JP5543962B2 - 着装シミュレーション装置及びシミュレーションプログラム - Google Patents

Description

この発明は着装シミュレーションに関し、特に地の目が異なる複数の生地（パーツ）を接合した衣類の着装シミュレーションに関する。

体型補正用のウエア及びスポーツウエア等で、地の目が異なる複数の生地を縫い合わせることが知られている（特許文献１：JP3924586B）。地の目は生地の配向方向で、織物の場合は例えば縦糸の方向、編物の場合は例えばウェール方向（編成方向に直角な方向）であり、生地は地の目とこれに直角な方向とに配向している。生地の伸縮率は、地の目に沿った方向で最小となる。そして上記の衣類では、所定の場所で所定の方向に沿って衣類の伸縮率を小さくするために、地の目が所定の方向を向くようにカットした生地を、縫合あるいは貼合わせによりベースの生地に接合する。

このような衣類の着装シミュレーションでは、衣類の各部位が人体に対してどのように位置し、衣類がどのように変形して人体にどのような圧力を及ぼすか、を評価することが重要である。このためには生地の変形を正確にシミュレーションする必要があるので、生地の地の目が重要である。また発明者は、生地と生地との接合を、生地の接合線に沿ったポリゴンが互いに辺を共有することとして、表現することを検討した。接合線に沿ってポリゴンが互いに辺を共有すると、ポリゴンを地の目に沿って配列することは難しい。そこで地の目を考慮し、かつ生地間の接合を表現するように、生地をポリゴンに分割する必要がある。

特許文献２は、着装シミュレーションに関して、生地の地の目に言及している。特許文献２では、着装結果を表す画像に地の目を入力すると、地の目が直線状となるようにパターンデータを作成する。しかしながら、特許文献２は、着装シミュレーション後の衣類に地の目を入力することを開示し、地の目を配慮して着装状態をシミュレーションすることを開示していない。また特許文献３：WO2008/16027Aは発明者らが開発した着装シミュレーション技術を開示している。

JP3924586B JP2006-113676A WO2008/16027A

この発明の課題は、複数層の生地を接合した衣類の着装状態を、短時間で正確にシミュレーションすることにある。

この発明の着装シミュレーション装置は、衣類を複数のポリゴンに分割し、各ポリゴンに働く力により各ポリゴンがどのように変形するかをシミュレーションすることにより、衣類の着装状態をシミュレーションする装置であって、
ベースの生地に重ね合わせるように第２の生地を接合する接合線を、複数のポイントに分割するための分割手段と、
ベースの生地及び第２の生地の接合線の内部を各々、各生地の地の目に平行な２辺を有する長方形からなる複数の内部ポリゴンに分割すると共に、ベースの生地の接合線の外部をベースの生地の地の目に平行な２辺を有する長方形からなる複数の内部ポリゴンに分割するための内部ポリゴン発生手段と、
ベースの生地と第２の生地の各々に対して、内部ポリゴンの頂点と接合線のポイントとを接続して、境界ポリゴンを発生させるための境界ポリゴン発生手段とを設けて、
シミュレーション前に、ベースの生地及び第２の生地を複数のポリゴンに分割することを特徴とする。

またこの発明の着装シミュレーションプログラムは、コンピュータにより、衣類を複数のポリゴンに分割し、各ポリゴンに働く力により各ポリゴンがどのように変形するかをシミュレーションすることにより、衣類の着装状態をシミュレーションするプログラムであって、
コンピュータを、
ベースの生地に重ね合わせるように第２の生地を接合する接合線を、複数のポイントに分割するための分割手段と、
ベースの生地及び第２の生地の接合線の内部を各々、各生地の地の目に平行な２辺を有する長方形からなる複数の内部ポリゴンに分割すると共に、ベースの生地の接合線の外部をベースの生地の地の目に平行な２辺を有する長方形からなる複数の内部ポリゴンに分割するための内部ポリゴン発生手段と、
ベースの生地と第２の生地の各々に対して、内部ポリゴンの頂点と接合線のポイントとを接続して、境界ポリゴンを発生させるための境界ポリゴン発生手段、として機能させる。

