CN113223152A - 用于三维服装模型美观展示的自动姿势和褶皱迁移的方法 - Google Patents

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CN113223152A CN202110526094.6A CN202110526094A CN113223152A CN 113223152 A CN113223152 A CN 113223152A CN 202110526094 A CN202110526094 A CN 202110526094A CN 113223152 A CN113223152 A CN 113223152A
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Abstract

本发明公开了一种用于三维服装模型美观展示的自动姿势和褶皱迁移的方法，包括：利用参考源服装模型和参考目标服装模型的二维板片的语义信息在二者的二维板片之间建立顶点对应关系，然后映射到对应的三维模型上，得到参考源服装模型
Figure DDA0003065635040000015
与参考目标服装模型
Figure DDA0003065635040000016
之间的顶点约束集合：
Figure DDA0003065635040000014
其中
Figure DDA0003065635040000018
是参考源服装模型
Figure DDA0003065635040000013
上的顶点，
Figure DDA0003065635040000019
是参考目标服装模型
Figure DDA0003065635040000017
上的顶点；通过设置Mcons为约束条件，执行正则化非刚性迭代最近点算法得到参考源服装模型
Figure DDA0003065635040000012
与参考目标服装模型
Figure DDA0003065635040000011
之间的逐三角形的对应关系；通过求解优化，将姿势和褶皱细节从源服装模型迁移到参考目标服装模型上。

Description

用于三维服装模型美观展示的自动姿势和褶皱迁移的方法
技术领域
本发明涉及三维服装建模技术领域，具体涉及一种用于三维服装模型美观展示的自动姿势和褶皱迁移的方法。
背景技术
近年来，许多服装零售商在快时尚产业中开始使用数字样品销售他们的服装产品。为了吸引更多的顾客，这些数字服装以一些特定的姿势具有美感地展示出丰富的褶皱细节，具有较强的真实感。然而，创作如此高质量的数字服装模型是一项消耗大量人力且知识密集型的工作，这个过程包括二维板片设计、人体模型上的板片安排、布料仿真以及微调雕刻。在交互式服装模型设计中，通常使用有限的网格分辨率创建和模拟服装模型。为了获得更具视觉吸引力的外观，通常使用数字化雕刻工具(如ZBrush)对模拟的服装模型进行雕刻，以添加精细的高频细节。这样的雕刻工具使用动态分辨率，允许用户对他们的模型进行局部修改。然而，这样的雕刻过程可能需要有经验的设计师数小时才能创造出令人满意的结果。对于另外一件设计相同或者相似的服装，耗时的雕刻过程几乎要从头开始重复进行，即使这样两件衣服之间的唯一区别就是尺码。
上述问题可以看做是从源三角形网格到目标三角形网格的变形传递问题(SumnerR W,
Figure BDA0003065635020000011
J.Deformation transfer for triangle meshes[J].ACM Transactions ongraphics(TOG),2004,23(3):399-405)，此问题在过去的几十年里受到了极大的关注。在Sumner和
Figure BDA0003065635020000012
等人(Deformation transfer for triangle meshes[J].ACMTransactions on graphics(TOG),2004,23(3):399-405)提出的方法中，用户需要通过指定一些顶点标记来手动构建源三角形和目标三角形之间的映射。涂层转移也可用于在具有不同拓扑的网格之间切换几何细节(Sorkine O,Cohen-Or D,Lipman Y,et al.Laplaciansurface editing[C]//Proceedings of the 2004 Eurographics/ACM SIGGRAPHsymposium on Geometry processing.2004:175-184)。但是，这种方法可能会导致一定程度的“模糊”。GeoBrush首先交互地选择源模型和目标模型上的感兴趣的区域，然后将源模型上的任意高分辨率表面特征实时且连续地克隆到目标模型上的指定区域(Takayama K,Schmidt R,Singh K,et al.Geobrush:Interactive mesh geometry cloning[C]//Computer Graphics Forum.Oxford,UK:Blackwell Publishing Ltd,2011,30(2):613-622)。但是，此方法不能处理较大的姿势变化的情况。Berkiten等人提出使用置换图通过度量学习将高质量网格的细节传输到低分辨率网格上(Berkiten S,Halber M,Solomon J,etal.Learning detail transfer based on geometric features[C]//Computer GraphicsForum.2017,36(2):361-373)。然而，他们的方法也忽略了姿势的迁移，特别是针对模型特定部分的褶皱特征，此方法生成的褶皱细节与源模型的不一致，且忽略了姿势的迁移。用于在线展示的数字化服装模型的网格分辨率通常相当高，从10k三角形到100k三角形不等。精确地为这类服装模型指定顶点标记既耗时又容易出错。
