CN111783182B - 一种三维虚拟人台的建模方法及系统 - Google Patents

一种三维虚拟人台的建模方法及系统 Download PDF

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Abstract

本申请公开了一种三维虚拟人台的建模方法及系统，该建模方法包括：对目标人群中多个目标对象进行测量，获得测量结果的大数据；根据大数据确定目标人群的变形项目；确定与变形项目对应的骨骼位置；依据某一指定目标对象的体型轮廓制作原始三维模型；依据原始三维模型和骨骼位置进行蒙皮处理，获得三维虚拟人台模型；确定骨骼的变形幅度；依据用户输入的实际尺寸确定三维虚拟人台模型的骨骼变形幅度，并调整三维虚拟人台模型，以获得与用户的体型贴合的三维虚拟人台模型。本申请生成的三维虚拟人台模型适用于某类人群中的多个个体，可以根据个体动态调整三维虚拟人台模型的尺寸，达到三维虚拟人台与特定人群中的个体之间的一对多的匹配效果。

Description

一种三维虚拟人台的建模方法及系统
技术领域
本申请涉及服装数字化技术领域，具体涉及一种三维虚拟人台的建模方法及系统。
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，现有的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实现。具体地，通过拍摄人体的正面、侧面图片，根据拍摄的图片来修改各部件的模板，生成人体模型，人体模型的基础数据不是直接来源于真人的真是尺寸数据，因此所得的三维人体模型与原始尺寸数据有一定误差。
在服装拍摄过程中，如果需要将服装合身穿在目标对象身上，达到一种比较正确的展示效果，需要对目标对象进行多角度拍摄，拍摄之后还需要根据合成标准进行对应的数据生成，根据生成的数据生成三维虚拟人体模型。整个拍摄过程中涉及到的操作成本、人工成本、时间成本都是比较高的。
发明内容
本申请的目的在于提供一种虚拟人台的建模方法及系统，用于解决所得的三维人体模型与原始尺寸数据有一定误差的技术问题。
本申请提供一种三维虚拟人台的建模方法，包括：对目标人群中多个目标对象进行测量，获得测量结果的大数据；根据大数据确定目标人群的变形项目；确定与变形项目对应的骨骼位置；依据某一指定目标对象的体型轮廓制作原始三维模型；依据原始三维模型和骨骼位置进行蒙皮处理，获得三维虚拟人台模型；确定骨骼的变形幅度；依据用户输入的实际尺寸确定三维虚拟人台模型的骨骼变形幅度，并调整三维虚拟人台模型，以获得与用户的体型贴合的虚拟人台模型。
优选地，采用如下公式确定某测量项目是否为目标人群的变形项目：
K≥K0
其中，K为某测量项目的变形度，K0为该测量项目的变形度阈值，ai为该测量项目的第i个测量结果，bj为该测量项目中第i个测量结果之外的测量结果，N为该测量项目的测量结果的总数；
若K≥K0，则确定该测量项目为目标人群的变形项目。
优选地，采用如下公式确定某测量项目是否为目标人群的变形项目：
K≥K0
其中，K为某测量项目的变形度，K0为该测量项目的变形度阈值，ai为该测量项目的第i个测量结果，为该测量项目的测量结果平均值，N为该测量项目的测量结果的总数；
若K≥K0，则确定该测量项目为目标人群的变形项目。
优选地，制作原始三维模型包括如下步骤：在某一指定目标对象穿着贴身衣物的情况下，对该指定目标对象进行多角度拍照；依据多角度图片获取该指定目标对象的各个角度的轮廓信息；将轮廓信息输入三维模型制作软件，制作原始三维模型。
优选地，确定骨骼的变形幅度包括如下步骤：确定各变形项目的最大阈值和最小阈值；依据与骨骼位置相关的变形项目的最大阈值和最小阈值确定骨骼的变形幅度。
优选地，通过测量目标人群中体重最大者的变形项目的尺寸确定变形项目的最大阈值，通过测量目标人群中体重最小者的变形项目的尺寸确定变形项目的最小阈值。
优选地，通过测量目标人群中体重/身高比最高者的变形项目的尺寸确定变形项目的最大阈值，通过测量目标人群中体重/身高比最低者的变形项目的尺寸确定变形项目的最小阈值。
优选地，确定各变形项目的最大阈值和最小阈值包括如下步骤：
