JPH0844785A - 衣服の立体形状形成方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 衣服の人体着用状態を実際に衣服に仕立てる
ことなく立体的な衣服形状を評価し、修正すること。 【構成】 衣服の布特性と布の動きを計算によりコンピ
ュータグラフィックス化し、係る形状変化から衣服の着
用状態を評価し、修正することが可能な立体裁断をシュ
ミレーションする動的な布形状を形成する方法におい
て、ＫＥＳデータを用いて、且つ人体と布及び布と布と
の衝突を検出処理する計算を備え、布の運動方程式の解
を反復修正することにより着用状態を予測表示する衣服
の立体形状形成方法。図に実際の衣服との比較を示すた
めに、女性モデルが実衣服をきた写真Ａと３次元計測し
た実測値から作成した３次元形状表示Ｂと本発明による
衣服形状計算方法によって予測表示した結果Ｃとを示
す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、衣類の設計、製造工程
における型紙の設計から、生地の裁断、縫製、試着、型
紙の修正までの課程を計算によりシミュレーションする
ための動的な布の形状形成方法に関するものである。さ
らに詳しくは、衣服の人体着用状態を実際に衣服に仕立
てることなく立体的な衣服形状を評価、修正することが
できるものである。また本発明は、アニメーションやコ
マーシャルフイルムの登場人物の衣服の作成や布状物体
の変形によるイメージの作成、ＴＶ電話での衣服の合成
などにも利用できる。

【０００２】

【従来の技術】衣服の着用状態もしくは仕立て上がり状
態を予測表示する装置としては、特開昭５５−９３８０
８号公報「衣服の仕立て上がり状態表示方式」特開昭５
９−１０６０６８号公報「服飾デザイン表示装置」、特
開昭５９−１９９８０２号公報「ベストドレスティーチ
ャー」特開平２−２９２６７５号公報「ドレスコーティ
ネイト方法」などがある。これらは計算機を利用して衣
服形状並びに仕立て上がりをディスプレイ上に表示さ
せ、その衣服形状や着用時の出来映えを評価するために
考案されたものと言える。これらの方法、装置に共通し
ていえることは、布地のもつ力学的な特性（引張り特
性、曲げ特性、せん断特性など）が考慮されておらず、
寸法の整合性をチェックするために幾何学的形状を変更
している方法によるものが中心的である。

【０００３】一方、布形状さらには衣服形状を物理的な
法則に従って計算する手法がある。例えば、繊維高分子
研究所報告第１４２号（１９８４）「コンピュータによ
るドレープ現象の構造解析」、「面要素を用いた衣服の
立体性の予測法」、特開昭６３−３０３１０６号公報
「衣類の着用状態を予測表示する方法」などのように、
有限要素法を用いて布の物理特性をある程度反映させる
ことができる。しかしながらこれらは、衣服の静的な安
定形状を算出するものであり、外部から操作を加えて衣
服形状の変更を操作することはできない。

【０００４】仮想的な衣服を外部からの操作で自由に変
形させるためには、布が動的なモデルで表現されている
必要がある。布の動的変形計算モデルとしては、坂口、
美濃、池田による「仮想服飾環境ＰＡＲＴＹ−動的変形
可能な布のモデルと数値計算手法−」ＣＧシンポジュウ
ムＰ１１−２０（１９９２）がある。この動的な布モデ
ルを利用して衣服形状を算出する場合には、布と人体と
の衝突現象を計算する必要があり、衝突検出とその処理
を計算しなければならない。従来の衝突検出方法は、コ
ンピュータグラフィックスにおける光線追跡法と同等の
方法を利用し、さらに衝突処理では、衝突物と被衝突物
との作用、反作用に摩擦の効果だけを考慮したものであ
った。例えば、M. Carignan, Y.Yang, N.M.Thalmann,
D.Thalmann; 「 Dressing Animated Synthetic Actors w
ith ComplexDeformable Clothes」 , Computer Graphic
s, vol. 26, no2, (1992) がある。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】動的な布モデルによっ
て衣服形状計算をする場合、布の物理特性が正確に反映
されたものであって、かつ布と人体との衝突を考慮した
着用状態のシミュレーションが必要となる。従来手法で
は、コンピュータグラフィックスなどのアニメーション
に利用することを想定して研究が行われており、それな
りに布らしく見える動画を作成する用途には有用であ
る。しかし現実の布の物理特性を用いて、布と人体との
衝突を考慮した衣服着用状態の予測表示を議論の対象と
するようなアパレルの用途には不適であった。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記した課題
を解決するために現実の布の物理特性を測定して得られ
る非線形ヒステリシスループを持つ力学的な特性を直接
計算に取り込める布計算モデルを利用する。まず、数値
データからなる衣服の型紙を格子状の微少な小片に分割
し、布の力学的特性と布の動きを計算して、コンピュー
タグラフィックスにより形状変化を見ながら操作を加え
る。かつ、数値データからなる人体形状に着せ付ける時
に布と人体との衝突を検出処理して、衣服の着用状態を
予測表示し型紙の不具合な個所を評価修正することので
きる立体裁断をシミュレーションする衣服の立体形状形
成方法を提供しようとするものである。

