SNP-CP5，这里可以近似的把FNP-CP5、SNP-CP5分别看作是原型样板中的前领宽、前领高，对于FNP-CP5线与CP1-CP2线之间的曲面和FNP-CP5-SNP的领口部分的曲面可以采用等间隔的横向条状分割，对于SNP-CP5-CP4-SP曲面片可以采用沿线SNP-CP5和CP4-SP进行等间隔的横向条状分割，为了减小样板展开时的误差，前片肩部区域进一步在取CP4-CP5和SP-SNP的中点处做一纵向分割线（CP6-SP2）；
(b)对于B区域，首先在CP1-CP2线上取点CP3点，使CP2-CP3的长等于FBPBP线的长，并过BP，CP3点做以纵向分割线，对于FBP-BP-CP3-CP2曲面片进行等间隔的纵向条状分割，对于BP-CP1-CP3的曲面片采用横向等间隔条状分割；
(c)对于C，G，H区域中的表面，为近似的圆台曲面，因此采用一系列的水平切面对曲面进行细分，从而形成一系列的水平分割线；
(d)对于D，E，F区域的表面，在胸围线以下部分采用一系列的水平切面进行细分，形成水平分割线，胸围线以上采用纵向切面进行细分，形成纵向分割线；
(e)对于I区域，采用等间隔的纵向条状分割；
(f)对于J区域，其细分方法与A区域的类似，首先过SP点做BP3-BP4线的正交切面，与人台曲面形成了分割线SNP-BP6，对于曲面BNP-BP3-BP6-SNP部分，采用横向，纵向分别进行网格划分，对于曲面SNP-BP6-BP4-SP部分可以采用沿线SNP-BP6和BP4-SP进行等间隔的横向条状分割，然后过SNP-SP和BP4-BP6的中点处进行纵向分割线BP7-SP2。
9.根据权利要求1所述的基于个性化三维虚拟人台的服装衣身原型样板生成方法，其特征是：所述步骤（8）中，首先在每个区域的展平过程中，将预先定义方向和位置受约束的特征线，如前中线和后中线展平后保持竖直，背宽线，胸宽线展平后保持水平等，各曲面片展平的原则总结如下：
(a)原型前片，后片中心线展平后保持竖直状态，前后片展平时分别从前中心和后中线向侧缝线的顺序，依次展开各曲面片，所有曲面在有3D向2D映射时的基本原则是保证每个划分单元的各边的长度相等；
(b)对于A，B区的曲面，在展平过程中，首先展开胸宽线CP1-CP2，保持水平，然后以CP1-CP2线和前中线为基准依次展平其他分割线；
(c)对于C区展开时，首先展开胸围线段FBP-BP和前中线段FBP-FWP，其中FBP-BP保持水平，FBP-FWP保持竖直，然后以这两条线为基准，依次展平其他分割线；
(d)对于D区曲面的展平，首先展开胸围线段BP-XP2，并保持水平，然后以C片展平后的省道线D1′-BP进行对称，得到D片展平后的省道线D1″-BP，然后以胸围线段BP-XP2和省道线D1″-BP为基准，依次展平其他分割线；
(e)E区，F区的展平原则是胸围线段XP2-XP3保持水平，E区的省道线D2″-CP1由D区对应的省道线D2′-CP1对称获得，F区的省道线D4″-BP1由G区展平后对应的省道线D2′-BP1对称后获得；
(f)H，G区的展平原则分别与C，D区的展平原则类似，只是方向相反，H，G区展平时以背宽线BP12-BP2和后中线段BP2-BWP为基准，其中BP1-BP2保持水平，BP2-BWP保持竖直，省道线D3′-BP5和D3″-BP5保持对称；
(g)I区的展平时，首先展开背宽线BP3-BP4和后中心线段BP2-BP3，其中BP3-BP4保持水平，BP2-BP3保持竖直，然后以此为基准依次展开其他分割线；
(h)J区的展平时，首先展开背宽线BP3-BP4和后中心线段BNP-BP3，其中BP3-BP4保持水平，BNP-BP3保持竖直，然后以此为基准依次展平曲面BNP-BP3-BP6-SNP和曲面BP4-BP6-SNP-SP中的分割线，另外为了保持后肩省，同时使后片的袖笼曲线保持圆顺，在展平SP-BP4-BP7-BP8曲面片前，先在2D平面上构造袖笼曲线，然后以袖笼曲线段SP-BP4和背宽线段BP4-BP7为基准，依次映射其他分割线，最终形成在后片的肩省。
10.根据权利要求1所述的基于个性化三维虚拟人台的服装衣身原型样板生成方法，其特征是：所述步骤（8）中，每个细分单元的展平时，先将该单元与已映射的相连单元的连接点和连接边对齐，然后以该单元的另外两条边的长度为半径，以该单元上已经在2D平面上确定的两连接点为圆心，做两个圆，然后求该单元的另外一个映射点，以此类推，展平所有细分单元，最后形成二维原型样板。
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Granted publication date: 20150422 Termination date: 20170816 |