CN116187051B - 一种服装模型与人体模型的绑定方法、系统及设备 - Google Patents

一种服装模型与人体模型的绑定方法、系统及设备 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种服装模型与人体模型的绑定方法、系统及设备。所述方法包括：基于网格化操作得到服装网格模型和人体网格模型；获取当前动画帧下的人体网格模型所在空间的有向距离场；根据有向距离场确定待绑定的各个目标服装网格顶点；确定每个目标服装网格顶点与其关联人体网格之间的点面约束关系；根据每个关联人体网格在下一动画帧的位置信息和相应的点面约束关系获取相应目标服装网格顶点在下一动画帧的位置信息。所述系统包括对应实现上述各个步骤的各个功能模块。所述设备包括处理器和存储器，处理器执行存储器中保存的计算机程序时实现所述方法。根据本发明能够解决现有人体走秀动态模拟中容易出现服装网格穿透到人体模型内部的现象的问题。

Description

一种服装模型与人体模型的绑定方法、系统及设备
技术领域
本发明属于布料物理仿真领域，更具体地，涉及一种服装模型与人体模型的绑定方法、系统及设备。
背景技术
在基于物理的布料仿真中，为了能够充分地表现服装试衣效果、使用户能够充分地体验到真实的试衣效果，通常选择在虚拟静态试衣之后进行人体走秀动态模拟。人体走秀动态模拟通常需要引入满足体态要求的人体数字模特，并利用骨骼蒙皮技术实现人体走路的动画帧。在每个动画关键帧中，人体模型的网格顶点在骨骼动画的驱动下实现位置的实时更新，同时穿着在人体模型上的服装模型的位置也需要随人体模型而变化，具体地，服装模型中的服装网格在人体模型的相应人体网格的碰撞下实现位置更新。
然而，在人体走秀动态模拟的过程中，当人体模型的形变过大时，容易出现服装模型中的衣袖、裤管等部位的服装网格穿透到人体模型内部的现象，产生视觉瑕疵，进而给用户带来不好的模拟试衣体验。
发明内容
本发明的目的在于解决现有人体走秀动态模拟中容易出现服装网格穿透到人体模型内部的现象的问题。
为了实现上述目的，本发明提供一种服装模型与人体模型的绑定方法、系统及设备。
根据本发明的第一方面，提供一种服装模型与人体模型的绑定方法，该方法包括以下步骤：
对所述服装模型和所述人体模型进行网格化处理，得到服装网格模型和人体网格模型；
获取当前动画帧下的人体网格模型所在空间的有向距离场；
根据所述有向距离场确定所述服装网格模型中的待绑定的各个目标服装网格顶点；
确定每个目标服装网格顶点与其关联人体网格之间的点面约束关系，所述关联人体网格为所述人体网格模型中的距离相应目标服装网格顶点最近的人体网格；
根据每个关联人体网格在下一动画帧的位置信息和相应的点面约束关系获取相应目标服装网格顶点在下一动画帧的位置信息。
作为可选的是，所述获取当前动画帧下的人体网格模型所在空间的有向距离场包括：
计算当前动画帧下的人体网格模型的AABB包围盒；
对所述AABB包围盒进行体素化处理；
根据所述人体网格模型中的每个人体网格的坐标和体素化的AABB包围盒获取人体网格模型所在空间的有向距离场。
作为可选的是，所述根据所述有向距离场确定所述服装网格模型中的待绑定的各个目标服装网格顶点包括：
根据所述有向距离场确定所述服装网格模型中的各个服装网格顶点的有向距离；
将有向距离小于预定的最小有向距离的服装网格顶点划归为待绑定的目标服装网格顶点。
作为可选的是，所述点面约束关系包括关联人体网格上的相对于目标服装网格顶点的质心坐标，以及目标服装网格顶点与其关联人体网格的最小点面距离。
作为可选的是，设目标服装网格顶点的当前位置为q，关联人体网格为三角形面片且三个顶点为{p0，p1，p2}，则关联人体网格上的相对于目标服装网格顶点的质心坐标为(b0，b1，b2)；
其中：
b0＝1-(c*e-b*f)/det-(a*f-c*d)/det；
b1＝(c*e-b*f)/det；
b2＝(a*f-c*d)/det；
a＝(p1-p0).(p1-p0)；
b＝(p2-p0).(p1-p0)；
c＝(q-p0).(p1-p0)；
d＝b；
e＝(p2-p0).(p2-p0)；
f＝(q-p0).(p2-p0)；
det＝a*e-b*d。
作为可选的是，目标服装网格顶点与关联人体网格的最小点面距离h基于以下公式获取：