为了消除繁琐的服装建模过程，关键的挑战在于如何忠实地保留姿势和褶皱细节的同时，自动建立变形传递所需的网格映射关系。已知的最先进的方法或不是自动的(Sumner R W,
Figure BDA0003065635020000021
J.Deformation transfer for triangle meshes[J].ACMTransactions on graphics(TOG),2004,23(3):399-405；Takayama K,Schmidt R,SinghK,et al.Geobrush:Interactive mesh geometry cloning[C]//Computer GraphicsForum.Oxford,UK:Blackwell Publishing Ltd,2011,30(2):613-622)，或不能产生高质量的迁移结果(Sorkine O,Cohen-Or D,Lipman Y,et al.Laplacian surface editing[C]//Proceedings of the 2004 Eurographics/ACM SIGGRAPH symposium on Geometryprocessing.2004:175-184；Berkiten S,Halber M,Solomon J,et al.Learning detailtransfer based on geometric features[C]//Computer Graphics Forum.2017,36(2):361-373)。
发明内容
为了解决如何自动生成参考源服装模型与参考目标服装模型之间的对应关系并将姿势与褶皱细节快速迁移到相似或相同款式的服装模型上的问题，本发明提供了一种用于三维服装模型美观展示的自动姿势和褶皱迁移的方法，能够充分利用已有的雕刻好的三维服装模型的姿势和褶皱细节，避免了重复雕刻过程，提高服装设计与展示流水线的生产效率。
一种用于三维服装模型美观展示的自动姿势和褶皱迁移的方法，包括步骤：
(1)利用参考源服装模型和参考目标服装模型的二维板片的语义信息在二者的二维板片之间建立顶点对应关系；
(2)将获取的二维板片之间的顶点对应关系映射到所对应的三维模型上，得到参考源服装模型
Figure BDA0003065635020000031
与参考目标服装模型
Figure BDA0003065635020000032
之间的顶点约束集合：
Figure BDA0003065635020000033
其中
Figure BDA0003065635020000034
是位于参考源服装模型
Figure BDA0003065635020000035
上的顶点，
Figure BDA0003065635020000036
是位于参考目标服装模型
Figure BDA0003065635020000037
上的顶点；
(3)通过设置Mcons为约束条件，执行正则化非刚性迭代最近点算法来得到参考源服装模型
Figure BDA0003065635020000038
与参考目标服装模型
Figure BDA0003065635020000039
之间的逐三角形的对应关系；
(4)通过求解优化，将姿势和褶皱细节从源服装模型迁移到参考目标服装模型上。
所述参考源服装模型、参考目标服装模型分别由模拟得到的垂坠状态下的源服装模型、目标服装模型经平滑处理过滤掉模拟状态下产生的不必要的褶皱后得到。由于参考源服装模型与源服装模型、参考目标服装模型与目标服装模型具有相同的拓扑结构，因此通过上述步骤得到的对应关系也可直接应用于源服装模型与目标服装模型。
一件完整的衣服通常由多个板片缝制而成，且构成三维服装模型的每个二维板片都有其属性及轮廓表示。每个板片都有其特殊的属性(例如，前身、左袖等)。相同或相似款式的服装通常具有相似的二维板片。这种板片的相似性隐含在其轮廓的角上。二维板片的属性和相应的几何轮廓特征构成了其语义信息。
每个二维板片都是由若干个顶点连接而构成的网格，建立两个二维板片之间的顶点对应关系，即在两个二维板片的顶点之间构建逐顶点的一一对应关系。
步骤(1)包括特殊情况下的板片预处理、板片轮廓角的确定、板片轮廓角顶点对应、板片顶点对应关系生成四个步骤。
所述特殊情况下的板片预处理包括板片合并、板片分割。特殊情况下的板片预处理是由于两件款式相似的服装不能保证它们具有相同的板片数量或属性，为此，引入板片合并和板片分割两种操作使得源模型和目标模型的两组板片根据板片属性有更准确的板片对应关系。
板片合并的具体步骤如下：对于款式相似的两件服装模型，其二维板片的数量与轮廓并不会完全一致。在一些特殊情况下，对于相似款式的两件衣服，其中一件衣服的部分板片可以通过合并成一个新的板片，从而能够在另外一件衣服的板片中根据板片属性找到对应的板片，能够继续进行后续算法在二者的二维板片之间建立顶点对应关系。
板片分割的具体步骤如下：对于款式相似的两件服装模型，其二维板片的数量与轮廓并不会完全一致。在一些特殊情况下，对于相似款式的两件衣服，其中一件衣服的部分板片可以通过分割成两个或多个新的板片，使得分割后的部分新版片轮廓能够在另外一件相似款式衣服的板片中找到轮廓相似的板片进行对应，从而能够继续进行后续算法在二者的二维板片之间建立顶点对应关系。
所述板片轮廓角的确定包括步骤：
(1-1-1)利用二维板片的语义信息中的属性使每个参考源服装模型的二维板片都能在参考目标服装模型的二维板片集合中找到对应的板片；
(1-1-2)给定一对表示为
Figure BDA0003065635020000041
的参考源服装模型二维板片和参考目标服装模型二维板片，通过刚性迭代最近点算法在二者之间建立初始对应；由于在创建二维板片时通常会将它们设置成相同的方向，因此可以简单地通过放缩与平移操作将
Figure BDA0003065635020000042