去噪处理
令
计算最大阈值amax和最小阈值amin
amax＝max(ai)i＝1,2……N
amin＝min(ai)i＝1,2……N
其中，a0为差值的阈值，ai为该变形项目的第i个测量结果，为该变形项目的测量结果平均值，N为该变形项目的测量结果的总数。
本申请还提供一种三维虚拟人台的建模系统，包括测量数据库、变形项目确定模块、骨骼位置确定模块、原始三维模型制作模块、蒙皮模块、变形幅度确定模块以及变形模块；其中，测量数据库收集目标人群中多个目标对象的各个部位的测量结果，形成测量结果的大数据；变形项目确定模块根据大数据确定目标人群的变形项目；骨骼位置确定模块确定与变形项目对应的骨骼位置；原始三维模型制作模块依据某一指定目标对象的体型轮廓制作原始三维模型；蒙皮模块依据原始三维模型和骨骼位置进行蒙皮处理，获得三维虚拟人台模型；变形幅度确定模块确定骨骼的变形幅度；变形模块依据用户输入的实际尺寸确定三维虚拟人台模型的骨骼变形幅度，并调整三维虚拟人台模型，以获得与用户的体型贴合的三维虚拟人台模型。
优选地，原始三维模型制作模块包括图片接收子模块、轮廓获取子模块以及模型制作子模块；图片接收子模块接收某一指定目标对象的多角度图片，该图片是在某一指定目标对象穿着贴身衣物的情况下进行拍摄的；轮廓获取子模块依据多角度图片获取该指定目标对象的各个角度的轮廓信息；模型制作子模块将轮廓信息输入三维模型制作软件，制作原始三维模型。
本申请依据真人测量数据建立三维虚拟人台模型，相对于根据合成标准对多角度拍摄图像进行合成并生成建模数据来说，大大降低了拍摄的操作成本、人工成本和时间成本，提高了建模的效率；并且，生成的三维虚拟人台模型适用于某类人群，可以根据个体动态调整三维虚拟人台模型的尺寸，达到三维虚拟人台与特定人群中的个体之间的一对多的匹配效果。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请提供的三维虚拟人台的建模方法的流程图；
图2是本申请提供的一个实施例的骨骼位置的示意图；
图3是本申请提供的三维虚拟人台的建模系统的结构示意图。
具体实施方式
下面结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
实施例一
图1是本申请实施例提供的三维虚拟人台的建模方法的流程图。如图1所示，建模方法包括如下步骤：
S110：对目标人群中多个目标对象进行测量，获得测量结果的大数据。
具体地，测量项目包括身高、体重、头部周长、头部长度、上身高、中颈围、颈围、肩宽、袖笼、臂长、臂围、腕围、上胸围、下胸围、腰围、腹围、胯围、臀围、大腿围、小腿围、腿长、前身长等。
S120：根据大数据确定目标人群的变形项目。
具体地，采用如下公式确定某测量项目是否为目标人群的变形项目：
K≥K0 (1)
其中，K为某测量项目的变形度，K0为该测量项目的变形度阈值。
优选地，在该实施例中，不同测量项目的变形度阈值K0不同。
作为一个实施例，采用如下公式计算某测量项目的变形度：
其中，ai为该测量项目的第i个测量结果，bj为该测量项目中第i个测量结果之外的测量结果，N为该测量项目的测量结果的总数。
作为另一个实施例，采用如下公式计算某测量项目的变形度：
其中，ai为该测量项目的第i个测量结果，为该测量项目的测量结果平均值，N为该测量项目的测量结果的总数。
若K≥K0，则确定该测量项目为目标人群的变形项目。
作为一个实例，S110的测量项目中，目标人群为6-10岁儿童时，该步骤确定的变形项目共17个，分别为中颈围、颈围、肩宽、袖笼、臂长、臂围、腕围、上胸围、下胸围、腰围、腹围、胯围、臀围、大腿围、小腿围、腿长、前身长。
对测量结果的变形度判断，可判断该目标人群中与该测量项目对应的身体部位是否有较大的变化，若变形度高，则该部位在人台模型上的变化量较明显，对人台模型的建立具有实际意义。
优选地，S120中，还确定变形项目在本地坐标系中的变形方向。S130：确定与变形项目对应的骨骼位置。
具体地，依据S120获得的变形项目，确定影响变形项目的骨骼位置。
作为一个实施例，对于变形项目肩宽，骨骼位置确定为左锁骨、右锁骨、左前臂、右前臂、左上臂、右上臂、左手、右手。