【０００７】布に関する計算モデルを実際の物理特性を
測定して得られる非線形ヒステリシスループを持つ測定
値を利用し、衣服形状計算課程において布と人体との衝
突を検出処理する方法を採用したことにより、衣服着用
状態での衣服寸法やしわ、ゆとりなどを正しく評価する
ことができ、かつ型紙の修正を実際の衣服を仕立てるこ
となく実行する事が可能となる。

【０００８】まず本発明の主要部をなす衣服の立体形状
形成方法を説明する。布の持つ力学的特性を測定する手
法の一つに繊維業界で広く使われているＫＥＳ特性(Kaw
abata's Evaluation System for fabric) がある。ＫＥ
Ｓの詳細については繊維機械学会誌 vol26 No10 (1973)
川端季雄：「風合い計量のための、布の力学特性のキ
ャラクタリゼーション、およびその計測システムについ
て」に述べられている。またＫＥＳによる測定値を直接
布モデルに応用することについては、前述した坂口、美
濃、池田による「仮想服飾環境ＰＡＲＴＹ−動的変形可
能な布のモデルと数値計算手法−」ＣＧシンポジュウム
Ｐ１１−２０（１９９２）に詳述されている。従って本
発明における衣服の立体形状形成方法に関わる主要部に
ついては、布と人体、布と布との衝突検出方法ならびに
その処理方法について説明する。

【０００９】まず、衝突検出方法について述べる。衝突
検出とは、注目する点ｉ（例えば布を格子状に分割した
ある計算点）が衝突する可能性が最大である対象物（例
えば人体など）を構成する微小要素ｊを検索、選定する
処理である。一般に対象物は数百個から数千個の微小要
素からなっており、検索して衝突の可能性を計算する回
数が極めて膨大なものとなり、そのため処理時間がかか
ると言われている。本発明では、衝突の検出に必要な前
処理の段階において、平面射影選定法を用いる。これは
以下の手順からなる処理法である。

【００１０】（１）布や人体を構成する微小要素の、Ｘ
−Ｙ、Ｙ−Ｚ、Ｘ−Ｚの三平面の射影像を三つのリスト
に登録する。図１に、Ｚ軸に沿って射影平面を異動さ
せ、Ｘ−Ｙ平面の射影像をリストに登録していく過程の
概念を示す。すなわちこの図で、対象物としての布や人
体は object に相当し、この対象物を構成する微小要素
は三角 patchに相当する。これらの微小要素は、それぞ
れに固有の識別番号を持っているものとする。これによ
り、Ｚ軸をパラメータとするＸ−Ｙ平面の射影は、射影
平面（Project Plane)と交差する全ての微小要素(patc
h)の識別番号を、射影リスト中のＺ軸の座標値に対応す
る番号（０からｍまで）のリスト要素に順次登録してい
くことで生成できる。ここで射影平面と微小要素の交差
の判定は、現実には計算する必要はなく、微小要素の外
接立方体のＺ軸の範囲に相当するリスト要素に、微小要
素の識別番号を登録していくだけで交差の判定もできて
しまうために、射影リストの作成は高速に行うことがで
きる。

【００１１】（２）注目点ｉからの変形を表すテストベ
クトルを設定し、このテストベクトルの外接立方体と重
なるリスト要素を、三つのリストからそれぞれ選択す
る。すなわち図２のように注目点ｉのテストベクトルを
Test vector で表し、Test vector の外接長方形のＸ−
Ｙ、Ｘ−Ｚ、Ｙ−Ｚの各範囲から、三つのそれぞれの射
影リストのリスト要素が選択される。

【００１２】（３）これらの三つの射影リスト要素の中
で最小の登録数を持つリスト要素を探す。Test Vector
と交差するpatch が存在するならば、それはＸ−Ｙ、Ｘ
−Ｚ、Ｙ−Ｚの各平面の射影として現れる。従って各リ
スト要素の中で最小のリスト要素（Minimum Check Lis
t) を検査対象にすることで効率の良い検査ができる。