与
Figure BDA0003065635020000043
进行对齐；
(1-1-3)遍历
Figure BDA0003065635020000044
每个板片的整个网格，分别找到组成参考源服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000045
的轮廓顶点集
Figure BDA0003065635020000046
和参考目标服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000047
的轮廓顶点集
Figure BDA0003065635020000048
(1-1-4)对于一个轮廓顶点，计算其相邻两条轮廓线之间夹角的余弦值cosγ，若cosγ>-0.8，则将该夹角作为二维板片的一个轮廓角，通过遍历所有轮廓顶点，得到板片
Figure BDA0003065635020000049
的轮廓角集合：
Figure BDA00030656350200000410
Figure BDA00030656350200000411
其中，p,q分别是参考源服装模型二维板片和参考目标服装模型二维板片的轮廓角数量。虽然
Figure BDA0003065635020000051
在轮廓上形状相似，但它们的轮廓角数量不必相同。
所述板片轮廓角顶点对应，具体步骤包括：
(1-2-1)通过缩放和平移在三维坐标系中将参考源服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000052
和参考目标服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000053
进行对齐；
(1-2-2)计算参考源服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000054
所有顶点的拉普拉斯坐标，记作
Figure BDA0003065635020000055
计算参考目标服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000056
所有顶点的拉普拉斯坐标，记作
Figure BDA0003065635020000057
(1-2-3)设
Figure BDA0003065635020000058
是参考源服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000059
的一个轮廓角顶点，其拉普拉斯坐标为
Figure BDA00030656350200000510
Figure BDA00030656350200000511
是参考目标服装模型二维板片
Figure BDA00030656350200000512
的一个轮廓角顶点，其拉普拉斯坐标为
Figure BDA00030656350200000513
建立下列能量函数：
Figure BDA00030656350200000514
式(III)的第一项为拉普拉斯坐标
Figure BDA00030656350200000515
与
Figure BDA00030656350200000516
的点积，第二项为两个轮廓角顶点之间的平方距离，式(III)的值越小，表示公式中所比较的两个轮廓角顶点的语义相似度越高；
若对于参考源服装模型二维板片的轮廓角顶点
Figure BDA00030656350200000517
参考目标服装模型二维板片的轮廓角顶点取
Figure BDA00030656350200000518
时式(III)的能量函数最小，且对于参考目标服装模型二维板片的轮廓角顶点
Figure BDA00030656350200000519
参考源服装模型二维板片轮廓角顶点取
Figure BDA00030656350200000520
时式(III)的能量函数最小，则将
Figure BDA00030656350200000521
和
Figure BDA00030656350200000522
视为相互对应的轮廓角顶点对；
(1-2-4)通过上述步骤(1-2-3)所述方法遍历成对的参考源服装模型二维板片
Figure BDA00030656350200000523
和参考目标服装模型二维板片
Figure BDA00030656350200000524
的所有轮廓角顶点，即可在部分参考源服装模型二维板片轮廓角顶点和参考目标服装模型二维板片轮廓角顶点之间建立一一映射，并获得初始稀疏顶点对应集合：
Figure BDA00030656350200000525
所述板片顶点对应关系生成，具体步骤包括：
(1-3-1)以式(IV)所表示的顶点对为约束，对构成参考源服装模型二维板片
Figure BDA00030656350200000526
的所有网格顶点
Figure BDA00030656350200000527
通过迭代优化下列公式进行拉普拉斯变形：
Figure BDA0003065635020000061
其中，β＝0,1,…,nC，
Figure BDA0003065635020000062
为需要通过优化求解得到的形变后的参考源服装模型二维板片轮廓顶点的坐标，L是拉普拉斯运算符，式(V)的第一项表示变形后的参考源服装模型二维板片轮廓顶点的几何特征应尽可能接近其变形前的几何特征，
Figure BDA0003065635020000063
为参考源服装模型二维板片轮廓顶点的拉普拉斯坐标集合，式(V)的第二项表示参考源服装模型二维板片上的每个有对应的顶点的轮廓顶点变形后的新位置应该等于对应的参考目标服装模型二维板片上的轮廓顶点的坐标；
(1-3-2)基于上述拉普拉斯变形结果，通过寻找互为最近点的方法来计算参考源服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000064