h＝norm（q-(b0*p0+b1*p1+b2*p2))
上式中，norm()为求范数函数。
作为可选的是，所述根据每个关联人体网格的在下一动画帧的位置信息和相应的点面约束关系获取相应目标服装网格顶点在下一动画帧的位置信息包括：
根据下一动画帧的骨骼变换矩阵和关联人体网格的当前位置信息获取关联人体网格在下一动画帧的位置信息；
根据关联人体网格在下一动画帧的位置信息获取关联人体网格在下一动画帧的法向量；
根据关联人体网格上的相对于目标服装网格顶点的质心坐标、目标服装网格顶点与关联人体网格的最小点面距离、关联人体网格在下一动画帧的位置信息以及关联人体网格在下一动画帧的法向量获取目标服装网格顶点在下一动画帧的位置信息。
作为可选的是，所述关联人体网格在下一动画帧的位置信息基于以下公式获取：
上式中，M为骨骼变换矩阵，p0、p1和p2为当前动画帧下的关联人体网格的三个顶点，p'0、p'1和p'2为下一动画帧下的关联人体网格的三个顶点；
关联人体网格在下一动画帧的法向量n'基于以下公式获取：
目标服装网格顶点在下一动画帧的新位置q'基于以下公式获取：
q'＝(b0*p'0+b1*p'1+b2*p'2)+n'*h。
根据本发明的第二方面，提供一种服装模型与人体模型的绑定系统，该系统包括以下功能模块：
网格化处理模块，用于对所述服装模型和所述人体模型进行网格化处理，得到服装网格模型和人体网格模型；
有向距离场获取模块，用于获取当前动画帧下的人体网格模型所在空间的有向距离场；
目标服装网格顶点确定模块，用于根据所述有向距离场确定所述服装网格模型中的待绑定的各个目标服装网格顶点；
点面约束关系确定模块，用于确定每个目标服装网格顶点与其关联人体网格之间的点面约束关系，所述关联人体网格为所述人体网格模型中的距离相应目标服装网格顶点最近的人体网格；
目标服装网格顶点位置信息更新模块，用于根据每个关联人体网格在下一动画帧的位置信息和相应的点面约束关系获取相应目标服装网格顶点在下一动画帧的位置信息。
根据本发明的第三方面，提供一种服装模型与人体模型的绑定设备，该设备包括处理器和存储器，所述处理器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现上述任一种服装模型与人体模型的绑定方法。
本发明的有益效果在于：
本发明的服装模型与人体模型的绑定方法，首先，基于当前动画帧下的人体网格模型所在空间的有向距离场确定服装网格模型中的待绑定的各个目标服装网格顶点，其中，目标服装网格顶点为人体走秀动态模拟中容易穿透到人体模型内部的服装网格的顶点；其次，获取每个目标服装网格顶点与其关联人体网格之间的点面约束关系；最后，根据每个关联人体网格在下一动画帧的位置信息和相应的点面约束关系获取相应目标服装网格顶点在下一动画帧的位置信息，以此实现目标服装网格顶点与关联人体网格之间的相对位置绑定，进而有效地解决了解决现有人体走秀动态模拟中容易出现服装网格穿透到人体模型内部的现象的问题。
本发明的服装模型与人体模型的绑定系统以及服装模型与人体模型的绑定设备与上述服装模型与人体模型的绑定方法属于一个总的发明构思，至少具有与上述服装模型与人体模型的绑定方法相同的有益效果，其有益效果在此不再赘述。
本发明的其他特征和优点将在随后具体实施方式部分予以详细说明。
附图说明
本发明可以通过参考下文中结合附图所做出的描述而得到更好的理解，其中在所有附图中使用了相同或相似的附图标记来表示相同或者相似的部件。
图1示出了根据本发明的实施例的服装模型与人体模型的绑定方法的实现流程图；
图2示出了根据本发明的实施例的有向距离场的获取方法的实现流程图；
图3示出了根据本发明的实施例的目标服装网格顶点的确定方法的实现流程图；
图4示出了根据本发明的实施例的目标服装网格顶点与关联人体网格的点面约束关系示意图；
图5示出了根据本发明的实施例的目标服装网格顶点在下一动画帧的位置信息的获取方法的实现流程图。
具体实施方式
为了使所属技术领域的技术人员能够更充分地理解本发明的技术方案，在下文中将结合附图对本发明的示例性的实施方式进行更为全面且详细的描述。显然地，以下描述的本发明的一个或者多个实施方式仅仅是能够实现本发明的技术方案的具体方式中的一种或者多种，并非穷举。应当理解的是，可以采用属于一个总的发明构思的其他方式来实现本发明的技术方案，而不应当被示例性描述的实施方式所限制。基于本发明的一个或多个实施方式，本领域的普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式，都应当属于本发明保护的范围。