作为一个实施例，与上述17个变形项目相应的骨骼位置如图2所示。
作为一个实施例，对于变形项目肩宽，其本地坐标系为：左肩-右肩方向为X轴，前胸-后背方向为Y轴，脚-头方向为Z轴，则肩宽的变形方向为X轴方向。
作为一个实施例，与上述变形项目对应的骨骼位置及变形方向如表1所示。
表1
S140：依据某一指定目标对象的体型轮廓制作原始三维模型。
具体地，制作原始三维模型包括如下步骤：
S1401：在某一指定目标对象穿着贴身衣物的情况下，对该指定目标对象进行多角度拍照。
S1402：依据多角度图片获取该指定目标对象的各个角度的轮廓信息。
S1403：将轮廓信息输入三维模型制作软件，制作原始三维模型。
优选地，指定目标对象为目标人群中最瘦的目标对象。
S150：依据原始三维模型和骨骼位置进行蒙皮处理，获得三维的虚拟人台模型。
具体地，利用如下公式确定第k个姿势下第l个顶点的位置
其中，Q表示骨骼位置的总数，wlq表示第q个骨骼位置对于第l个顶点的权重，表示第k个姿势下第q个骨骼位置的旋转矩阵，Pl表示第l个顶点的静态坐标，/>表示第k个姿势下第q个骨骼位置的位移矩阵。
S160：依据目标人群的变形项目的最大阈值和最小阈值确定三维虚拟人台模型中骨骼的变形幅度。
具体地，包括如下步骤：
S1601：确定各变形项目的最大阈值和最小阈值。
作为一个实施例，通过测量目标人群中体重最大者的变形项目的尺寸确定变形项目的最大阈值，通过测量目标人群中体重最小者的变形项目的尺寸确定变形项目的最小阈值。
作为另一个实施例，通过测量目标人群中体重/身高比最高者的变形项目的尺寸确定变形项目的最大阈值，通过测量目标人群中体重/身高比最低者的变形项目的尺寸确定变形项目的最小阈值。
作为再一个实施例，依据S110获得的大数据，通过下述方法确定最大阈值和最小阈值。
S16011：去噪处理
令
其中，a0为该变形项目(即上述的测量项目)的差值的阈值，ai为该变形项目的第i个测量结果，为该变形项目的测量结果平均值。
S16012:计算最大阈值amaa和最小阈值amin
amax＝max(ai)i＝1,2……N (6)
amin＝min(ai)i＝1,2……N (7)
其中，N为该变形项目的测量结果的总数。
S1602：确定骨骼的变形幅度，包括如下步骤：
S16021：依据S130确定与各个骨骼位置相关的变形项目。若某骨骼位置影响某变形项目，则该变形项目与该骨骼位置相关。
作为一个实施例，依据表1获得与各个骨骼位置相关的变形项目。作为一个实例，根据表1，与右大腿相关的变形项目为胯围、大腿围、腿长。
S16022：确定与骨骼位置相关的变形项目的权重。具体地，可利用现有的权重计算方法计算与骨骼位置相关的变形项目的权重。
S16023：依据权重计算第q个骨骼位置的最大阈值bmaxq和最小阈值bminq。
其中，M表示与第q个骨骼位置相关的变形项目的数量，wmq表示第m个变形项目对于第q个骨骼位置的权重，amaxm表示第m个变形项目的最大阈值，aminm表示第m个变形项目的最小阈值。
进一步地，还包括S16024：计算骨骼位置的变形比阈值Rq：
Rq＝bmaxq-bminq/bminq (10)
S170：依据用户输入的实际尺寸确定三维虚拟人台模型的骨骼变形幅度，并调整三维虚拟人台模型，以获得与用户的体型贴合的三维虚拟人台模型。
具体地，根据三维虚拟人台模型对应的人体部位的变形项目的尺寸与输入的实际尺寸的比例确定三维虚拟人台模型中各个骨骼的变形幅度或变形比，变形后骨骼位置位于骨骼位置的最大阈值和最小阈值之间，或骨骼位置的变形比小于上述的变形比阈值。
依据上述方法获得与用户输入的实际尺寸匹配的三维虚拟人台模型后，可以输出三维虚拟人台的各个角度的图片数据、模型数据，用于远程试衣、虚拟角色的服装穿搭合成等场合使用。
本申请依据真人测量数据建立虚拟人台模型，相对于根据合成标准对多角度拍摄图像进行合成并生成建模数据来说，大大降低了拍摄的操作成本、人工成本和时间成本，提高了建模的效率；并且，生成的三维虚拟人台模型适用于某类人群，可以根据个体动态调整三维虚拟人台模型的尺寸，达到三维虚拟人台与特定人群中的个体之间的一对多的匹配效果。