この発明では、複数層の生地を各々、辺の方向が生地の地の目に直角な長方形からなる複数の内部ポリゴンに分割するので、内部ポリゴンに関するシミュレーションを正確かつ短時間で行うことができる。また接合線のポイントと内部ポリゴンの頂点とを結ぶように境界ポリゴンを発生させるので、接合した複数層の生地は境界ポリゴンの辺、即ち接合線に沿った辺を共有し、接合をシミュレーションで表現できる。このためベースの生地及び第２の生地の双方に対して、正確なシミュレーションを短時間で実行できる。

この明細書において、着装シミュレーション装置に関する記載はそのままシミュレーションプログラムにも当てはまり、シミュレーション方法に関する記載はそのままシミュレーション装置及びシミュレーションプログラムにも当てはまる。

好ましくは、境界ポリゴン発生手段は、接合線の凸角部で接合線の頂点のポイントと該ポイントの両側のポイントとで角部のポリゴンを構成し、かつ重ね合わせた複数層の生地間で、角部のポリゴンを共有させる。これによって、接合線の凸角部で、ポリゴンがシミュレーション過程でばたつくことがなくなり、より短時間で着装状態をシミュレーションできる。

また好ましくは、境界ポリゴン発生手段は、境界ポリゴンの面積を均一化するように境界ポリゴンを編集する。これによって、より正確なシミュレーションを短時間で行うことができる。

実施例の着装シミュレーション装置のブロック図 実施例のシミュレーションでの、生地の縫合過程を示すフローチャート 実施例のシミュレーションでの、力学シミュレーション過程を示すフローチャート 縫合する２枚の生地を模式的に示す図 実施例での、縫合する生地に発生させたポリゴンを示す図 実施例で２枚の生地に発生させたポリゴンを生地の断面方向に沿って示す図 実施例で、凸角部以外の縫合線での辺を共有するポリゴンを示す図 実施例での凸角部のポリゴンを示す図 参考例での凸角部のポリゴンを示す図 実施例での、ポリゴン間の張力を示す図 実施例での、境界ポリゴンの編集を示す図

以下に、発明を実施するための最適実施例を示す。この発明の範囲は、特許請求の範囲の記載に、周知技術による変更の可能性を加味して解釈されるべきである。

図１〜図１１を参照して実施例を説明する。図１において、２は着装シミュレーション装置で、４はバス、６はマニュアル入力で、例えばキーボード、マウス、スタイラス、ジョイスティック、トラックボールなどであり、８はカラーモニタである。１０はカラープリンタ、１２はＬＡＮインターフェース、１４は外部記憶で、例えば着装シミュレーションプログラムを記憶した記憶媒体である。２０はＣＰＵで、単一のＣＰＵでも複数のＣＰＵでもよく、２２はメモリで、画像データとデータ及びデザインプログラムとシミュレーションプログラムなどを記憶する。また生地の地の目に沿った弾性率及び地の目に直角な方向の弾性率、生地相互の摩擦係数、人体モデルと生地との摩擦係数、生地の密度等の、生地の力学的特性は、メモリ２２に記憶する。

着装シミュレーション装置２のユーザは、マニュアル入力６，ＬＡＮインターフェース１２，外部記憶１４などから衣類のパターンデータを入力し、ＣＰＵ２０は、メモリ２２を用いて、入力されたパターンデータを処理し、カラーモニタ８及びカラープリンタ１０などから出力する。そしてユーザはパターンデータをさらに編集できる。着装シミュレーション装置２を用いて、ユーザはスポーツウェアあるいは補正下着などの衣類をデザインし、次いで人体モデルへの着装状態をシミュレーションすることにより、デザインされた衣類の効果を確認する。これらの衣類では、ベースとなる生地に、地の目に沿った伸縮性が低い生地を縫合もしくは接着剤などで接合する。伸縮性の低い生地は衣類の変形を制限するので、体型を補正し、姿勢を維持し、もしくは人体を加圧するなどの効果を持つ。

シミュレーションを短時間で正確に行うため、ベースの生地と縫合する生地とを各々ポリゴンに分割し、縫合線に沿って異なる生地のポリゴン間で辺を共有させ、かつ縫合線から離れたエリアでは地の目に沿ってポリゴンを配列する。ポリゴンの辺の共有は縫合を表し、地の目に沿ったポリゴンの配列は正確なシミュレーションを可能にする。後に示すように、縫合線の凸角部で生地間でポリゴン自体を共有することにより、凸角部のばたつきを防止する。以下では、接合を例えば縫合として説明する。