实施例：图1示出了本发明实施例的服装模型与人体模型的绑定方法的实现流程图。参照图1，本发明实施例的服装模型与人体模型的绑定方法包括以下步骤：
步骤S100、对所述服装模型和所述人体模型进行网格化处理，得到服装网格模型和人体网格模型；
步骤S200、获取当前动画帧下的人体网格模型所在空间的有向距离场；
步骤S300、根据所述有向距离场确定所述服装网格模型中的待绑定的各个目标服装网格顶点；
步骤S400、确定每个目标服装网格顶点与其关联人体网格之间的点面约束关系，所述关联人体网格为所述人体网格模型中的距离相应目标服装网格顶点最近的人体网格；
步骤S500、根据每个关联人体网格在下一动画帧的位置信息和相应的点面约束关系获取相应目标服装网格顶点在下一动画帧的位置信息。
具体地，本发明实施例中，根据目标服装网格顶点的有向距离确定距离其最近的人体网格。
具体地，本发明实施例通过建立当前动画帧下的目标服装网格顶点与其关联人体网格的点面约束关系，能够计算得到下一动画帧中位置发生变化的关联人体网格所对应的目标服装网格顶点的最新空间位置，进而能够解决现有人体走秀动态模拟中因人体模型的形变过大而导致服装模型中的衣袖、裤管等部位的服装网格穿透到人体模型内部的现象的问题，提高了虚拟服装走秀的真实感。
进一步地，图2示出了本发明实施例的有向距离场的获取方法的实现流程图。参照图2，本发明实施例中，步骤S200所述的获取当前动画帧下的人体网格模型所在空间的有向距离场包括以下步骤：
步骤S210、计算当前动画帧下的人体网格模型的AABB包围盒；
步骤S220、对所述AABB包围盒进行体素化处理；
步骤S230、根据所述人体网格模型中的每个人体网格的坐标和体素化的AABB包围盒获取人体网格模型所在空间的有向距离场。
具体地，本发明实施例中，根据预获取的当前动画帧下的人体网格模型的拓扑信息和各个人体网格顶点的坐标计算当前动画帧下的人体网格模型的AABB包围盒；
对AABB包围盒进行体素化处理具体为：根据AABB包围盒Box的尺寸定义AABB包围盒Box的分辨率，根据定义的AABB包围盒Box的分辨率将AABB包围盒Box所对应的空间划分为大小均匀的立方体。
再进一步地，图3示出了本发明实施例的目标服装网格顶点的确定方法的实现流程图。参照图3，本发明实施例中，步骤S300所述的根据所述有向距离场确定所述服装网格模型中的待绑定的各个目标服装网格顶点包括：
步骤S310、根据所述有向距离场确定所述服装网格模型中的各个服装网格顶点的有向距离；
步骤S320、将有向距离小于预定的最小有向距离的服装网格顶点划归为待绑定的目标服装网格顶点。
具体地，本发明实施例中，将目标服装网格顶点的筛选条件设置为有向距离小于预定的最小有向距离hmin，并通过遍历服装网格模型中的各个服装网格顶点的方式筛选出所有符合筛选条件的目标服装网格顶点，这些目标服装网格顶点即为需要与对应的关联人体网格进行绑定的服装网格顶点。
再进一步地，图4示出了本发明实施例的目标服装网格顶点与关联人体网格的点面约束关系示意图。参照图4，本发明实施例中，所述点面约束关系包括关联人体网格上的相对于目标服装网格顶点的质心坐标，以及目标服装网格顶点与其关联人体网格的最小点面距离。图4中，关联人体网格为三角形面片，p0、p1和p2分别为关联人体网格的三个顶点，q为目标服装网格顶点的当前位置，o为关联人体网格上的相对于目标服装网格顶点的质心，h为目标服装网格顶点与其关联人体网格的最小点面距离，n为关联人体网格的法向量。
具体地，参照图4，本发明实施例中，关联人体网格上的相对于目标服装网格顶点的质心坐标为(b0，b1，b2)，b0、b1和b2均大于或等于0；
其中：
b0＝1-(c*e-b*f)/det-(a*f-c*d)/det；
b1＝(c*e-b*f)/det；
b2＝(a*f-c*d)/det；
a＝(p1-p0).(p1-p0)；
b＝(p2-p0).(p1-p0)；
c＝(q-p0).(p1-p0)；
d＝b；
e＝(p2-p0).(p2-p0)；
f＝(q-p0).(p2-p0)；