和参考目标服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000065
上非轮廓角顶点之间的一一对应关系，得到轮廓上新的顶点对应关系，将这些新得到的顶点对加入到式(IV)的集合MC中并将更新后的顶点对集合记作M′C；
(1-3-3)将更新后的顶点对集合M′C作为约束，按照步骤(1-3-1)对参考源服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000066
的所有顶点执行第二次拉普拉斯变形，通过迭代求解得到变形后的参考源服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000067
此时
Figure BDA0003065635020000068
与
Figure BDA0003065635020000069
也得到了准确的对齐；
(1-3-4)遍历
Figure BDA00030656350200000610
与
Figure BDA00030656350200000611
的所有顶点，当分别位于
Figure BDA00030656350200000612
和
Figure BDA00030656350200000613
的一对顶点互为最近点时，则这对顶点相互对应，最终生成成对的参考源服装模型二维板片和参考目标服装模型二维板片之间的顶点对应关系。
步骤(2)中，将获取的二维板片之间的顶点对应关系映射到所对应的三维模型上的原因在于，由于二维板片是三维服装模型的展开后的布片，三维服装模型上的一条缝合边会对应于不同二维板片的至少两条边，这导致在服装建模软件中模拟的服装与其对应的二维板片之间存在不同的拓扑结构。然而，对于二维板片的每个顶点
Figure BDA00030656350200000614
在模拟得到的三维服装模型中都存在其对应的顶点
Figure BDA00030656350200000615
同时，由于二维板片与其对应的模拟得到的三维服装模型共享相同的UV集，因此根据
Figure BDA00030656350200000616
的UV坐标可以很容易地定位其对应的三维模型上的顶点
Figure BDA00030656350200000617
此外，由于利用二维板片的语义信息可以在三维源服装模型和目标服装模型之间建立一一对应的顶点对应关系，因此上述方法可以处理不同拓扑结构的模型。至此，可以得到参考源服装模型
Figure BDA0003065635020000071
与参考目标服装模型
Figure BDA0003065635020000072
之间的顶点约束集合。
步骤(3)中，所述的正则化非刚性迭代最近点算法可采用现有技术，如可参见Sumner R W,
Figure BDA0003065635020000074
J.Deformation transfer for triangle meshes[J].ACMTransactions on graphics(TOG),2004,23(3):399-405。
在一优选例中，步骤(4)具体为：将模拟得到的特定姿势下的源服装模型进行人工雕刻，以添加模拟状态下无法产生的特殊褶皱细节，并将雕刻后的特定姿势下的源服装模型记作Ssculpted，采用变形迁移方法将雕刻后的源服装模型Ssculpted上的姿势与褶皱细节迁移到参考目标服装模型
Figure BDA0003065635020000073
上。
变形迁移方法的求解是一个优化问题。所述的变形迁移方法可采用现有技术，如可参见Sumner R W,
Figure BDA0003065635020000075
J.Deformation transfer for triangle meshes[J].ACMTransactions on graphics(TOG),2004,23(3):399-405。
本发明与现有技术相比，主要优点包括：本发明的用于三维服装模型美观展示的自动姿势和褶皱迁移的方法可以显著节省时装设计师的时间，能够产生逼真自然的迁移效果。本发明设计了一种新颖的基于语义的三维服装模型变形迁移框架，可以自动地将高分辨率雕刻后的源服装模型的姿势和褶皱细节忠实地迁移到风格相近或尺寸不同的中性姿态下的目标服装模型上，能够充分利用已有的雕刻好的三维服装模型的姿势和褶皱细节，避免了重复雕刻过程，显著节省时装设计师的工作时间，提高服装设计流水线的生产效率，可用于电子商务中的在线服装美观展示。本发明的基于语义的三维服装模型变形迁移框架采用一种语义的对应建立方案，通过利用服装特有的二维服装板片的语义信息，自动对齐源服装模型和目标服装模型。
附图说明
图1为实施例的用于三维服装模型美观展示的自动姿势和褶皱迁移的方法的流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。
如图1所示，本实施例的一种用于三维服装模型美观展示的自动姿势和褶皱迁移的方法，包括步骤：
(1)利用参考源服装模型和参考目标服装模型的二维板片的语义信息在二者的二维板片之间建立顶点对应关系；
(2)将获取的二维板片之间的顶点对应关系映射到所对应的三维模型上，得到参考源服装模型
Figure BDA0003065635020000081
与参考目标服装模型
Figure BDA0003065635020000082
之间的顶点约束集合：
Figure BDA0003065635020000083
其中
Figure BDA0003065635020000084
是位于参考源服装模型
Figure BDA0003065635020000085
上的顶点，
Figure BDA0003065635020000086
是位于参考目标服装模型
Figure BDA0003065635020000087