３０はポリゴン発生部で、接合する複数の生地を複数のポリゴンに分割する。ポリゴン発生部３０のサブユニットである縫合線記憶部３１は縫合線を記憶し、縫合線はマニュアル入力６，ＬＡＮインターフェース１２，外部記憶１４などから、パターンデータの一部として入力される。また縫合線記憶部３１は生地の地の目を記憶する。縫合ポイント発生部３２は縫合線上に複数の縫合ポイントを発生させ、縫合ポイントはポリゴンの頂点配置の初期値で、好ましくは縫合ポイントは縫合線上に等間隔で発生させる。凸角検出部３３は縫合線の凸角、即ち縫合線の凸状の角部を検出し、縫合線の頂点で、頂点の両側の２辺が成す角が３０°以上〜１２０°以下のものを凸角として検出する。凸角の頂点に、縫合ポイント発生部３２で縫合ポイントを発生させ、頂点の両側の２つのポイントと合わせて３ポイントで角部ポリゴンとする。

内部ポリゴン発生部３４は、縫合する各生地に対して、縫合線から離れた部分に、四角形、好ましくは長方形で、特に正方形の内部ポリゴンを発生させ、内部ポリゴンと内部ポリゴンとの間の辺は地の目に直角とし、例えば地の目に沿って正方形等のポリゴンを配列する。境界ポリゴン発生部３５は、内部ポリゴンの頂点と縫合ポイントとを頂点とする境界ポリゴンを発生させる。内部ポリゴンの頂点と縫合線との距離が大きい場合、面積の大きな境界ポリゴンが発生するので、境界ポリゴン発生部３５は、中間にポリゴンの頂点を追加し、境界ポリゴンを分割する。境界ポリゴン発生部３５では、内部ポリゴンと縫合線との間のスペースを複数のポリゴンに分割し、各境界ポリゴンの面積を均一化する。面積が大きなポリゴンはシミュレーションの精度を粗くする。

細長いポリゴン及び扁平なポリゴンでは正確なシミュレーションを行うことができないので、所定の範囲よりも小さな頂角を持つポリゴン及び大きな頂角を持つポリゴンを発生させないようにする。ポリゴンの３辺の長さが求まると、最も長い辺の長さと中間の辺の長さとの比、及び最も短い辺の長さと中間の辺の長さとの比から、頂角を推定できるので、これらの比が１を中心とした所定の範囲、例えば１.８〜０.６の範囲にあるか否かを検出する。すると頂角が大きすぎるポリゴン及び頂角が小さすぎるポリゴンを検出できる。そして頂角が不適切な境界ポリゴンが生じると、境界ポリゴンの配置を編集して、妥当な形状の境界ポリゴンに置き換える。内部ポリゴンは四角形であるが、境界ポリゴンは三角形でも四角形でも良い。

着装シミュレーション部３６は、ポリゴン発生部３０で複数のポリゴンに分割した仮想的な衣類、具体的にはシミュレーション装置２上の衣類のデータに対し、人体モデルへの着装状態をシミュレーションする。シミュレーションは力学的なシミュレーションで、各ポリゴンに働く重力、ポリゴンの変形に伴うポリゴン間の弾性力、人体モデルからポリゴンに働く反発力、ポリゴン間及びポリゴンと人体モデルとの摩擦力などを考慮し、シミュレーションする。シミュレーションでは、衣類を人体モデルに対し初期的に着用させ、各ポリゴンに働く力によってポリゴンを変形させながら、安定状態までシミュレーションする。なお着装シミュレーション自体は、特許文献３（WO2008/16027A）等により公知である。

着装状態をシミュレーションすると、各ポリゴンがどのように変形し、人体モデルに対しどの位置にあるかが分かる。ポリゴンの変形と位置とから、衣類が人体モデルに及ぼす力も分かる。また人体モデルの姿勢を変えてシミュレーションすると、衣類の効果がより詳細に判明する。