【００１３】（４）最小リスト中に登録されている微小
要素すべてについて、注目点ｉからの距離の計算を行
い、最も近い微小要素を探す。このようにして検索され
た注目点ｉからの最小の距離にある微小要素ｊは、注目
点ｉが衝突する可能性が最も高いといえる。そこでこれ
より以降は、注目点ｉを衝突点ｉ、微小要素ｊを被衝突
点候補ｊと呼ぶことにする。

【００１４】平面選定射影法の特徴は、処理に時間のか
かる従来法−例えば検索木をあらかじめ作成しておき、
この検索木に沿って衝突する可能性のある微小要素を探
す方法であるが、計算対象物が変形したり、移動したり
するたびに検索木を再構築する必要があり、そのために
は時間のかかる並べ換えを用いていた−を必要とせず、
高速に作成出来る三平面リストの重なり部分で最小要数
のリストのみを計算対象とすることである。特に、布の
ような薄い物体では三平面の内の、布の厚み方向に相当
する射影に登録される微小要素の数は非常に少なくなる
ために高速処理ができる。

【００１５】次に衝突処理法について説明する。衝突処
理とは、衝突点ｉと被衝突点候補ｊとが実際に衝突する
のかどうかを判定し、衝突したならば、どのような作
用、反作用を受け、ｉ、ｊそれぞれの運動がどのように
変化するのかを計算する処理である。布が人体に衝突し
たとき布と人体の摩擦だけでなく衝突したときの跳ね返
り係数をも計算する処理法を以下数式によって記述す
る。

【００１６】図３は、布と人体もしくは布と布との衝突
による任意の衝突点ｉと被衝突点候補ｊに関する速度変
化を示したものである。衝突点ｉが被衝突点候補ｊと衝
突するかどうかは、両者の速度ベクトルで決まる。点ｊ
の法線ベクトルｎj と逆の方向にｄε をとり、ｄε軸
とｖi ベクトルがなす平面上にｄεと直交するｄη軸を
とる。点i の速度ｖi のｄε軸成分をａiとし、点j の
速度ｖj のｄε軸成分をａj とする。 ａi ＝ｖi ・ｄε （１） ａj ＝ｖj ・ｄε （２） 点ｉと点ｊ間の距離をｌijとすると、（ａ1 −ａj ）Δ
ｔ≧ｌijの時に衝突が起り、それ以外は衝突は起こらな
い。衝突が起こると速度ベクトルのｄε成分ａi、ａj
は、運動量保存則と跳ね返り係数νにより、ｂi 、ｂj
に変化する。 μi ａi ＋μj ａj ＝μi ｂi ＋μj ｂj （３） （ｂi −ｂj ）／（ａi −ａj ）＝−ν （４） ここで、μi 、μj は点i と点j が代表する質量であ
る。以下の式より、点j についてのみ記述する。点j に
ついても点i と同様である（添字のｉをｊにすればよ
い）。（３）式（４）式より（５）式が得られる。 ｂi ＝（μi −νμj)ａi ／（μi ＋μj)＋（１＋ν）μj ａj ／ （μi ＋μj) （５） また、速度ベクトルのｄη軸成分をｃi 、ｃj とすると
（６）式になる。 ｃi ＝ｖi ・ｄη （６） 速度ベクトルのｄη軸成分ｃi とｃj は、衝突後にはｄ
i 、ｄj になる。 ｄi ＝Ｆ（ｃi 、ａi ） （７） ここで関数Ｆ( ) は、 ｉｆ ｃi ＞ρａi ｔｈｅｎ Ｆ（ｃi 、ａi ）＝ｃi −ρａi （８） ｅｌｓｅ Ｆ（ｃi 、ａi ）＝０ （９） であり、ρは静止摩擦係数である。衝突後の速度ベクト
ルをｖ′i とｖ′j とすると、（10）式になる。 ｖ′i ＝ｂi ｄε＋ｄi ｄη （10） 衝突前の速度ベクトルｖi が衝突により、ｖ′i に変化
する。点i と点j は、Δｔc ＝ｌij／（ａi ＋ａj ）時
間、衝突前の速度で進んでから衝突する。衝突後は、Δ
ｔn ＝Δｔ−Δｔc 時間だけ衝突後の速度で進む。点i
、点j はΔｔ時間内にｖi 、ｖj の平均速度で移動し
たことになる。つまり、ｖi の速度ベクトルを持つ点ｉ
はΔｔ時間後にｖiΔｔだけ離れた点ｉに映移り、ｖ′i
の速度ベクトルを持つことになる。この平均速度ベク
トルを、布の力学特性からなる評価関数を最小化する方
向に修正を加えることにより、衝突を受けた布としての
動きが計算できる。

