CN1407511A

CN1407511A - 三维服装产品开发的系统

Info

Publication number: CN1407511A
Application number: CN01132998A
Authority: CN
Inventors: 袁铭辉; 王昌凌; 郑家杰
Original assignee: Individual
Current assignee: Wang Changling; Yuan Minghui; Zheng Jiajie
Priority date: 2001-09-08
Filing date: 2001-09-08
Publication date: 2003-04-02

Abstract

本发明涉及一种用于计算机三维服装产品开发的系统，通过特征关联的技术很好体现了服装和人体之间的空间关系。本发明系统主要功能包括：三维服装快速成型及设计、三维服装修改、虚拟试衣。在系统里，在人体模型上可直接定义一整套符合时装设计的特征线，所以用本发明系统，设计师可以直接在三维的人体上设计和修改裁片。同时这也正是我们和一般人体造型软件的最大的区别。

Description

三维服装产品开发的系统

技术领域

本发明涉及一种用于三维服装设计和修改的方法、一种虚拟试衣方法和用于实施上述方法的系统。

背景

现在服装界所使用的CAD软件主要基于二维技术的。而把先进的三维技术引入服装设计领域相信一定会大大的提高服装设计效率，促使有更多更新的精彩设计出现。

设计是一个产品生命周期中的一个举足轻重的环节。据量化的估计，设计在一个产品的中成本中所占的比例通常要超过75％。因此提供一个好的设计工具给设计师就显得尤为重要。研究表明，现在的服装设计师大多数习惯使用二维手绘输入的方法来进行时装设计。而现有的商品化的几何造型的软件虽然提供了大量的造型工具，但是这些工具往往只是对细节设计来说比较实用。而缺乏对概念设计的支持。因此提供一个支持手绘输入的造型工具，会有相当的吸引力。

发明内容

本发明技术正是提供了这样的一个系统。具体来说，本发明核心技术包括两个部分：1)一种借助二维输入构建三维服装模型的算法。2)一种三维服装仿真的算法。本发明系统可以基于多种平台：普通PC，最好带手写板(图1a)，支持屏幕直接手写输入的微机系统(图1b)或便携机掌上机(图1c).

本发明与一般的三维设计软件主要的不同在于本发明系统是基于人体模型特征的专用的服装设计系统。本发明系统通过特征关联的技术很好体现了服装和人体之间的空间关系。本发明系统主要功能包括：三维服装快速成型及设计、三维服装修改、虚拟试衣。在系统里，在人体模型上可直接定义一整套符合时装设计的特征线，所以用本发明系统，设计师可以直接在三维的人体上设计和修改裁片。同时这也正是我们和一般人体造型软件的最大的区别。

用二维手绘输入进行三维服装设计的过程大体可以分为以下五个步骤：1)用二维输入创建三维的服装模型。2)任意曲面的延展。3)用二维的切割线切割曲面。4)通过二维输入的方法调节曲面光顺。5)定义分割线，把三维面展开成二维片。

虚拟试衣仿真模块可以提供以下几个子功能模块：1)具有真实感的纹理仿真效果显示。2)透明显示模式。通过把衣服的雾化处理，可以让人更加直观的看到衣服和人体之间的关系。3)应力分布的现实。这种模式可以让人看到衣服的各部分的松紧程度。

以上个模块均可以在各种硬件平台上实现，包括普通PC，最好带手写板(图1a)，支持屏幕直接手写输入的微机系统(图1b)，or便携机掌上机(图1c)。

附图简要描述

图1为显示实现三维服装设计所需要的硬件设备；

图2为本系统的结构的流程图；

图3为在人体模型上以二维手绘的服装快速成型及设计系统的概况图；

图4a为图3的C1处的截面图，显出手绘输入的指定衣服和人体间的空位；

图4b为图3的C1处的截面图，显出手绘输入的指定衣服和人体间的空位；

图5为将图3生成的服装用轮廓构建三维曲面的图；

图6显出以图5生成的服装用曲面扩展实现服装的三维的三维修改的步骤图；

图7a-c为二维手绘延展成三维的步骤图；

图7d-f为另一二维手绘延展成三维的步骤图；

图8a为曲面延展第一步骤的示图，其中显示在网格上创建基曲线；

图8b为曲面延展第二步骤的示图，其中投影延展线；

图8c为曲面延展第三步骤的示图，扫掠基曲线；

图8d为曲面延展第四步骤的示图，其中显示将连接图8C生成的相邻曲线的图；

图9为将图6生成的服装切割的图；

图10显示帽子以二维输入来完成光顺化的步骤图；

图11显示基本的网格变换方法的步骤图；

图12显示定义衣服的分割线的图；

图13为把衣服分解成一个个裁片的图；

图14显示三维虚拟试衣的图。

系统实现的详细描述

图1给出了系统所需的硬件设备。系统的平台可以是：有手写输入装置1d的普通PC1(图1a)，支持屏幕直接手写输入2a的微机系统2(图1b)，掌上机3(图1c)。用户可以通过这些设备来输入二维的曲线。