図２に衣類のポリゴンへの分割を、図３に着装シミュレーションを示す。ユーザはマニュアル入力６などから用いる各生地（パーツ）の形状と特性を入力し、特性には地の目に沿った方向の弾性率及びこれに直角な方向の弾性率、ポリゴン相互の摩擦係数、人体モデルとの摩擦係数、生地の密度などがある（ステップ１）。そしてユーザは、マニュアル入力６などにより、カラーモニタ８上にデザインを表示しながらパーツを配置し、縫合線を入力し、あるいはパーツ間の境界を縫合線とする（ステップ２）。パターンデータを確認し、この間にパーツの形状と配置をユーザが確認すると、縫合ポイント発生部３２は縫合線上に例えば等間隔で縫合ポイントを発生させる。縫合ポイントは縫合線上のポリゴンの頂点位置の初期値で、縫合ポイントは異なるパーツのポリゴン間で頂点として共有される（ステップ３）。なお例えば３枚の生地を同じ縫合線で縫合する場合、縫合ポイントは３枚の生地の間で共有される。

凸角検出部３３は、縫合線の頂点で、頂点の両側の２辺が成す角が例えば３０°以上〜１５０°以下のものを検出する。そして縫合ポイント発生部３２は縫合線の頂点に縫合ポイントを付与し、境界ポリゴン発生部３５は縫合線の頂点と両側の２頂点とで三角形のポリゴン(角部ポリゴン）を発生させ、このポリゴンを縫合される複数のパーツ間で共有させる（ステップ４）。内部ポリゴン発生部３４は、縫合線から離れたパーツのエリア、即ち各生地の縫合線から１ポリゴン分に相当する距離以上内側と、ベースの生地に対しては前記以外に、縫合線から１ポリゴン分に相当する距離以上外側にあるエリアに対し、内部ポリゴンを発生させる。内部ポリゴンは例えば正方形で、より一般的には長方形で、内部ポリゴンを地の目に沿って配列する（ステップ５）。

境界ポリゴン発生部３５は、凸角部のポリゴンを発生させると共に、内部ポリゴンの頂点と縫合線の縫合ポイントとを結ぶように境界ポリゴンを発生させる。ここで境界ポリゴンは面積がほぼ一様で、かつ極端に小さな頂角あるいは極端に大きな頂角を持たないことが好ましい。このため内部ポリゴンと縫合線との間隔が大きなエリアでは、中間に頂点を追加して、大きなポリゴンを分割し、縫合線の頂点と内部ポリゴンの頂点との結び方を変えて、不適切な頂角を持つポリゴンが生じないようにする（ステップ６）。

図４に生地４０，４７の配置例を示し、ベースとなる生地４７の裏もしくは表に、地の目あるいは弾性率等が異なる生地４０を縫合する。

図５に生地４０側のポリゴン分割を示す。４１は縫合線で、生地４０でも生地４７でも共有される線で、縫合線４１上に例えば等間隔に縫合ポイント４２が配置され、縫合線の頂点には必ず縫合ポイントが配置される。４３は角部ポリゴンで、ポイント５１は縫合線の頂点であるが、頂点の両側の２辺の角が１５０°超なので、凸角部とは見なさない。４５は生地４０に対する地の目線で、この方向の伸縮率が低く、これに直角な方向では伸縮率が高い。４８は生地４７に対する地の目線で、同様に地の目線４８とこれに直角な方向とで伸縮率が異なる。

４４，４９は縫合線４１と内部ポリゴンとの間の境界ポリゴンで、４６，５０は内部ポリゴンで、形状は四角形で、基本的には正方形である。そして内部ポリゴン４６，５０は地の目線４５，４８に沿って配列され、地の目線に沿った一対の内部ポリゴン４６，４６は、地の目線に直角な方向の辺を共有する。生地４７でのポリゴン分割の例を図５の左下に示し、縫合線４１の両側に境界ポリゴン４９，５２を設け、縫合線４１から離れたエリアに内部ポリゴン５０を発生させる。

図６に、生地４０，４７の断面に沿ってポリゴンの配置を示す。生地４７では縫合線４１の両側に境界ポリゴン４９，５２を配置し、縫合線４１の内側及び外側に対して、境界ポリゴン４９．５２の外側に、内部ポリゴン５０，５４を配置する。内部ポリゴン５０，５４は長方形で、好ましくは正方形である。生地４７では端部を除いて初期的に内部ポリゴン５４を配列しておき、縫合線４１の内側と周囲とに対して、内部ポリゴン５４を、境界ポリゴン４９，５２及び内部ポリゴン５０で置き換える。