det＝a*e-b*d；
目标服装网格顶点与关联人体网格的最小点面距离h基于以下公式获取：
h＝norm(q-(b0*p0+b1*p1+b2*p2)）
上式中，norm()为求范数函数。
再进一步地，图5示出了本发明实施例的目标服装网格顶点在下一动画帧的位置信息的获取方法的实现流程图。参照图5，本发明实施例中，步骤S500所述的根据每个关联人体网格的在下一动画帧的位置信息和相应的点面约束关系获取相应目标服装网格顶点在下一动画帧的位置信息包括：
步骤S510、根据下一动画帧的骨骼变换矩阵和关联人体网格的当前位置信息获取关联人体网格在下一动画帧的位置信息；
步骤S520、根据关联人体网格在下一动画帧的位置信息获取关联人体网格在下一动画帧的法向量；
步骤S530、根据关联人体网格上的相对于目标服装网格顶点的质心坐标、目标服装网格顶点与关联人体网格的最小点面距离、关联人体网格在下一动画帧的位置信息以及关联人体网格在下一动画帧的法向量获取目标服装网格顶点在下一动画帧的位置信息。
再进一步地，本发明实施例中，所述关联人体网格在下一动画帧的位置信息基于以下公式获取：
上式中，M为骨骼变换矩阵，p0、p1和p2为当前动画帧下的关联人体网格的三个顶点，p'0、p'1和p'2为下一动画帧下的关联人体网格的三个顶点；
关联人体网格在下一动画帧的法向量n'基于以下公式获取：
目标服装网格顶点在下一动画帧的新位置q'基于以下公式获取：
q'＝(b0*p'0+b1*p'1+b2*p'2)+n'*h。
相应地，在本发明实施例提出的服装模型与人体模型的绑定方法的基础上，本发明实施例还提出了一种服装模型与人体模型的绑定系统，该系统包括以下功能模块：
网格化处理模块，用于对所述服装模型和所述人体模型进行网格化处理，得到服装网格模型和人体网格模型；
有向距离场获取模块，用于获取当前动画帧下的人体网格模型所在空间的有向距离场；
目标服装网格顶点确定模块，用于根据所述有向距离场确定所述服装网格模型中的待绑定的各个目标服装网格顶点；
点面约束关系确定模块，用于确定每个目标服装网格顶点与其关联人体网格之间的点面约束关系，所述关联人体网格为所述人体网格模型中的距离相应目标服装网格顶点最近的人体网格；
目标服装网格顶点位置信息更新模块，用于根据每个关联人体网格在下一动画帧的位置信息和相应的点面约束关系获取相应目标服装网格顶点在下一动画帧的位置信息。
本发明实施例的服装模型与人体模型的绑定系统，通过建立目标服装网格顶点与关联人体网格的点面约束关系，实现了对走秀过程中衣袖、裤腿等易穿透区域的运动绑定，提升了仿真结果的真实感，提高了人体与布料碰撞仿真效率。
相应地，在本发明实施例提出的服装模型与人体模型的绑定方法的基础上，本发明实施例还提出了一种服装模型与人体模型的绑定设备，该设备处理器和存储器，所述处理器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现本发明实施例提出的服装模型与人体模型的绑定方法。
虽然以上对本发明的一个或者多个实施方式进行了描述，但是本领域的普通技术人员应当知晓，本发明能够在不偏离其主旨与范围的基础上通过任意的其他的形式得以实施。因此，以上描述的实施方式属于示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本发明精神及范围的情况下，对于本技术领域的普通技术人员而言许多修改和替换均具有显而易见性。

Claims (9)

1.一种服装模型与人体模型的绑定方法，其特征在于，包括：
对所述服装模型和所述人体模型进行网格化处理，得到服装网格模型和人体网格模型；
获取当前动画帧下的人体网格模型所在空间的有向距离场；
根据所述有向距离场确定所述服装网格模型中的待绑定的各个目标服装网格顶点；
确定每个目标服装网格顶点与其关联人体网格之间的点面约束关系，所述关联人体网格为所述人体网格模型中的距离相应目标服装网格顶点最近的人体网格；
根据每个关联人体网格在下一动画帧的位置信息和相应的点面约束关系获取相应目标服装网格顶点在下一动画帧的位置信息；
所述根据所述有向距离场确定所述服装网格模型中的待绑定的各个目标服装网格顶点包括：
根据所述有向距离场确定所述服装网格模型中的各个服装网格顶点的有向距离；