上的顶点；
(3)通过设置Mcons为约束条件，执行正则化非刚性迭代最近点算法来得到参考源服装模型
Figure BDA0003065635020000088
与参考目标服装模型
Figure BDA0003065635020000089
之间的逐三角形的对应关系；
(4)通过求解优化，将姿势和褶皱细节从源服装模型迁移到参考目标服装模型上。
所述参考源服装模型、参考目标服装模型分别由模拟得到的垂坠状态下的源服装模型、目标服装模型经平滑处理过滤掉模拟状态下产生的不必要的褶皱后得到。由于参考源服装模型与源服装模型、参考目标服装模型与目标服装模型具有相同的拓扑结构，因此通过上述步骤得到的对应关系也可直接应用于源服装模型与目标服装模型。
一件完整的衣服通常由多个板片缝制而成，且构成三维服装模型的每个二维板片都有其属性及轮廓表示。每个板片都有其特殊的属性(例如，前身、左袖等)。相同或相似款式的服装通常具有相似的二维板片。这种板片的相似性隐含在其轮廓的角上。二维板片的属性和相应的几何轮廓特征构成了其语义信息。
每个二维板片都是由若干个顶点连接而构成的网格，建立两个二维板片之间的顶点对应关系，即在两个二维板片的顶点之间构建逐顶点的一一对应关系。
步骤(1)包括特殊情况下的板片预处理、板片轮廓角的确定、板片轮廓角顶点对应、板片顶点对应关系生成四个步骤。
所述特殊情况下的板片预处理包括板片合并、板片分割。特殊情况下的板片预处理是由于两件款式相似的服装不能保证它们具有相同的板片数量或属性，为此，引入板片合并和板片分割两种操作使得源模型和目标模型的两组板片根据板片属性有更准确的板片对应关系。
板片合并的具体步骤如下：对于款式相似的两件服装模型，其二维板片的数量与轮廓并不会完全一致。在一些特殊情况下，对于相似款式的两件衣服，其中一件衣服的部分板片可以通过合并成一个新的板片，从而能够在另外一件衣服的板片中根据板片属性找到对应的板片，能够继续进行后续算法在二者的二维板片之间建立顶点对应关系。
板片分割的具体步骤如下：对于款式相似的两件服装模型，其二维板片的数量与轮廓并不会完全一致。在一些特殊情况下，对于相似款式的两件衣服，其中一件衣服的部分板片可以通过分割成两个或多个新的板片，使得分割后的部分新版片轮廓能够在另外一件相似款式衣服的板片中找到轮廓相似的板片进行对应，从而能够继续进行后续算法在二者的二维板片之间建立顶点对应关系。
所述板片轮廓角的确定包括步骤：
(1-1-1)利用二维板片的语义信息中的属性使每个参考源服装模型的二维板片都能在参考目标服装模型的二维板片集合中找到对应的板片；
(1-1-2)给定一对表示为
Figure BDA0003065635020000091
的参考源服装模型二维板片和参考目标服装模型二维板片，通过刚性迭代最近点算法在二者之间建立初始对应；由于在创建二维板片时通常会将它们设置成相同的方向，因此可以简单地通过放缩与平移操作将
Figure BDA0003065635020000092
与
Figure BDA0003065635020000093
进行对齐；
所述刚性迭代最近点算法参见Jubran I,Maalouf A,Kimmel R,et al.ProvablyApproximated ICP[J].arXiv preprint arXiv:2101.03588,2021。
(1-1-3)遍历
Figure BDA0003065635020000094
每个板片的整个网格，分别找到组成参考源服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000095
的轮廓顶点集
Figure BDA0003065635020000096
和参考目标服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000097
的轮廓顶点集
Figure BDA0003065635020000098
(1-1-4)对于一个轮廓顶点，计算其相邻两条轮廓线之间夹角的余弦值cosγ，若cosγ>-0.8，则将该夹角作为二维板片的一个轮廓角，通过遍历所有轮廓顶点，得到板片
Figure BDA0003065635020000099
的轮廓角集合：
Figure BDA0003065635020000101
Figure BDA0003065635020000102
其中，p，q分别是参考源服装模型二维板片和参考目标服装模型二维板片的轮廓角数量。虽然
Figure BDA0003065635020000103
在轮廓上形状相似，但它们的轮廓角数量不必相同。
所述板片轮廓角顶点对应，具体步骤包括：
(1-2-1)通过缩放和平移在三维坐标系中将参考源服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000104
和参考目标服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000105
进行对齐；
(1-2-2)计算参考源服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000106
所有顶点的拉普拉斯坐标记作
Figure BDA0003065635020000107
计算参考目标服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000108
所有顶点的拉普拉斯坐标，记作
Figure BDA0003065635020000109
(1-2-3)设
Figure BDA00030656350200001010
是参考源服装模型二维板片
Figure BDA00030656350200001011
的一个轮廓角顶点，其拉普拉斯坐标为
Figure BDA00030656350200001012
