CN104036532B - 基于三维到二维服装图案无缝映射的服装制作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于三维到二维的服装整体图案无缝映射方法，包括如下步骤构建三维服装模型并建立其与二维样板网格模型之间的映射关系；在三维服装模型表面进行服装图案设计；计算二维样板缝份处的图案；数码打印、裁剪、缝合二维样板制作出一件实物服装。本发明解决了目前传统制衣过程中普遍存在的服装图案连续性被破坏导致不能无缝拼接，对花对格繁琐等问题，使服装图案穿着在人身上的效果更加美观和整体，节省了布料的用量，减少了服装制作过程中对花对格的时间和成本。本发明算法明确，界面友好，结果鲁棒。

Description

基于三维到二维服装图案无缝映射的服装制作方法

技术领域

本发明涉及计算机图形学及计算机辅助设计领域，特别是涉及一种基于三维到二维服装图案无缝映射的服装制作方法。

背景技术

目前对于计算机辅助纺织品及服装图案设计分为几个不同的方面，如计算机辅助织造图案设计、计算机辅助印花图案设计、基于计算机的传统手工印染工艺仿真等。计算机辅助织造系统的出现大大提高了速度并增加了产量。Yuksel等开发了一个计算机辅助设计系统用于直接在三维模型表面模拟针织过程并生成针织图案，参见Yuksel C,Kaldor J M,James D L,et al.Stitch meshes for modeling knitted clothing with yarn-leveldetail.ACM Transactions on Graphics,2012,31(4):37。计算机辅助印花图案设计主要借助于计算机软件(如Adobe Photoshop,Adobe Illustrator等)直接在电脑屏幕上作画、也可以将手工绘制好的图案扫描到计算机，再用计算机对图案进行进一步处理、修饰。手工印染因其古朴而个性化的手工特征，为现代时尚所关注。近年来，计算机图形学领域的一些研究人员对此类印染工艺进行了计算机的仿真模拟。Morimoto等采用计算机程序先对布匹进行捆、扎、缝、绞、折叠等模拟，然后采用颜料印染和扩散模型模拟印染过程，最后展开布料得到扎染图案，参见Morimoto Y,Ono K.Computer-generated tie-dyeing using a 3Ddiffusion graph,Advances in Visual Computing.Springer Berlin Heidelberg,2010:707-718。Wyvill等提出了一个基于距离变换的算法，开发了一个在计算机上进行蜡染图案设计的仿真系统，参见Wyvill B,van Overveld K,Carpendale S.Rendering cracks inbatik,Proceedings of the 3rd international symposium on Non-photorealisticanimation and rendering,2004:61-149。

目前服装的制作流程大致为：先在二维平面上进行服装图案设计，然后再印到布料上，最后对布料进行裁剪并缝合成一件服装。由于在该过程中，图案是在服装裁剪和缝纫前就事先印染到布匹上的，导致制衣过程中会出现“对花”“对格”问题。引起这个问题的原因主要来自两方面。一方面，由于布料的宽幅是固定的，一旦在衣服制作中，发生布料的宽度不够大的时候，就需要拼接两块布料，所以就会产生对花对格的问题。另一方面，通常衣服的裁片是不规则图形，在缝合这些裁片的时候，如何能很好的对花对格是一个巨大的挑战。近年来，随着纺织品数码印染的出现和快速发展，越来越多设计师借助计算机软件来设计整体无缝服装图案，并结合数码定位印花技术使图案凸显模特的曲线美。首先，将图案扫描到计算机或使用计算机软件直接设计图案，然后在衣服裁片上准备的放置标记点，以将图案能精确地印染到衣服裁片上并实现精准的对花效果，以达到将衣片缝合后在接缝处仍然能保持图案的连续性，参见Bowles M,Isaac C.Digital textile design,LaurenceKing,2009。然而此类图案设计方法仍然是基于二维平面的，达到精确的对花对格仍然存在巨大的挑战。此外，该过程不仅昂贵，而且非常耗时，稍有误差就会导致接缝处图案的不连续现象发生。因此，无论是传统的服装生产过程，或是现代化的时装设计所用的图案都是基于平面二维空间进行设计的，并没有考虑到服装的立体特征信息，因此，在服装图案的精确对花及无缝拼接方面存在一定的缺陷。