图2描述了系统的结构的流程图。系统可以有三个部分组成：人体模型的建立S1、衣服的设计S2、虚拟试衣仿真S3。人体模型11可以用不同的方法建立，例如：(三维)激光扫描12、照片输入13、尺寸表14或其他方法。而人体上的特征线可以根据用户的不同需要来定义/修改。

系统支持用二维手绘来建立三维的服装模型，包括用户输入人体模型和其所需的特征线，建立服装的表面模型，继而借用延展，剪切，光顺化等工具修改服装模型，服装的二维纸板的分割线可以通过手绘输入和定义，从而产生二维纸板，整个流程是基于图3-13的原理，我们将在稍后讨论。

在虚拟仿真模块S3，最后的衣服的可以以纹理、半透明、应力分布三种模式显示，如图14所示。

在图3a中，带有特征线的人体模型M可以从人体数据库中选取。人体模型是带有特征线信息的网格模型，例如图中C1(胸部)、C2(腰部)就是定义好的特征线。这样可以建立由网格面构成的人体模型。

每条特征线都有自己编号。在选择特定人体模型后，用户还可以选择特定衣服的拓扑图。这些拓扑图具有人体模型限定特征线的相应关系。拓扑图上的边线(例如图3b的C3、C4)作为相应人体的特征线C1、C2的设计形状。同样，边线C3、C4的形状也可以让用户通过二维输入来修改。如图3b所示用户用二维的轮廓来描述衣服。

用户也可在图3b上选择人体模型或衣服轮廓线的截面。如图4a、4b中的截面可以清楚看出衣服在C1(胸部)、C2(腰部)的空位，它表示衣服轮廓线C3、C4和人体截面之间的空间Δ的关系。衣服轮廓线可以由用户以二维手绘输入，从而限定/修改衣服轮廓线和人体截面之间的空间。其中C3和C4是衣服的截面线，C1和C2是人体的特征线或人体的边界线。Δ为衣服和人体间的空位。

图5给出了从廓线和拓扑图服装快速成型的过程。当廓线的几何形状在拓扑图上被指定/修改后，可以运用现有技术人员熟知的变量化细分算法(variational subdivision scheme)A1来构建三维网格曲面，从而生成的曲面可以很好的吻合给出的轮廓线。在图5b和c分别给出了新构造的曲面(如背心k)的明暗图和网格图。

在图6，用二维输入的形式来做如图5生成的曲面的延展。由此可以进行服装的三维修改，例如将背心k被延展成裙子m。首先在三维背心k加上二维的裙子延展线l1，然后以下文将会描图7和8中的的三维修改而生成网格裙子m，同样地加上二维延展线l2、l3、l4分别生成三维网格的左袖n、右袖o和衣领p。与现在其他的所有的其他系统的都不同的是，在本发明系统中所有这些操作都是在三维空间上完成。该延展容许画一条曲线并从指定的网格曲面延展一个曲面。

以下根据图7a-c作描述。首先，如图7a和d中，用户可以在一个三维物体上画一条封闭的曲线C5或C5’。然后用户可以通过旋转把这个封闭的曲线转到一边，再画一条轮廓线C6或两条C6’，就可以把原来的物体上延展出来。同样还可以用扫掠的方法生成曲面。图7b和e是曲面延展的结果，图7c和f是将图7b和e的网格表示图。延展的方向与物体的表面的方向垂直，但不一定与屏幕平行。而这整个过程只需要用户输入很少的几笔(stroke)(如图7A，两笔可以构成一个封闭的曲面；如图7D，三笔可以构成一个不封闭的曲面)，而且过程也很简洁，如图8a，8b，8c，and 8d的4步骤或可参见本申请人的公开文件(由美国ASME公开的文件号DETC2001/CIE-21305)。

1)创建基本线C7-图8a中投影二维曲线C7(相应于图7中的线C5)到原有物体网格面上，限定与原有物体网格相交的三角面上的节点N2，后然将没与原有物体网格相交的三角面的内部节点N1根据各自三角，重新进行三角化，以限定内部节点N1也在新形成的三角线段上；

2)投影延展线-图8b中将屏幕平面P2上的手绘线C8’、C9’投影到平面P1上得到三雏的延展曲线C8、C9(相应于图7的线C6)，如输入手绘线是一条线，如图7中的一条线C6，则创建一封闭曲面；而如输入手绘线是两条线，如图7中的两条线C6’，则创建一个不封闭曲面。