図７に縫合線４１に沿った辺の共有を示し，P1〜P3は縫合ポイントで、一方の生地で境界ポリゴン６０〜６２を発生させ、他方の生地で境界ポリゴン６３〜６５を発生させる。ポリゴン６０，６３間で辺P1-P2が共有され、ポリゴン６２，６５間で辺P2−P3が共有され、ポリゴン６１，６４間で頂点P2が共有される。

図８に角部ポリゴン４３のモデルを示し、その３頂点P4〜P6が複数の生地間で共有される。図９に参考例として角部ポリゴン４３を生地間で共有しない例を示し、例えば一方の生地に対して頂点P7を追加し、角部にポリゴン７１，７２を設ける。すると頂点P7は他方の生地に接合されず、他方の生地に固定されていないので、ポリゴン７１，７２がばたつく運動が可能になり、シミュレーションの収束を妨げる。これに対して図８のように、角部ポリゴン４３を生地間で共有すると、縫合線の凸角部でのばたつきを防止し、短時間でシミュレーションを収束させることができる。

図３に着装シミュレーションのアルゴリズムを示し、ステップ１１で各ポリゴンに働く力を求め、ステップ１２で求めた力によりポリゴンを運動させ、ステップ１３でポリゴンが定常状態にあるか否かを判断し、定常状態にあればシミュレーションを完了し、定常状態でなければシミュレーションを続行する。ステップ１４で、衣類の人体モデルへの着装状態をカラーモニタなどに表示し、各パーツ（生地）がどのように変形し、衣類から人体にどのように締め付け力（着圧）が加わっているかなどを表示する。またこの時、人体モデルの姿勢を複数種類に変えて着装シミュレーションを行うと、人体の姿勢により衣類からどのような力が加わるかも表示できる。

図１０はポリゴンに加わる力を模式的に示し、内部のポリゴン８０は地の目線４５に沿った前後のポリゴン８１，８２とバネで接続され、地の目に直角な方向でもポリゴン８３とバネで接続され、さらに境界ポリゴン８４ともバネで接続されている。これらの接続の内で、ポリゴン８１〜８３との接続は地の目の接続あるいはこれに直角な方向の接続で、弾性力を簡単に求めることができる。これに対して境界ポリゴン８４との接続は地の目線４５に対して斜めであるため、地の目方向の力とこれに直角な方向の力の２成分を同時に考慮せねばならず、シミュレーションが複雑になる。また境界ポリゴン８４と左右の境界ポリゴン８５，８６の接続でも、地の目に沿った力とこれに直角な方向の力とを考慮するため、シミュレーションが複雑になる。正方形あるいは長方形の内部ポリゴンを発生させることにより、シミュレーションを短時間で正確に実行できるようにする。

図１１に境界ポリゴンの分割を示し、例えば内部ポリゴン９０，９１と境界線４１との間に境界ポリゴン９２〜９４を発生させたとする。なおP12，P13は縫合ポイントである。境界ポリゴン９２〜９４は細長いもしくは扁平で、かつ境界ポリゴン９３，９４は面積が大きすぎる。そのため境界ポリゴンの配置を図１１の右側にように編集し、面積を均一に近づける。また頂点１００を追加し、面積の大きすぎる境界ポリゴン９４を分割する。これらの処置では、縫合ポイントは移動させずに境界ポリゴンを編集するが、縫合ポイントを移動させて編集しても良い。

実施例では２枚の生地を縫合する場合を例としたが、３枚以上の生地を縫合する場合も同様である。また実施例ではベースとなる生地４７は配向性が低く、生地４０では配向性が高いとしたが、同じ材質の生地を重ね合わせて縫合しても良い。また対象となる生地は織地でも編地でもかまわない。