发明内容

本发明提供一种基于三维到二维服装图案无缝映射的服装制作方法。该方法在三维服装模型表面直接设计连续性图案，根据三维服装模型和二维样板之间的对应关系将其映射到便于生产的二维样板上。本发明为专业服装设计人员及普通用户提供了一种简便且直观的服装整体无缝图案的设计方法。

一种基于三维到二维服装图案无缝映射的服装制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将所有二维样板网格模型映射到三维人体模型上，对二维样板网格模型中的网格进行变形，并将二维样板网格模型进行缝合，得到三维服装模型与二维样板网格模型之间的映射关系；

步骤2，在三维服装模型的表面进行服装图案设计，根据步骤1所得映射关系，得到二维样板网格模型上的图案；

步骤3，在二维样板网格模型边界处添加缝份，计算二维样板网格模型在缝份处的图案，从而得到最终的二维样板；

步骤4，数码打印、裁剪以及缝合二维样板，制作服装。

其中二维样板是预存于计算机中的标准样板，通过将二维样板进行Delaunay三角化来得到二维样板网格模型。

步骤1具体步骤如下：

步骤1-1，将二维样板网格模型映射到一个三维人体模型上，生成初始三维服装模型；

步骤1-2，采用金字塔几何重建的方法对初始三维服装模型进行网格变形，得到最终的三维服装模型。

在所有的二维样板网格模型都精确定位到人体模型的对应位置后，根据缝合信息对这些样板进行虚拟缝合组成一个完整的初始服装模型。

步骤1-1的具体步骤如下：

步骤1-1-1，根据服装设计标准及人体测量标准，在二维样板网格模型和三维人体模型的对应位置上标定特征点；

步骤1-1-2，基于二维样板网格模型和标定的特征点，对二维样板网格模型的边界曲线进行平均分割从而得到附属点，并在三维人体模型上产生与附属点对应的顶点，利用特征点以及附属点对二维样板网格模型进行基于点约束的Delaunay三角化，得到附属网格；

步骤1-1-3，根据附属网格中各顶点的连接边，在三维人体模型上建立对应顶点之间的最短路径，使得附属网格中的每一个三角形对应三维人体模型的一个三角形分割片；

步骤1-1-4，将二维样板网格模型中的每一个顶点映射到三维人体模型对应区域上；

步骤1-1-5，重复步骤1-1-1至1-1-4，直至将所有二维样板网格模型均映射至三维人体模型上，根据预设的缝合信息缝合各个二维样板网格模型得到初始三维服装模型。

由于二维样板网格模型是平面的，而服装为三维的，需要进行一系列变形，从而得到贴合三维人体模型的三维服装模型。通过步骤1-1-1至1-1-5，可以得到二维样板网格模型与三维人体模型各处之间的对应关系，通过三角化细分，使得后续变形过程中进行控制的点更多，使贴合更准确。其中，基于点约束的Delaunay三角化中，进行约束的点包括特征点以及附属点。

在步骤1-2中，采用金字塔几何重建的方法对初始三维服装模型进行网格变形的具体方式为：

设定xyz三维空间坐标系，将v设为初始三维服装模型中的初始顶点，v₁,v₂,...,v_i...v_m为v的邻接顶点，n＝(n_x,n_y,n_z)为顶点v处的法向量，根据v和n计算得到投影平面P所对应的平面方程：

n_xx+n_yy+n_zz+d＝0,

x,y,z分别表示平面方程的三个变量，将v投影到投影平面P上获得投影点为v'，v的邻接顶点v₁,v₂,...,v_i...v_m投影到投影平面P上获得对应的投影点为v₁',v₂',...,v_i'...v_m'，其中任意一个邻接顶点v_i的均值坐标权重λ_i为：

l_i＝||v'-v_i'||

式中α_i为边＜v',v_i'＞和边＜v',v_i+1'＞之间的夹角，l_i为点v'和点v_i'之间的距离；

计算初始顶点v的均值坐标为其邻接顶点的加权平均值：

依次计算初始三维服装模型上的每个初始顶点的均值坐标，并将初始顶点移动到所计算的加权平均值坐标，得到最终的三维服装模型。其中，金字塔几何重建的方法由文献Sheffer A,Kraevoy V.Pyramid coordinates for morphing and deformation[C]//3DData Processing,Visualization and Transmission,2004.3DPVT2004.Proceedings.2nd International Symposium on.IEEE,2004:68-75提供。