实施例二
本申请还提供了一种与上述的建模方法匹配的三维虚拟人台的建模系统。如图3所示，建模系统包括测量数据库310、变形项目确定模块320、骨骼位置确定模块330、原始三维模型制作模块340、蒙皮模块350、变形幅度确定模块360以及变形模块370。
测量数据库310收集目标人群中多个目标对象的各个部位的测量结果，形成测量结果的大数据。
变形项目确定模块320根据大数据确定目标人群的变形项目。
具体地，采用如下公式确定某测量项目是否为目标人群的变形项目：
K≥K0 (11)
其中，K为某测量项目的变形度，K0为该测量项目的变形度阈值。
优选地，在该实施例中，不同测量项目的变形度阈值K0不同。
作为一个实施例，采用如下公式计算某测量项目的变形度：
其中，ai为该测量项目的第i个测量结果，bj为该测量项目中第i个测量结果之外的测量结果，N为该测量项目的测量结果的总数。
作为另一个实施例，采用如下公式计算某测量项目的变形度：
其中，ai为该测量项目的第i个测量结果，为该测量项目的测量结果平均值，N为该测量项目的测量结果的总数。
若K≥K0，则确定该测量项目为目标人群的变形项目。
骨骼位置确定模块330依据变形项目确定与变形项目对应的骨骼位置。
原始模型制作模块340依据某一指定目标对象的体型轮廓制作原始三维模型。
原始三维模型制作模块340包括图片接收子模块、轮廓获取子模块以及模型制作子模块。
图片接收子模块接收某一指定目标对象的多角度图片，该图片是在某一指定目标对象穿着贴身衣物的情况下进行拍摄的。
轮廓获取子模块依据多角度图片获取该指定目标对象的各个角度的轮廓信息。
模型制作子模块将轮廓信息输入三维模型制作软件，制作原始三维模型。
优选地，指定目标对象为目标人群中最瘦的目标对象。
蒙皮模块350依据原始三维模型和骨骼位置进行蒙皮处理，获得三维虚拟人台模型。
具体地，利用如下公式确定第k个姿势下第l个顶点的位置
其中，Q表示骨骼位置的总数，wlq表示第q个骨骼位置对于第l个顶点的权重，表示第k个姿势下第q个骨骼位置的旋转矩阵，Pl表示第l个顶点的静态坐标，/>表示第k个姿势下第q个骨骼位置的位移矩阵。
变形幅度确定模块360依据目标人群的变形项目的最大阈值和最小阈值确定骨骼的变形幅度。
变形幅度确定模块360包括变形项目阈值获取子模块和骨骼变形幅度获取子模块。
变形项目阈值获取子模块通过测量目标人群中体重最大者的变形项目的尺寸确定变形项目的最大阈值，通过测量目标人群中体重最小者的变形项目的尺寸确定变形项目的最小阈值，或通过测量目标人群中体重/身高比最高者的变形项目的尺寸确定变形项目的最大阈值，通过测量目标人群中体重/身高比最低者的变形项目的尺寸确定变形项目的最小阈值，或通过测量数据库中的测量结果获取最大阈值和最小阈值。
骨骼变形幅度获取子模块依据与骨骼位置相关的变形项目的权重计算骨骼位置的最大阈值和最小阈值或变形比阈值。
变形模块370依据用户输入的实际尺寸确定三维虚拟人台模型的骨骼变形幅度，并调整三维虚拟人台模型，以获得与用户的体型贴合的三维虚拟人台模型。变形后骨骼位置位于最大阈值和最小阈值之间，或骨骼的变形比小于上述的变形比阈值。
本申请依据真人测量数据建立虚拟人台模型，相对于根据合成标准对多角度拍摄图像进行合成并生成建模数据来说，大大降低了拍摄的操作成本、人工成本和时间成本，提高了建模的效率；并且，生成的三维虚拟人台模型适用于某类人群，可以根据个体动态调整三维虚拟人台模型的尺寸，达到三维虚拟人台与特定人群中的个体之间的一对多的匹配效果。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (8)

1.一种三维虚拟人台的建模方法，其特征在于，包括：
对目标人群中多个目标对象进行测量，获得测量结果的大数据；
根据大数据确定目标人群的变形项目；
确定与变形项目对应的骨骼位置；
依据某一指定目标对象的体型轮廓制作原始三维模型；
依据原始模型和骨骼位置进行蒙皮处理，获得三维虚拟人台模型；
确定骨骼的变形幅度；
依据用户输入的实际尺寸确定三维虚拟人台模型的骨骼变形幅度，并调整三维虚拟人台模型，以获得与用户的体型贴合的三维虚拟人台模型；