実施例では以下の効果が得られる。
(1) 縫合ラインに沿って縫合ポイントを結ぶ辺を複数の生地のポリゴン間で共有することにより、縫合のモデルが得られる。
(2) 凸角の部分でポリゴンを複数の生地間で共有することにより、縫合線の凸角でのばたつきを防止できる。
(3) 生地の内、縫合線から離れた部分を内部ポリゴンに分割することにより、力学シミュレーションが容易になる。
(4) 内部ポリゴンと縫合線との間を境界ポリゴンで分割することにより、縫合線の形状を尊重しながら、生地全体を分割できる。
(5) 境界ポリゴンの面積を均一化し、好ましくはさらに頂角が小さすぎるもしくは大きすぎる境界ポリゴンが生じないように、境界ポリゴンの形状を編集する。これによって正確なシミュレーションができる。
(6) ベースの生地４７と生地４０の双方に対して、境界ポリゴンと内部ポリゴンへの分割等を行うため、生地４０，４７の双方に対して、正確なシミュレーションができる。

２ 着装シミュレーション装置 ４ バス ６ マニュアル入力
８ カラーモニタ １０ カラープリンタ
１２ ＬＡＮインターフェース １４ 外部記憶 ２０ ＣＰＵ
２２ メモリ ３０ ポリゴン発生部 ３１ 縫合線記憶部
３２ 縫合ポイント発生部 ３３ 凸角検出部
３４ 内部ポリゴン発生部 ３５ 境界ポリゴン発生部
３６ 着装シミュレーション部 ４０，４７ 生地
４１ 縫合線 ４２ 縫合ポイント ４３ 角部ポリゴン
４４，４９ 境界ポリゴン ４５，４８ 地の目線
４６，５０ 内部ポリゴン ５１ 縫合ポイント
５２ 境界ポリゴン ５４ 内部ポリゴン
６０〜６５ 境界ポリゴン ７１，７２ ポリゴン
８０〜８６ ポリゴン ９０〜９８ ポリゴン １００ 頂点
P1〜P13 頂点

Claims (4)

1. 衣類を複数のポリゴンに分割し、各ポリゴンに働く力により各ポリゴンがどのように変形するかをシミュレーションすることにより、衣類の着装状態をシミュレーションする装置であって、
   ベースの生地に重ね合わせるように第２の生地を接合する接合線を、複数のポイントに分割するための分割手段と、
   ベースの生地及び第２の生地の接合線の内部を各々、各生地の地の目に平行な２辺を有する長方形からなる複数の内部ポリゴンに分割すると共に、ベースの生地の接合線の外部をベースの生地の地の目に平行な２辺を有する長方形からなる複数の内部ポリゴンに分割するための内部ポリゴン発生手段と、
   ベースの生地と第２の生地の各々に対して、内部ポリゴンの頂点と接合線のポイントとを接続して、境界ポリゴンを発生させるための境界ポリゴン発生手段とを設けて、
   シミュレーション前に、ベースの生地及び第２の生地を複数のポリゴンに分割することを特徴とする、着装シミュレーション装置。
2. 境界ポリゴン発生手段は、接合線の凸角部で接合線の頂点のポイントと該ポイントの両側のポイントとで角部のポリゴンを構成し、かつ重ね合わせた複数層の生地間で、角部のポリゴンを共有させることを特徴とする、請求項１の着装シミュレーション装置。
3. 境界ポリゴン発生手段は、境界ポリゴンの面積を均一化するように境界ポリゴンを編集することを特徴とする、請求項１または２の着装シミュレーション装置。
4. コンピュータにより、衣類を複数のポリゴンに分割し、各ポリゴンに働く力により各ポリゴンがどのように変形するかをシミュレーションすることにより、衣類の着装状態をシミュレーションするプログラムであって、
   コンピュータを、
   ベースの生地に重ね合わせるように第２の生地を接合する接合線を、複数のポイントに分割するための分割手段と、
   ベースの生地及び第２の生地の接合線の内部を各々、各生地の地の目に平行な２辺を有する長方形からなる複数の内部ポリゴンに分割すると共に、ベースの生地の接合線の外部をベースの生地の地の目に平行な２辺を有する長方形からなる複数の内部ポリゴンに分割するための内部ポリゴン発生手段と、
   ベースの生地と第２の生地の各々に対して、内部ポリゴンの頂点と接合線のポイントとを接続して、境界ポリゴンを発生させるための境界ポリゴン発生手段、として機能させる着装シミュレーションプログラム。

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