初始三维服装模型和二维样板网格模型之间建立了映射关系，然而这种映射关系的扭曲是比较大的。为了减少三维模型和二维样板间的参数化扭曲程度，采用金字塔几何重建的方法对初始服装模型进行变形，使变形后的三维服装模型与二维样板保持面积相等、关键点的位置相互对应、边界线相互对应并且长度保持相等。

在步骤2中，在三维服装模型的表面进行服装图案设计的方式为，基于可视性层次结构的三维模型彩绘对三维服装模型进行图案设计，具体方式为，

首先，在各个视角下以背面剔除的方式绘制模型，同时采用深度剥离算法获得多图层分割图、像素的连接信息及区域的连接信息；

接着进行彩绘，彩绘的具体步骤如下：

步骤2-1-1，获得屏幕上用户所点击的像素的平面坐标(x₀,y₀)，并查找该像素所在的图层编号L_i；

步骤2-1-2，设定两张屏幕大小的图像，根据像素的连接信息、区域的连接信息以及预设的笔刷半径，将该像素所在的位置(x₀,y₀,L_i)作为起点进行像素访问，并在访问过程中获取可绘制区域和跟踪区域，并将各区域中的像素存储在对应图像中；

步骤2-1-3，将图像中所存储的像素根据需要进行色彩填充，从而得到服装图案。

其中区域的连接信息是指视觉深度信息，即根据人类的视觉将模型分为多个视觉深度区域，各个区域之间具有连接关系。

其中步骤2-1-2的具体方式为，通过深度优先搜索算法递归访问该像素的所有邻居像素，将被访问过的像素作为可绘制区域，将其所在的图层编号记录到第一图像中；在计算可绘制区域时，在搜索半径达到笔刷半径R以后继续搜索直至达到搜索半径达到最大搜索半径R_max，超过笔刷半径R到最大搜索半径之间的区域为跟踪区域，将跟踪区域中的像素存储在第二图像中。

其中一个像素的邻居像素是指该像素周围在笔刷半径内的所有像素。

在三维服装模型的表面进行服装图案设计的方式为将图案投影到三维服装模型表面，具体方式为，判断曲面的拓扑形状并利用对应的投影方式将图片映射到三维服装模型表面：

拓扑形状为四边形，通过四边形投影方式将图片映射到三维服装模型表面；

拓扑形状为筒形，则采用圆柱形投影方式将图片映射的三维服装模型表面。

拓扑形状为四边形的曲面例如上衣服装的胸部、肩部、臀部、背部等，拓扑形状为筒形的曲面例如上衣的袖子、裙子及裤子的裤腿等

步骤3中，计算二维样板网格模型在缝份处的图案的具体方式为，判断缝份的类型并以对应的映射方式计算缝份处的图案：

对于两个不同衣片之间的缝份，具体步骤如下：

步骤a，设定第一衣片具有第一缝份，第二衣片具有第二缝份，第一缝份与第二缝份的缝份宽度相同，在第一衣片沿边界处的内部计算第一内部区域，在第二衣片沿边界处的内部计算第二内部区域，其中第一内部区域及第二内部区域的宽度均与缝份宽度相同；

步骤b，将第一内部区域的图案经过变形后映射到第二缝份，将第二内部区域的图案经过变形后映射到第一缝份；

对于翻转缝合线的缝份，设定缝份的缝份宽度，在缝份所在衣片上计算与缝份宽度相同的内部区域，将内部区域的图案以镜像翻转方式映射到缝份处。

由于三维服装模型不包括缝份结构，因此当三维服装模型表面的图案映射到二维样板上时也没有缝份图案。对于不同类别的缝份，需要采用不同的方法计算它们的图案。

内部区域的图案进行变形并映射到对应的缝份处的方式如下：

步骤a-1，将衣片的内部区域中的图案的各个顶点与各自衣片的网格模型进行求交，对于各个内部区域中任意一个顶点p，进行求交后该顶点p位于该衣片的网格模型中某一三角形T的内部；