Figure BDA00030656350200001013
是参考目标服装模型二维板片
Figure BDA00030656350200001014
的一个轮廓角顶点，其拉普拉斯坐标为
Figure BDA00030656350200001015
建立下列能量函数：
Figure BDA00030656350200001016
式(III)的第一项为拉普拉斯坐标
Figure BDA00030656350200001017
与
Figure BDA00030656350200001018
的点积，第二项为两个轮廓角顶点之间的平方距离，式(III)的值越小，表示公式中所比较的两个轮廓角顶点的语义相似度越高；
若对于参考源服装模型二维板片的轮廓角顶点
Figure BDA00030656350200001019
参考目标服装模型二维板片的轮廓角顶点取
Figure BDA00030656350200001020
时式(III)的能量函数最小，且对于参考目标服装模型二维板片的轮廓角顶点
Figure BDA00030656350200001021
参考源服装模型二维板片轮廓角顶点取
Figure BDA00030656350200001022
时式(III)的能量函数最小，则将
Figure BDA00030656350200001023
和
Figure BDA00030656350200001024
视为相互对应的轮廓角顶点对；
(1-2-4)通过上述步骤(1-2-3)所述方法遍历成对的参考源服装模型二维板片
Figure BDA00030656350200001025
和参考目标服装模型二维板片
Figure BDA00030656350200001026
的所有轮廓角顶点，即可在部分参考源服装模型二维板片轮廓角顶点和参考目标服装模型二维板片轮廓角顶点之间建立一一映射，并获得初始稀疏顶点对应集合：
Figure BDA0003065635020000111
所述板片顶点对应关系生成，具体步骤包括：
(1-3-1)以式(IV)所表示的顶点对为约束，对构成参考源服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000112
的所有网格顶点
Figure BDA0003065635020000113
通过迭代优化下列公式进行拉普拉斯变形：
Figure BDA0003065635020000114
其中，β＝0，1，…，nc，
Figure BDA0003065635020000115
为需要通过优化求解得到的形变后的参考源服装模型二维板片轮廓顶点的坐标，L是拉普拉斯运算符，式(V)的第一项表示变形后的参考源服装模型二维板片轮廓顶点的几何特征应尽可能接近其变形前的几何特征，
Figure BDA0003065635020000116
为参考源服装模型二维板片轮廓顶点的拉普拉斯坐标集合，式(V)的第二项表示参考源服装模型二维板片上的每个有对应的顶点的轮廓顶点变形后的新位置应该等于对应的参考目标服装模型二维板片上的轮廓顶点的坐标；
(1-3-2)基于上述拉普拉斯变形结果，通过寻找互为最近点的方法来计算参考源服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000117
和参考目标服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000118
上非轮廓角顶点之间的一一对应关系，得到轮廓上新的顶点对应关系，将这些新得到的顶点对加入到式(IV)的集合MC中并将更新后的顶点对集合记作M′C；
(1-3-3)将更新后的顶点对集合M′C作为约束，按照步骤(1-3-1)对参考源服装模型二维板片
Figure BDA0003065635020000119
的所有顶点执行第二次拉普拉斯变形，通过迭代求解得到变形后的参考源服装模型二维板片
Figure BDA00030656350200001110
此时
Figure BDA00030656350200001111
与
Figure BDA00030656350200001112
也得到了准确的对齐；
(1-3-4)遍历
Figure BDA00030656350200001113
与
Figure BDA00030656350200001114
的所有顶点，当分别位于
Figure BDA00030656350200001115
和
Figure BDA00030656350200001116
的一对顶点互为最近点时，则这对顶点相互对应，最终生成成对的参考源服装模型二维板片和参考目标服装模型二维板片之间的顶点对应关系。
步骤(2)中，将获取的二维板片之间的顶点对应关系映射到所对应的三维模型上的原因在于，由于二维板片是三维服装模型的展开后的布片，三维服装模型上的一条缝合边会对应于不同二维板片的至少两条边，这导致在服装建模软件中模拟的服装与其对应的二维板片之间存在不同的拓扑结构。然而，对于二维板片的每个顶点
Figure BDA0003065635020000121
在模拟得到的三维服装模型中都存在其对应的顶点
Figure BDA0003065635020000122
同时，由于二维板片与其对应的模拟得到的三维服装模型共享相同的UV集，因此根据
Figure BDA0003065635020000123
的UV坐标可以很容易地定位其对应的三维模型上的顶点
Figure BDA0003065635020000124
此外，由于利用二维板片的语义信息可以在三维源服装模型和目标服装模型之间建立一一对应的顶点对应关系，因此上述方法可以处理不同拓扑结构的模型。至此，可以得到参考源服装模型
Figure BDA0003065635020000125
与参考目标服装模型
Figure BDA0003065635020000126
之间的顶点约束集合。