其中，采用如下公式确定某测量项目是否为目标人群的变形项目：
K≥K0
其中，K为某测量项目的变形度，K0为该测量项目的变形度阈值，ai为该测量项目的第i个测量结果，bj为该测量项目中第i个测量结果之外的测量结果，N为该测量项目的测量结果的总数；
若K≥K0，则确定该测量项目为目标人群的变形项目；
其中，采用如下公式确定某测量项目是否为目标人群的变形项目：
K≥K0
其中，K为某测量项目的变形度，K0为该测量项目的变形度阈值，ai为该测量项目的第i个测量结果，为该测量项目的测量结果平均值，N为该测量项目的测量结果的总数；
若K≥K0，则确定该测量项目为目标人群的变形项目。
2.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，制作原始三维模型包括如下步骤：
在某一指定目标对象穿着贴身衣物的情况下，对该指定目标对象进行多角度拍照；
依据多角度图片获取该指定目标对象的各个角度的轮廓信息；
将轮廓信息输入三维模型制作软件，制作原始三维模型。
3.如权利要求1所述的建模方法，其特征在于，确定骨骼的变形幅度包括如下步骤：
确定各变形项目的最大阈值和最小阈值；
依据与骨骼位置相关的变形项目的最大阈值和最小阈值确定骨骼的变形幅度。
4.如权利要求3所述的建模方法，其特征在于，通过测量目标人群中体重最大者的变形项目的尺寸确定变形项目的最大阈值，通过测量目标人群中体重最小者的变形项目的尺寸确定变形项目的最小阈值。
5.如权利要求3所述的建模方法，其特征在于，通过测量目标人群中体重/身高比最高者的变形项目的尺寸确定变形项目的最大阈值，通过测量目标人群中体重/身高比最低者的变形项目的尺寸确定变形项目的最小阈值。
6.如权利要求3所述的建模方法，其特征在于，确定各变形项目的最大阈值和最小阈值包括如下步骤：
去噪处理
令
计算最大阈值amax和最小阈值amin
amax＝max(ai) i＝1,2……N
amin＝min(ai) i＝1,2……N
其中，a0为差值的阈值，ai为该变形项目的第i个测量结果，为该变形项目的测量结果平均值，N为该变形项目的测量结果的总数。
7.一种三维虚拟人台的建模系统，其特征在于，包括测量数据库、变形项目确定模块、骨骼位置确定模块、原始三维模型制作模块、蒙皮模块、变形幅度确定模块以及变形模块；
其中，测量数据库收集目标人群中多个目标对象的各个部位的测量结果，形成测量结果的大数据；
变形项目确定模块根据大数据确定目标人群的变形项目；
骨骼位置确定模块确定与变形项目对应的骨骼位置；
原始三维模型制作模块依据某一指定目标对象的体型轮廓制作原始三维模型；
蒙皮模块依据原始三维模型和骨骼位置进行蒙皮处理，获得三维虚拟人台模型；
变形幅度确定模块确定骨骼的变形幅度；
变形模块依据用户输入的实际尺寸确定三维虚拟人台模型的骨骼变形幅度，并调整三维虚拟人台模型，以获得与用户的体型贴合的三维虚拟人台模型；
其中，采用如下公式确定某测量项目是否为目标人群的变形项目：
K≥K0
其中，K为某测量项目的变形度，K0为该测量项目的变形度阈值，ai为该测量项目的第i个测量结果，bj为该测量项目中第i个测量结果之外的测量结果，N为该测量项目的测量结果的总数；
若K≥K0，则确定该测量项目为目标人群的变形项目；
其中，采用如下公式确定某测量项目是否为目标人群的变形项目：
K≥K0
其中，K为某测量项目的变形度，K0为该测量项目的变形度阈值，ai为该测量项目的第i个测量结果，为该测量项目的测量结果平均值，N为该测量项目的测量结果的总数；
若K≥K0，则确定该测量项目为目标人群的变形项目。
8.如权利要求7所述的建模系统，其特征在于，原始三维模型制作模块包括图片接收子模块、轮廓获取子模块以及模型制作子模块；
图片接收子模块接收某一指定目标对象的多角度图片，该图片是在某一指定目标对象穿着贴身衣物的情况下进行拍摄的；
轮廓获取子模块依据多角度图片获取该指定目标对象的各个角度的轮廓信息；
模型制作子模块将轮廓信息输入三维模型制作软件，制作原始三维模型。
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