将有向距离小于预定的最小有向距离的服装网格顶点划归为待绑定的目标服装网格顶点。
2.根据权利要求1所述的服装模型与人体模型的绑定方法，其特征在于，所述获取当前动画帧下的人体网格模型所在空间的有向距离场包括：
计算当前动画帧下的人体网格模型的AABB包围盒；
对所述AABB包围盒进行体素化处理；
根据所述人体网格模型中的每个人体网格的坐标和体素化的AABB包围盒获取人体网格模型所在空间的有向距离场。
3.根据权利要求1所述的服装模型与人体模型的绑定方法，其特征在于，所述点面约束关系包括关联人体网格上的相对于目标服装网格顶点的质心坐标，以及目标服装网格顶点与其关联人体网格的最小点面距离。
4.根据权利要求3所述的服装模型与人体模型的绑定方法，其特征在于，设目标服装网格顶点的当前位置为q，关联人体网格为三角形面片且三个顶点为{p0，p1，p2}，则关联人体网格上的相对于目标服装网格顶点的质心坐标为(b0，b1，b2)；
其中：
b0＝1-(c*e-b*f)/det-(a*f-c*d)/det；
b1＝(c*e-b*f)/det；
b2＝(a*f-c*d)/det；
a＝(p1-p0).(p1-p0)；
b＝(p2-p0).(p1-p0)；
c＝(q-p0).(p1-p0)；
d＝b；
e＝(p2-p0).(p2-p0)；
f＝(q-p0).(p2-p0)；
det＝a*e-b*d。
5.根据权利要求4所述的服装模型与人体模型的绑定方法，其特征在于，目标服装网格顶点与关联人体网格的最小点面距离h基于以下公式获取：
h＝norm(q-(b0*p0+b1*p1+b2*p2)）
上式中，norm()为求范数函数。
6.根据权利要求5所述的服装模型与人体模型的绑定方法，其特征在于，所述根据每个关联人体网格的在下一动画帧的位置信息和相应的点面约束关系获取相应目标服装网格顶点在下一动画帧的位置信息包括：
根据下一动画帧的骨骼变换矩阵和关联人体网格的当前位置信息获取关联人体网格在下一动画帧的位置信息；
根据关联人体网格在下一动画帧的位置信息获取关联人体网格在下一动画帧的法向量；
根据关联人体网格上的相对于目标服装网格顶点的质心坐标、目标服装网格顶点与关联人体网格的最小点面距离、关联人体网格在下一动画帧的位置信息以及关联人体网格在下一动画帧的法向量获取目标服装网格顶点在下一动画帧的位置信息。
7.根据权利要求6所述的服装模型与人体模型的绑定方法，其特征在于，所述关联人体网格在下一动画帧的位置信息基于以下公式获取：
上式中，M为骨骼变换矩阵，p0、p1和p2为当前动画帧下的关联人体网格的三个顶点，p'0、p′1和p'2为下一动画帧下的关联人体网格的三个顶点；
关联人体网格在下一动画帧的法向量n'基于以下公式获取：
目标服装网格顶点在下一动画帧的新位置q′基于以下公式获取：
q'＝(b0*p'0+b1*p′1+b2*p'2)+n'*h。
8.一种服装模型与人体模型的绑定系统，其特征在于，包括：
网格化处理模块，用于对所述服装模型和所述人体模型进行网格化处理，得到服装网格模型和人体网格模型；
有向距离场获取模块，用于获取当前动画帧下的人体网格模型所在空间的有向距离场；
目标服装网格顶点确定模块，用于根据所述有向距离场确定所述服装网格模型中的待绑定的各个目标服装网格顶点；
点面约束关系确定模块，用于确定每个目标服装网格顶点与其关联人体网格之间的点面约束关系，所述关联人体网格为所述人体网格模型中的距离相应目标服装网格顶点最近的人体网格；
目标服装网格顶点位置信息更新模块，用于根据每个关联人体网格在下一动画帧的位置信息和相应的点面约束关系获取相应目标服装网格顶点在下一动画帧的位置信息；
其中，所述根据所述有向距离场确定所述服装网格模型中的待绑定的各个目标服装网格顶点包括：
根据所述有向距离场确定所述服装网格模型中的各个服装网格顶点的有向距离；
将有向距离小于预定的最小有向距离的服装网格顶点划归为待绑定的目标服装网格顶点。
9.一种服装模型与人体模型的绑定设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述处理器执行所述存储器中保存的计算机程序时实现如权利要求1-7任一项所述的服装模型与人体模型的绑定方法。
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