步骤a-2，根据重心坐标插值算法计算获得顶点p在所在三角形T中三个顶点的权重系数，然后将权重系数分别与三个顶点的纹理坐标相乘并累加后的值作为顶点p的纹理坐标；

步骤a-3，将内部区域中每个顶点的纹理坐标赋给对应缝份中的对应顶点，完成内部区域图案到对应缝份处的映射；

其中对于两个不同衣片之间的缝份，内部区域包括第一内部区域和第二内部区域，缝份包括第一缝份和第二缝份。

其中，顶点处的色彩值可根据纹理坐标获得。

本发明解决了目前传统制衣过程中普遍存在的服装图案连续性被破坏导致不能无缝拼接，对花对格繁琐等问题，采用基于三维到二维的服装整体图案无缝映射方法，提供一种在三维空间上进行服装图案的辅助设计方法以及将三维设计结果映射到便于生产的二维样板上的技术，使服装图案穿着在人身上的效果更加美观和整体，节省了布料的用量，减少了服装制作过程中对花对格的时间和成本。本发明方法明确，界面友好，结果鲁棒。

附图说明

图1是本发明方法的流程图；

图2是本发明方法一个实施例的二维样板网格模型M及标定的特征点；

图3是本发明方法当前实施例的三维人体模型及标定的特征点；

图4是本发明当前实施例的附属网格M'；

图5是本发明当前实施例中三维人体模型上的三角分割片；

图6是本发明当前实施例中二维样板网格模型M映射到三维人体模型上的结果；

图7是本发明当前实施例中三维服装模型的彩绘算法示意图；

图8是本发明当前实施例中不同衣片缝合形成的缝份的示意图；

图9是本发明当前实施例中翻转缝合线形成的缝份的示意图；

图10是图9中C处的局部放大图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明基于三维到二维的服装整体图案无缝映射方法通过实施方式进行详细说明。

如图1所示，本发明当前实施例方法，包括构建三维服装模型并建立其与二维样板之间的映射关系，在三维服装模型表面进行服装图案设计，计算二维样板缝份处的图案，数码打印、裁剪、缝合二维样板制作出一件实物衣服四个步骤。具体如下：

步骤1，将二维样板网格模型映射到三维人体模型上，并对二维样板网格模型中的网格进行变形，得到三维服装模型与二维样板网格模型之间的映射关系。

步骤1通过生成初始三维服装模型并对其进行变形来生成最终的三维服装模型：

步骤1-1，将二维样板网格模型映射到一个三维人体模型上，生成初始三维服装模型，具体如下：

步骤1-1-1，参照服装设计标准和人体测量标准，在二维样板的衣片网格模型M和三维人体模型的对应位置上标定特征点。图2和图3中的方形点表示所标定的特征点。

步骤1-1-2，基于图2所示的二维样板的衣片网格模型M和特征点，对衣片网格模型M的边界曲线进行平均分割，得到一系列的附属点(如图2中圆形点所示)，利用特征点和附属点对二维样板的衣片网格模型M进行基于点约束的Delaunay三角化得到附属网格模型M'，如图4所示，其中T'表示附属网格模型M'中的第i个附属三角面片。

步骤1-1-3，根据附属网格M'中顶点之间的连接边，在对应的三维人体模型上对应顶点之间建立最短路径，附属网格模型M'中的每一个附属三角形面片T'对应着三维人体模型的一个三角分割片P'，如图5所示。

步骤1-1-4，建立衣片网格模型M中每一个顶点和三维人体模型的对应区域之间的映射关系，将衣片网格模型M中的每一个顶点映射到三维人体模型上，结果如图6所示。

步骤1-1-5，对于服装的其他二维样板网格模型通过重复步骤1-1-1至步骤1-1-4来映射到三维人体模型上，在所有的衣片网格模型都精确定位到三维人体模型的对应位置后，根据衣片网格模型之间预设的缝合信息对这些衣片网格模型进行虚拟缝合组成一个完整的初始三维服装模型。