3)扫掠基曲线-图8c中沿着延展线C9的垂直方向，把基曲线C8做扫掠操作，从而在截面上保持与曲线C10的吻合。

4)通过连接(在图8c中曲线C10的中)两条相邻曲线C11和C12，而得到新的网格，即与相应图8a的基本线上节点N1、N2在图8d为在C10的节点P1，P2...Pn而在C11为Q1，Q2...Pn，它们相连成网格曲面。

图9a-f是用二维输入进行切割操作的结果。和延展操作操作一样，这些操作都是作用在三维空间。因此使用这样系统可以设计出更加“合身”的衣服。例如，当设计师三维修改裙子的其他的部分时，裙子/下摆却始终会保持在同一个平面上。而二维的裁片制作，却很难做到这一点。

本发明的切割操作只需要输入两笔(stroke)：首先定义切割线C12，然后指定切割线哪一边的网格部分应该被拿走。输入第一笔是二维曲线，把它沿着视角方向投影到三维的网格曲面上。然后根据投影曲线，对网格表面重新进行三角化。第二笔被投影到曲面上来选择切割线左或右边需要除掉。这样切割线左或右边的三角从网格曲面是除掉，就得到了所要曲面了。例如图9a是圆颈衣服，加入切割V形颈的切割线C12后，再进行三维切割后形成图9b的V颈衣服，及后加上图9c的斜裙边切割线C12’，和再加入图9e的露背切割线C12”后，分别形成图9d的斜裙边和图9f的露背衣服。

图10a-d给出了进行曲面光顺结果的步骤，图中帽子H上的折被光顺了。首先用手绘笔选取需要光顺化的区域A。本发明光顺算法是修整(fairing)和重新网格(remesh)的结合。离散修整(Discrete fairing)是用来最小化区域的能量。在修整(fairing)的过程中，对每个定点运用了伞式(umbrella)操作符。而在重新网格(remeshing)的过程中，我们针对网格的拓扑结构进行了优化。分别根据一些标准去优化网格，使用了由图11b-d所示三种优化算子：边缘分拆(edge split)、边缘塌下(edge collapse)、边缘交换(edge swap)。其中fi表示为需要进行光顺处理的三角片，i为1、2、3...等，例如本发明算法可以保证所有的边长大于某个指定值并具有接近规范化的边长。详细也可参考申请人的公开文件(由美国ASME公开的文件号DETC2001/CIE-21305)。

图12a示出了未加入多条分割线的衣服，而图12b示出了用户指定了多条分割线C13，而图13中，根据这些分割线C13把衣服划开成如图13b的多个布片。其中三维的布片可以基于公知的能量的方法来展平的。这些展平后的裁片就可以用来加工/生产了。分割线是用户输入输入的二维线通过投影以后得到的。到分割线确定以后，对曲面进行重新网格(remeshing)。由分割线所新生成的边就是分割后衣片的边界。

图14所展现的是三维试衣模块。在图14a的明暗模式下，可以看到衣服穿在人身上的效果。在图14b的半透明的模式下，可以看到衣服和人体间的空间关系。在图14c的应力显示模式下，可以看到衣服各部分的松紧程度。这几种显示模式都是基于三维着色(rendering)程序库(例如OPENGL)的功能而实施的。对于明暗模式，每个定点的法矢被计算，然后加上了光线。半透明的显示效果是把衣服的曲面的阿尔法(alpha)值设为0.5，该阿尔法(alpha)值为着色程序库中的半透明系数。对于曲面的力学模型，其在衣服的网格曲面上设定了质量弹性系统(mass-spring system)。从而重力也被考虑其中。在处理了衣服和人体间的碰撞监测的因素后，可以得出网格曲面的每个顶点的应力值。然后，为使用户清楚和简单地看见其应力分布图，故用红色代表最大值，蓝色代表最小值，中间颜色插值计算。从而得到了应力分布图。

Claims

1.一种用于三维服装设计的方法，其包括：

-用二维手绘输入构建三维服装模型，其中选择人体模型和其相关的特征线，并以手绘输入二维笔以构建衣服的三维曲面；

-输2二维笔来做曲面的延展，由此可以进行服装的三维修改；

-输入二维笔来进行曲面切割操作；

-输入二维笔来在指定区域进行曲面光顺操作；

-输入指定二维分割线，以基于能量分布把三维的片展平。

2.一种虚拟试衣方法，以看到衣服穿在三维人身模型上的效果，其包括：

选择三维人体模型；

输入衣服的三维设计，并将其加入在人体模型上；

将衣服的三维设计图半透明化，以显示衣服和人体之间的空间关系；

测出衣服与人体模型之间应力，以显示衣服各部分的松紧程度。

3.用于实施如权利要求1或2的方法的系统，其包括以下几个模块：

-普通PC及周边设备；

-具体用二维手写输入进行三维服装设计、修改并可进行三维的虚拟试衣的软件系统。