【００１７】以上のように布と人体、布と布との衝突に
おける検出と処理法について詳述したが、衣服着用状態
を予測表示する立体形状計算方法を要約して述べると次
のようになる。 ・数値データとして与えられた布（型紙）格子点、人体
形状格子点を質点の格子集合体として扱い、その質点の
運動方程式を解く。 ・人体に着せ付ける計算過程で、布格子点を表す質点は
相互に連結しているものなので布形状がＫＥＳ測定値と
合致するまで反復計算し、同時に布と人体との衝突検出
ならびにその処理を行いながら、運動方程式の解を布の
力学特性からなる評価関数を最小化する方向に修正を加
える。

【００１８】次に上記で説明した衣服立体形状計算手法
に基づく立体裁断模擬装置について詳述する。本装置
は、アパレルの分野で行われている型紙の設計におけ
る、トワレチェックに用いることでアパレルの自動化に
寄与し、かつ型紙の設計効率を促進し試作工程を削減し
ようとするものである。

【００１９】装置の概略構成図を図４に示す。本装置
は、大きく３つの部分に分けられる。 （１）高速グラフィックス表示装置を持つ表示部分 （２）高速演算装置と記憶装置および通信装置からなる
演算部分 （３）操作入力のための３次元ベクトル入力装置と立体
視のための液晶 シャッタめがねからなる操作部分

【００２０】このような構成により、次のような機能を
実現している。すなわち、表示部分の画像と操作部分の
液晶シャッターめがねとは同期しており、操作者は、表
示部分の画像を３次元的な立体像としてとらえることが
出来る。また、３次元ベクトル入力装置（データグロー
ブ等）によって、画像中に示される自分の手を動かし、
衣服の一端を捕まえて動かしたりする等の操作が可能で
ある。このような操作により、前合わせや重着のような
衣服特有の形状を計算することができる。操作部分の実
際の操作は、表示部分に示されるメニューを選択するこ
とにより衣服を掴んだりする操作から、衣服を切断する
こと、布同士を縫製すること、布を必要な個所に固定す
るといった操作が可能である。さらに実空間上では決し
て起こり得ない重力を零にしたり、逆重力状態を作り出
したり、空中浮遊状態で衣服を眺めたりといった非現実
的なことまで行うことが可能である。

【００２１】本装置の基本的な動作（使用方法）につい
て、操作者（この例ではパタンナー）がトワレチェック
（トワレと呼ばれる特別な布地を用いて人体台に合わせ
ていくことにより型紙を設計、修正する作業のこと）を
行う状況について説明する。まず本装置の画面上のメニ
ューでトワレチェックを選択するとディスプレイには人
体台（３次元人体形状モデル）が仮想的な３次元空間に
置かれている状況が描画される。次に必要な型紙のデー
タを呼出し、幾何学的な手法（移動、回転、拡大、縮小
等）で人体台近くに配置する。型紙の配置が完了すれ
ば、使用する型紙の各々に格子点を形成する。これは別
途型紙格子形成メニューを選択し、実行することができ
るが、この型紙に格子点を形成する方法については、坂
口、美濃、池田らによる「着想シミュレーションのため
の型紙要素分割法」電子情報通信学会春季全国大会 Ｄ
−６３５（１９９１）に従って行う。

【００２２】次にこれらの型紙に布の物理性を与える。
布の物理特性値もメニュー形式で選択する。例えば、
綿、ウール、ポリエステルといった具合である。さらに
重力パラメータを変更し、実際の重力よりも小さめに設
定しておくと、布を操作することで起こる布のまとわり
つきを防ぐことができ、操作が容易となる。次に３次元
マウス（３次元ベクトル入力装置）の操作によって、画
面中に表示されている自分の仮想的な手で配置された型
紙の一端を掴み、望みの場所に移動する。この移動時に
布に変形が生じる。この時、画面に表示されている布
（型紙）形状が変化する。また、布と人体台とが衝突し
た場合には、前述した計算方法に従って布はその衝突の
影響を受けて変形する。このような過程を経て、型紙の
布を人体台の望みの場所まで移動し、布の変形が収まっ
た時点で、キーボード操作により型紙を人体台に固定す
る。これは人体台に型紙を合わせて仮止めする要領であ
る。さらに、別の型紙についても同様の操作を行い、衣
服に必要な型紙を人体台に張り付けていく。