步骤1-2，对初始三维服装模型进行网格变形，得到最终的三维服装模型。

通过步骤1-1后，初始三维服装模型和二维样板网格模型之间建立了映射关系，然而这种映射关系的扭曲是比较大的。由于映射关系的扭曲程度直接决定了后续在三维服装模型上设计的图案映射到二维样板网格模型上的效果，因此为了保持图案在三维模型和二维样板上的一致性，应尽可能减少三维服装模型和二维样板网格模型之间的参数化扭曲程度。采用金字塔几何重建的方法对初始服装模型进行变形，使最终的三维服装模型与二维样板网格模型保持面积近似相等、关键点的位置相互对应、边界线相互对应并且长度基本保持相等。其中，金字塔模型是初始三维服装模型中的顶点的均值坐标在三维空间的扩展，具体公式表示如下：

维服装模型进行网格变形的具体方式为：

设定xyz三维空间坐标系，将v设为初始三维服装模型中的初始顶点，v₁,v₂,...,v_i...v_m为v的邻接顶点，n＝(n_x,n_y,n_z)为顶点v处的法向量，根据v和n计算得到投影平面P所对应的平面方程：

n_xx+n_yy+n_zz+d＝0,

x,y,z分别表示平面方程的三个变量，将v投影到投影平面P上获得投影点为v'，v的邻接顶点v₁,v₂,...,v_i...v_m投影到投影平面P上获得对应的投影点为v₁',v₂',...,v_i'...v_m'，其中任意一个邻接顶点v_i的均值坐标权重λ_i为：

l_i＝||v'-v_i'||

式中α_i为边＜v',v_i'＞和边＜v',v_i+1'＞之间的夹角，l_i为点v'和点v_i'之间的距离；

计算初始顶点v的均值坐标为其邻接顶点的加权平均值：

依次计算初始三维服装模型上的每个初始顶点的加权平均值坐标，并将初始顶点移动到所计算的加权平均值坐标，得到最终的三维服装模型。

步骤2，在三维服装模型的表面进行服装图案设计，根据步骤1所得映射关系，得到二维样板网格模型上的图案。

步骤2-1，在三维服装模型表面进行服装图案设计；

本发明可以采用两种方法在三维服装模型表面进行服装图案设计，分别为基于可视性层次结构的用户交互的三维模型彩绘方法和将图片自动投影到三维服装模型表面的方法。

根据步骤1中建立的三维服装模型和二维样板之间的映射关系，通过基于可视性层次结构的三维模型彩绘方法或图片投影方法在三维服装模型上设计的图案可以自动映射到二维样板上。更重要的是，设计图案在三维模型和维样板上均能保持连续性和一致性，解决了传统制衣过程中图案连续性遭破坏的问题。

在当前实施例中，采用基于可视性层次结构的用户交互的三维模型彩绘进行服装的图案设计。

采用所见即所得的三维模型彩绘系统允许用户直接在三维模型表面进行图案设计。由于本发明关注的是服装图案，因此主要对三维服装模型表面的颜色信息进行编辑。本发明从为用户提供人性化服装图案设计工具的角度出发，在基于经典的三维模型彩绘算法的基础上，更注重为用户提供自然高效的彩绘交互界面。针对三维模型彩绘算法中经常遇到的遮挡难题，提出可视性层次结构。具体方式如下：

首先对当前视点的三维模型，以背面剔除的方式绘制模型，同时采用深度剥离(depth peeling)算法获得多图层分割图、基于像素的连接信息及基于区域的连接信息。

接着，利用分割图以及各个连接信息进行彩绘。在彩绘过程中，用两张屏幕大小的图案分别记录可绘制区域M_p和跟踪区域M_t。如图7所示，彩绘的具体步骤如下：

步骤2-1-1，当用户开始进行彩绘动作时，首先获得在屏幕上点击的像素位置(x₀,y₀)，并查找它所在的图层编号L_i。

步骤2-1-2，设定两张屏幕大小的图像，根据像素的连接信息以及预设的笔刷半径，将该像素所在的位置(x₀,y₀,L_i)作为起点进行像素访问，并在访问过程中获取可绘制区域和跟踪区域，并将各区域中的像素存储在对应图像中。