步骤(3)中，所述的正则化非刚性迭代最近点算法参见Sumner R W,
Figure BDA00030656350200001210
J.Deformation transfer for triangle meshes[J].ACM Transactions on graphics(TOG),2004,23(3):399-405。如图1(d)所示，对参考源服装模型和参考目标服装模型执行正则化非刚性迭代最近点算法后，可得到变形后的参考源服装模型(图1(d)左所示)，其与参考目标服装模型网格之间的误差以图1(d)右所示，二者之间的误差值很小，表示参考源服装模型
Figure BDA0003065635020000127
与参考目标服装模型
Figure BDA0003065635020000128
进行了良好的对齐，可以建立逐三角形的对应关系。
步骤(4)具体为：将模拟得到的特定姿势下的源服装模型在专业软件(如ZBrush)中进行人工雕刻，以添加模拟状态下无法产生的特殊褶皱细节，并将雕刻后的特定姿势下的源服装模型记作Ssculpted，采用变形迁移方法将雕刻后的源服装模型Ssculpted上的姿势与褶皱细节迁移到参考目标服装模型
Figure BDA0003065635020000129
上。
变形迁移方法的求解是一个优化问题。所述的变形迁移方法参见Sumner R W,
Figure BDA00030656350200001211
J.Deformation transfer for triangle meshes[J].ACM Transactions ongraphics(TOG),2004,23(3):399-405。
此外应理解，在阅读了本发明的上述描述内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

Claims (8)

1.一种用于三维服装模型美观展示的自动姿势和褶皱迁移的方法，其特征在于，包括步骤：
(1)利用参考源服装模型和参考目标服装模型的二维板片的语义信息在二者的二维板片之间建立顶点对应关系；
(2)将获取的二维板片之间的顶点对应关系映射到所对应的三维模型上，得到参考源服装模型
Figure FDA0003065635010000011
与参考目标服装模型
Figure FDA0003065635010000012
之间的顶点约束集合：
Figure FDA0003065635010000013
其中
Figure FDA0003065635010000014
是位于参考源服装模型
Figure FDA0003065635010000015
上的顶点，
Figure FDA0003065635010000016
是位于参考目标服装模型
Figure FDA0003065635010000017
上的顶点；
(3)通过设置Mcons为约束条件，执行正则化非刚性迭代最近点算法来得到参考源服装模型
Figure FDA0003065635010000018
与参考目标服装模型
Figure FDA0003065635010000019
之间的逐三角形的对应关系；
(4)通过求解优化，将姿势和褶皱细节从源服装模型迁移到参考目标服装模型上。
2.根据权利要求1所述的用于三维服装模型美观展示的自动姿势和褶皱迁移的方法，其特征在于，所述参考源服装模型、参考目标服装模型分别由模拟得到的垂坠状态下的源服装模型、目标服装模型经平滑处理过滤掉模拟状态下产生的不必要的褶皱后得到。
3.根据权利要求1所述的用于三维服装模型美观展示的自动姿势和褶皱迁移的方法，其特征在于，步骤(1)包括特殊情况下的板片预处理、板片轮廓角的确定、板片轮廓角顶点对应、板片顶点对应关系生成四个步骤。
4.根据权利要求3所述的用于三维服装模型美观展示的自动姿势和褶皱迁移的方法，其特征在于，所述特殊情况下的板片预处理包括板片合并、板片分割。
5.根据权利要求3或4所述的用于三维服装模型美观展示的自动姿势和褶皱迁移的方法，其特征在于，所述板片轮廓角的确定包括步骤：
(1-1-1)利用二维板片的语义信息中的属性使每个参考源服装模型的二维板片都能在参考目标服装模型的二维板片集合中找到对应的板片；
(1-1-2)给定一对表示为
Figure FDA0003065635010000021
的参考源服装模型二维板片和参考目标服装模型二维板片，通过刚性迭代最近点算法在二者之间建立初始对应；
(1-1-3)遍历
Figure FDA0003065635010000022
每个板片的整个网格，分别找到组成参考源服装模型二维板片
Figure FDA0003065635010000023
的轮廓顶点集
Figure FDA0003065635010000024
和参考目标服装模型二维板片
Figure FDA0003065635010000025
的轮廓顶点集
Figure FDA0003065635010000026
(1-1-4)对于一个轮廓顶点，计算其相邻两条轮廓线之间夹角的余弦值cosγ，若cosγ>-0.8，则将该夹角作为二维板片的一个轮廓角，通过遍历所有轮廓顶点，得到板片
Figure FDA0003065635010000027
的轮廓角集合：
Figure FDA0003065635010000028
Figure FDA0003065635010000029
其中，p,q分别是参考源服装模型二维板片和参考目标服装模型二维板片的轮廓角数量。
6.根据权利要求5所述的用于三维服装模型美观展示的自动姿势和褶皱迁移的方法，其特征在于，所述板片轮廓角顶点对应，具体步骤包括：
(1-2-1)通过缩放和平移在三维坐标系中将参考源服装模型二维板片
Figure FDA00030656350100000210
和参考目标服装模型二维板片
Figure FDA00030656350100000211
进行对齐；