【００２３】この作業が終わったら、次に型紙の仮止め
をはずし、かわりに型紙の縫製情報を与える。この縫製
情報は、あらかじめ設定したものであるが、その場で縫
製情報を順次与えていくことも可能である。この時点に
なって、現実的な重力を与え、自由落下をさせる。そう
すると型紙は衣服となり、しわやドレープといった人体
台に着用した状態に収束する。衣服形状が安定したなら
計算精度の設定を変更し、さらに高精度に形状を計算す
る。高速演算部分がこの処理を繰り返し、最終的にディ
スプレイ上には、衣服を着用した人体台が表示されるこ
とになる。この衣服は、視点を変更することによって、
３次元的に任意の位置から観察することができ、必要な
だけ衣服形状評価が行える。またファンクションイメー
ジモードの選択から布の伸び率や人体台どの接触圧など
を類似カラー表示することもできる。これらは操作者に
不可視な情報までを仮想的に可視化して与えようととす
るものである。

【００２４】さてパタンナーによるトワレチェックは、
人体台に衣服を着せてから修正を行う。本装置でも、操
作者がこれらの情報を基に型紙の修正を考える。具体的
には、表示されている衣服の一端を掴んでダーツ量を見
積もったり、ゆとり量や着付け具合いを調整する。そし
て２次元的な型紙をＣＡＤ操作の要領で修正すると型紙
の修正がただちに立体表示結果に反映される。このため
に試行錯誤的に型紙を修正することができる。また立体
形状の方に修正操作を加えれば、型紙にその操作結果が
反映される。例えば、丈の長さの短縮、伸長または、衣
服全体の大きさの拡大縮小、ダーツ量やプリーツ変更な
どがある。以上の操作から最終的にパタンナーが必要と
する衣服の着用状態の予測表示が完了し、かつその状態
を実現する型紙寸法が得られることになる。

【００２５】本装置を用いて、ワンピースの形状計算を
行い、人体台に着せ付けた時の着用予測表示を行った例
を示す。ここで用いたワンピースの型紙は、８つの部分
から構成されている。これらの型紙から立体的な衣服形
状を計算する。布の物理特性値には、綿布の引っ張り特
性と曲げ回復特性を用いた。図５に実際の衣服との比較
を示すために、女性モデルが実衣服をきた写真と３次元
計測した実測値から作成した３次元形状表示と本発明に
よる衣服形状計算方法によって予測表示した結果とを示
す。

【００２６】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、布の動的
な変形過程を、実際の布の物理特性値をそのまま取り込
み、かつ布と人体、布と布との衝突を物理法則に従った
計算方法により求めることができる。従って衣服の着用
状態の予測表示が極めて正確となり、かつ３次元ベクト
ル入力装置による型紙修正操作が可能であるため、衣服
の立体形状評価ならびに立体裁断の模擬シミュレーショ
ンが容易に行うことを可能とした。

【図面の簡単な説明】

【図１】 平面射影選定法のリスト作成図

【図２】 テストベクトルによるリスト要素を選択する
一例

【図３】 衝突による速度変化を説明する図

【図４】 立体裁断模擬装置の概略構成図

【図５】 ワンピース着用状態の比較図

【符号の説明】

１：対象物、２：微小要素、３：射影平面、４：リス
ト、５：最小リスト要素 ６：表示装置、７：演算装置、８：外部記憶装置、９：
液晶シャッターめがね １０：３次元ベクター入力装置、１１：出力装置、ｊ：
テストベクトル、（ａ）：写真、（ｂ）：実則形状によ
る３次元モデル、（ｃ）：計算による予測表示例

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 数値データからなる衣服の型紙を格子状
   の微小な小片に分割し、布物理特性と布の動きを計算し
   てコンピュータグラフィックスにより形状の変化を見な
   がら操作を加え、数値データからなる人体形状に着せ付
   け、衣服の着用状態を予測表示し型紙の不具合な個所を
   評価修正することのできる立体裁断をシミュレーション
   する動的な布形状形成方法において、布の物理特性を示
   すＫＥＳデータを用いて、布と人体及び布と布との衝突
   を検出処理する計算を備えて、布の運動方程式の解を反
   復修正することにより衣類着用状態の予測を表示するこ
   とを特徴とする衣服の立体形状形成方法。