具体方式为，设定两张屏幕大小的第一图像M_p和第二图像M_t，根据像素的连接信息以及预设的笔刷半径R，将该像素所在的位置坐标(x₀,y₀,L_i)作为起点，通过深度优先搜索算法递归访问该像素的所有邻居像素(笔刷半径内的像素)，将被访问过的像素作为可绘制区域，将其所在的图层编号记录到第一图像M_p中。当光标从(x₀,y₀)处离开时，需要确定接下来光标位置(x₁,y₁)所在的图层编号。为了节省计算时间，在计算可绘制区域时，在搜索半径达到R以后继续搜素直到搜索半径达到R_max，这些区域即为跟踪区域，并将其所在的图层编号记录到M_t中，因此可以从M_t中快速找到离像素(x₀,y₀,L_i)最近的像素点(x₁,y₁,L_j)。

步骤2-1-3，将图像中所存储的像素根据需要进行色彩填充，从而得到服装图案。

这种多图层的数据结构和连接信息图可以解决三维模型彩绘中遮挡问题，为用户提供更加人性化的交互体验。

本方法中在三维服装模型的表面进行服装图案设计的方式也可通过将图片自动投影到三维服装模型表面来实现。

根据人体三维服装所用曲面的形状特征，可以通过以下两种投影方式将现有的图片投影到三维服装模型的表面上进行图案设计：

①对于拓扑为四边形的曲面(如上衣服装的胸部、肩部、臀部、背部等)，采用四边形投影方式将图片映射到三维服装模型表面。

②对于拓扑为筒形的曲面(如上衣的袖子、裙子及裤子的裤腿等)，采用圆柱形投影方式将图片映射到三维服装模型表面。

步骤3，在二维样板网格模型边界处添加缝份，计算二维样板网格模型在缝份处的图案，从而得到最终的二维样板。

缝份是衣服制作过程中缝进去的部分，是服装制作过程中必不可少的部分。衣服的缝份分为两类，一类是不同衣片之间缝合在一起的缝份，比如前衣片和后衣片的缝合，如图8所示；还有一类是翻转缝合线的缝份，如衣服的下摆和袖口处，此处缝份不需要和其他衣片进行缝合，如图9所示。由于三维服装模型不包括缝份结构，因此当三维服装模型表面的图案映射到二维样板上时也没有缝份图案。对这两类缝份，需要采用不同的方法计算它们的图案。

对于如图8所示的第一类缝份，步骤如下：

步骤a，设定第一衣片具有第一缝份，第二衣片具有第二缝份，第一缝份与第二缝份的缝份宽度相同，在第一衣片沿边界处的内部计算第一内部区域，在第二衣片沿边界处的内部计算第二内部区域，其中第一内部区域及第二内部区域的宽度均与缝份宽度相同。

第一衣片1缝合线外侧的网格区域为第一缝份A，第二衣片2缝合线外侧的网格区域为第二缝份B，并且A和B的宽度相等。缝合线内侧区域是有图案的，而且经缝合线缝合后，两块衣片的图案在接缝处是完全连续的。

步骤b，将第一内部区域的图案经过变形后映射到第二缝份，将第二内部区域的图案经过变形后映射到第一缝份。

为了计算第一缝份A和第二缝份B处的图案，首先计算与第一缝份A以及第二缝份B相同宽度的位于缝份线内侧的网格区域(即内部区域)C和D，并将第一内部区域C和第二内部区域D中的每个顶点与各自衣片的网格模型进行求交，对于各个内部区域中任意一个顶点p，进行求交后该顶点p位于衣片的网格模型中某一三角形T内部，根据重心坐标插值算法计算获得顶点p在所在三角形T中三个顶点的权重系数，然后将权重系数分别与三个顶点的纹理坐标相乘并累加后的值作为顶点p的纹理坐标。最后，将第一内部区域C中每个顶点的纹理坐标赋给第二缝份B中对应的顶点，将第二内部区域D中每个顶点的纹理坐标赋给A中对应的顶点，即完成了将C处图案映射到B处，D处图案映射到A处的过程。由于C和D接缝处的图案是连续的，所以A和C接缝处的图案也是连续的，同理，B和D接缝处的图案也是连续的。