(1-2-2)计算参考源服装模型二维板片
Figure FDA00030656350100000212
所有顶点的拉普拉斯坐标，记作
Figure FDA00030656350100000213
计算参考目标服装模型二维板片
Figure FDA00030656350100000214
所有顶点的拉普拉斯坐标，记作
Figure FDA00030656350100000215
(1-2-3)设
Figure FDA00030656350100000216
是参考源服装模型二维板片
Figure FDA00030656350100000217
的一个轮廓角顶点，其拉普拉斯坐标为
Figure FDA00030656350100000218
是参考目标服装模型二维板片
Figure FDA00030656350100000219
的一个轮廓角顶点，其拉普拉斯坐标为
Figure FDA00030656350100000220
建立下列能量函数：
Figure FDA00030656350100000221
式(III)的第一项为拉普拉斯坐标
Figure FDA00030656350100000222
与
Figure FDA00030656350100000223
的点积，第二项为两个轮廓角顶点之间的平方距离，式(III)的值越小，表示公式中所比较的两个轮廓角顶点的语义相似度越高；
若对于参考源服装模型二维板片的轮廓角顶点
Figure FDA0003065635010000031
参考目标服装模型二维板片的轮廓角顶点取
Figure FDA0003065635010000032
时式(III)的能量函数最小，且对于参考目标服装模型二维板片的轮廓角顶点
Figure FDA0003065635010000033
参考源服装模型二维板片轮廓角顶点取
Figure FDA0003065635010000034
时式(III)的能量函数最小，则将
Figure FDA0003065635010000035
和
Figure FDA0003065635010000036
视为相互对应的轮廓角顶点对；
(1-2-4)通过上述步骤(1-2-3)所述方法遍历成对的参考源服装模型二维板片
Figure FDA0003065635010000037
和参考目标服装模型二维板片
Figure FDA0003065635010000038
的所有轮廓角顶点，即可在部分参考源服装模型二维板片轮廓角顶点和参考目标服装模型二维板片轮廓角顶点之间建立一一映射，并获得初始稀疏顶点对应集合：
Figure FDA0003065635010000039
7.根据权利要求6所述的用于三维服装模型美观展示的自动姿势和褶皱迁移的方法，其特征在于，所述板片顶点对应关系生成，具体步骤包括：
(1-3-1)以式(IV)所表示的顶点对为约束，对构成参考源服装模型二维板片
Figure FDA00030656350100000310
的所有网格顶点
Figure FDA00030656350100000311
通过迭代优化下列公式进行拉普拉斯变形：
Figure FDA00030656350100000312
其中，β＝0,1,…,nc，
Figure FDA00030656350100000313
为需要通过优化求解得到的形变后的参考源服装模型二维板片轮廓顶点的坐标，L是拉普拉斯运算符，式(V)的第一项表示变形后的参考源服装模型二维板片轮廓顶点的几何特征应尽可能接近其变形前的几何特征，
Figure FDA00030656350100000314
为参考源服装模型二维板片轮廓顶点的拉普拉斯坐标集合，式(V)的第二项表示参考源服装模型二维板片上的每个有对应的顶点的轮廓顶点变形后的新位置应该等于对应的参考目标服装模型二维板片上的轮廓顶点的坐标；
(1-3-2)基于上述拉普拉斯变形结果，通过寻找互为最近点的方法来计算参考源服装模型二维板片
Figure FDA00030656350100000315
和参考目标服装模型二维板片
Figure FDA00030656350100000316
上非轮廓角顶点之间的一一对应关系，得到轮廓上新的顶点对应关系，将这些新得到的顶点对加入到式(IV)的集合MC中并将更新后的顶点对集合记作M′C；
(1-3-3)将更新后的顶点对集合M′C作为约束，按照步骤(1-3-1)对参考源服装模型二维板片
Figure FDA0003065635010000041
的所有顶点执行第二次拉普拉斯变形，通过迭代求解得到变形后的参考源服装模型二维板片
Figure FDA0003065635010000042
此时
Figure FDA0003065635010000043
与
Figure FDA0003065635010000044
也得到了准确的对齐；
(1-3-4)遍历
Figure FDA0003065635010000045
与
Figure FDA0003065635010000046
的所有顶点，当分别位于
Figure FDA0003065635010000047
和
Figure FDA0003065635010000048
的一对顶点互为最近点时，则这对顶点相互对应，最终生成成对的参考源服装模型二维板片和参考目标服装模型二维板片之间的顶点对应关系。
8.根据权利要求1所述的用于三维服装模型美观展示的自动姿势和褶皱迁移的方法，其特征在于，步骤(4)具体为：将模拟得到的特定姿势下的源服装模型进行人工雕刻，以添加模拟状态下无法产生的特殊褶皱细节，并将雕刻后的特定姿势下的源服装模型记作Ssculpted，采用变形迁移方法将雕刻后的源服装模型Ssculpted上的姿势与褶皱细节迁移到参考目标服装模型
Figure FDA0003065635010000049
上。
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