对于如图9和图10所示的第二类缝份，位于衣片缝合线外侧的网格A表示缝份。为了计算A处的图案，首先计算与A相同宽度的位于缝合线内侧的网格区域(内部区域)B，并将内部区域B中的每个顶点p与衣片的网格模型进行求交，得到p位于衣片网格模型中某一三角形T内部，根据重心坐标插值算法计算获得顶点p在所在三角形T中三个顶点的权重系数，然后将权重系数分别与三个顶点的纹理坐标相乘并累加后的值作为顶点p的纹理坐标。最后，将内部B中每个顶点的纹理坐标赋给A中对应的顶点，即完成了将B处图案以镜像翻转的方式映射到A处的过程。

步骤4，数码打印、裁剪以及缝合二维样板，制作服装。

将带有图案的二维样板进行数码打印、裁剪、缝合制作成一件实物衣服。

Claims (9)

1.一种基于三维到二维服装图案无缝映射的服装制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将所有二维样板网格模型映射到三维人体模型上，对二维样板网格模型中的网格进行变形，并将二维样板网格模型进行缝合，得到三维服装模型与二维样板网格模型之间的映射关系；

步骤2，在三维服装模型的表面进行服装图案设计，根据步骤1所得映射关系，得到二维样板网格模型上的图案；

步骤3，在二维样板网格模型边界处添加缝份，计算二维样板网格模型在缝份处的图案，从而得到最终的二维样板；

步骤4，数码打印、裁剪以及缝合二维样板，制作服装。

2.如权利要求1所述基于三维到二维服装图案无缝映射的服装制作方法，其特征在于，步骤1具体步骤如下：

步骤1-1，将二维样板网格模型映射到一个三维人体模型上，生成初始三维服装模型；

步骤1-2，采用金字塔几何重建的方法对初始三维服装模型进行网格变形，得到最终的三维服装模型。

3.如权利要求2所述基于三维到二维服装图案无缝映射的服装制作方法，其特征在于，步骤1-1的具体步骤如下：

步骤1-1-1，根据服装设计标准及人体测量标准，在二维样板网格模型和三维人体模型的对应位置上标定特征点；

步骤1-1-2，基于二维样板网格模型和标定的特征点，对二维样板网格模型的边界曲线进行平均分割从而得到附属点，并在三维人体模型上产生与附属点对应的顶点，利用特征点以及附属点对二维样板网格模型进行基于点约束的Delaunay三角化，得到附属网格；

步骤1-1-3，根据附属网格中各顶点的连接边，在三维人体模型上建立对应顶点之间的最短路径，使得附属网格中的每一个三角形对应三维人体模型的一个三角形分割片；

步骤1-1-4，将二维样板网格模型中的每一个顶点映射到三维人体模型对应区域上；

步骤1-1-5，重复步骤1-1-1至1-1-4，直至将所有二维样板网格模型均映射至三维人体模型上，根据预设的缝合信息缝合各个二维样板网格模型得到初始三维服装模型。

4.如权利要求2或3所述基于三维到二维服装图案无缝映射的服装制作方法，其特征在于，在步骤1-2中，采用金字塔几何重建的方法对初始三维服装模型进行网格变形的具体方式为：

设定xyz三维空间坐标系，将v设为初始三维服装模型中的初始顶点，v₁,v₂,...,v_i...v_m为v的邻接顶点，n＝(n_x,n_y,n_z)为顶点v处的法向量，根据v和n计算得到投影平面P所对应的平面方程：

n_xx+n_yy+n_zz+d＝0,

$d=-\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}n\·v_i$

x,y,z分别表示平面方程的三个变量，将v投影到投影平面P上获得投影点为v'，v的邻接顶点v₁,v₂,...,v_i...v_m投影到投影平面P上获得对应的投影点为v₁',v₂',...,v_i'...v_m'，其中任意一个邻接顶点v_i的均值坐标权重λ_i为：

${\mathrm{\λ}}_i=\frac{tan({\mathrm{\α}}_i/2)+tan({\mathrm{\α}}_{i+1}/2)}{l_i},$

l_i＝||v'-v_i'||

式中α_i为边＜v',v_i'＞和边＜v',v_i+1'＞之间的夹角，l_i为点v'和点v_i'之间的距离；

计算初始顶点v的均值坐标 为其邻接顶点的加权平均值：

$\stackrel{\‾}{v}=\frac{1}{\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}{\mathrm{\λ}}_i}\underset{i=1}{\overset{m}{\Σ}}\left({\mathrm{\λ}}_i{v_i}^{\′}\right)$

依次计算初始三维服装模型上的每个初始顶点的均值坐标，并将初始顶点移动到所计算的加权平均值坐标，得到最终的三维服装模型。

5.如权利要求1所述基于三维到二维服装图案无缝映射的服装制作方法，其特征在于，在步骤2中，在三维服装模型的表面进行服装图案设计的方式为，基于可视性层次结构的三维模型彩绘对三维服装模型进行图案设计，具体方式为，

首先，在各个视角下以背面剔除的方式绘制模型，同时采用深度剥离算法获得多图层分割图、像素的连接信息及区域的连接信息；

接着进行彩绘，彩绘的具体步骤如下：

步骤2-1-1，获得屏幕上用户所点击的像素的平面坐标(x₀,y₀)，并查找该像素所在的图层编号L_i；

步骤2-1-2，设定两张屏幕大小的图像，根据像素的连接信息、区域的连接信息以及预设的笔刷半径，将该像素所在的位置(x₀,y₀,L_i)作为起点进行像素访问，并在访问过程中获取可绘制区域和跟踪区域，并将各区域中的像素存储在对应图像中；

步骤2-1-3，将图像中所存储的像素根据需要进行色彩填充，从而得到服装图案。

6.如权利要求5所述基于三维到二维服装图案无缝映射的服装制作方法，其特征在于，其中步骤2-1-2的具体方式为，通过深度优先搜索算法递归访问该像素的所有邻居像素，将被访问过的像素作为可绘制区域，将其所在的图层编号记录到第一图像中；在计算可绘制区域时，在搜索半径达到笔刷半径R以后继续搜索直至达到搜索半径达到最大搜索半径R_max，超过笔刷半径R到最大搜索半径之间的区域为跟踪区域，将跟踪区域中的像素存储在第二图像中。

7.如权利要求1所述基于三维到二维服装图案无缝映射的服装制作方法，其特征在于，在步骤2中，在三维服装模型的表面进行服装图案设计的方式为将图案投影到三维服装模型表面，具体方式为，判断曲面的拓扑形状并利用对应的投影方式将图片映射到三维服装模型表面：

拓扑形状为四边形，通过四边形投影方式将图片映射到三维服装模型表面；

拓扑形状为筒形，则采用圆柱形投影方式将图片映射的三维服装模型表面。

8.如权利要求1所述基于三维到二维服装图案无缝映射的服装制作方法，其特征在于，步骤3中，计算二维样板网格模型在缝份处的图案的具体方式为，判断缝份的类型并以对应的映射方式计算缝份处的图案：

对于两个不同衣片之间的缝份，具体步骤如下：

步骤a，设定第一衣片具有第一缝份，第二衣片具有第二缝份，第一缝份与第二缝份的缝份宽度相同，在第一衣片沿边界处的内部计算第一内部区域，在第二衣片沿边界处的内部计算第二内部区域，其中第一内部区域及第二内部区域的宽度均与缝份宽度相同；

步骤b，将第一内部区域的图案经过变形后映射到第二缝份，将第二内部区域的图案经过变形后映射到第一缝份；

对于翻转缝合线的缝份，设定缝份的缝份宽度，在缝份所在衣片上计算与缝份宽度相同的内部区域，将内部区域的图案以镜像翻转方式映射到缝份处。

9.如权利要求8所述基于三维到二维服装图案无缝映射的服装制作方法，其特征在于，内部区域的图案进行变形并映射到对应的缝份处的方式如下：

步骤a-1，将衣片的内部区域中的图案的各个顶点与各自衣片的网格模型进行求交，对于各个内部区域中任意一个顶点p，进行求交后该顶点p位于该衣片的网格模型中某一三角形T的内部；

步骤a-2，根据重心坐标插值算法计算获得顶点p在所在三角形T中三个顶点的权重系数，然后将权重系数分别与三个顶点的纹理坐标相乘并累加后的值作为顶点p的纹理坐标；

步骤a-3，将内部区域中每个顶点的纹理坐标赋给对应缝份中的对应顶点，完成内部区域图案到对应缝份处的映射；

其中对于两个不同衣片之间的缝份，内部区域包括第一内部区域和第二内部区域，缝份包括第一缝份和第二缝份。