数字化服装三维人体建模方法综述
教#化服装三维人体建模方法综迷
张小妞，王军，张春媛
(大连工业大学，辽宁大连116034)
摘要：三维人体建模是服装CAD技术、服装设计和虚拟试衣的重要组成部分。本文通过总结现 有三维人体建模方法，全面分析了三维人体建模相关技术的现状以及其在服装设计和虚拟试衣领域的 应用与发展，为相关工作提供一定参考。
关键词：数字化；三维扫描；点云；人体建模；数据处理
中图分类号：TS941.2 文献标识码：A文章编号=1009-3028(2018)03-0044-04
企业对服装市场快速反应，可在短时间内按
照终端客户的需求进行生产、销售，提高行业竞争 力，而计算机数字化和信息化技术是企业提升快 速反应能力的手段之一[1]。近年来三维服装CAD技术、虚拟服装设计及试衣技术等数字化服
事业越来越好的祝福语装建模技术成为研究热点，这对于服装企业的个
一年级工作总结
性化定制服务、虚拟服装展示、虚拟试衣系统等都
具有重要意义。本文对现有的数字化服装三维人屋顶防水补漏
体建模研究方法、思路进行了归纳总结，为相关工
作提供一定参考。
1三维人体招描技术
三维人体扫描技术是以现代光学技术为基 础，融光学、计算机图像学、信息处理、计算机视觉 和信息传感等为一体的高科技技术[2]。三维人体 扫描仪系统主要由光源、成像设备、数据存储及处 理系统组成。首先光源照射人体，然后通过软件 控制相机阵列同时拍摄物体的各个角度影像，再 将得到的影像导人到数据处理软件，提取人体各 部位的尺寸信息建立模型，最后模型数据可导出 为主流3D软件支持的格式[3]，运行流程图如图1所示。
光源投射码相机同步拍摄H软件提取信息hH软件建立模型
图1三维扫描运行流程
收稿日期=2018-03-09
作者简介：张小妞（1992—），女，河南商丘人，硕士研究生。
•44 •1.1三维人体扫描仪器
三维人体扫描测量技术主要是利用三维扫描 仪对投射到人体表面的光进行快速扫描，得到精 确完整的人体点云数据。目前国际上常用的人体 扫描仪M主要有基于结构光投影的三维扫描系统 和基于激光扫描的三维扫描系统（如表1所示）。三维人体扫描测量系统与传统测量技术相比其优 点在于扫描时间短、精确度高、测量部位多等。如 德国的TechMath扫描仪仅20秒就可捕捉人体
的80000个数据点，获得人体相关的85个部位尺 寸值，精确度为<±0.  2 mm；美国的TC2可迅速 获得人体的80多个数据，全面精确地反映人体体 型情况[5]。
1.2三维人体扫描的原理
目前，国内外人体扫描系统的主要结构基本 都为三维激光扫描仪、数码相机、后处理软件、电源以及附属设备。采用非接触式高速激光测量获 得人体的几何图形数据或影像数据，采集的点数 据和影像数据通过后处理软件进行处理，转换成 坐标系中的空间位置或模型，最终得到人体的精 确数据和人体的三维形态档案。控制软件和数据 处理软件必须通过现阶段三维人体扫描系统的使 用才能发挥作用。控制软件通常是操作软件，可 获取数据，对数据进行相应处理；数据处理软件多 为第三方企业提供的详细人体扫描数据处理信 息，主要用于数据处理[6]。
2三维人体建模技术
人体表面是一个复杂的曲面，研究者应根据
不同需求选择合适的方法进行人体建模。三维人 体建模的基础是通过三维人体测量获取人体尺寸 数据，再对获取的数据进行特征数据提取和分析。应用于虚拟试衣系统的人体建模[7]方法主要有三 种：基于软件的人体建模、基于三维扫描的人体建 模和基于人体照片信息的人体建模。
表1常见的三维扫描仪器
类别公司名称产品名称
Hamamatsu Bodylines scanner(BL)
Loughborough University LASS
基于结构TC2[TC]2T4，[TC]3T6. [TC]NX12
光投影的
三维扫描Wicks Wilson Limited
TriForm Body Scan(全体人体扫描;TriForm Head Scan(头部担描）仪系统
’rriP'orm 1'orso Scan(躯十扫描）
Telmat SYMCAD
Puls Scanning Syatem CmbH P uls扫描系统
Cyberware WBX,WB4
Tec Math RAMISIS
基于激光Vitronic Victus Pro(高端扫描仪）；Victus Smart(紧凑型扫描仪）
扫描的三Hamano VOXELAN
维扫描仪
系统
Polhemus
3D scanners
FASTSCAN
REPLICA/REVERSA. Model MakeK 手持式）RE V ERSA. ReMesh. RI Software? PROF A
2.1基于建模软件的人体建模
首先根据人体体型特征，利用3Ds Max、Ma-ya、Matlab等建模软件[8]构建标准化三维人体模
型，也可以对试衣系统自带的人体模型进行修改 调整，获得与特定人体接近的个性化三维人体模 型。为后期调用方便，可将人体模型根据应用场 合的不同存储成不同格式。
禹素萍[9]探究了基于Kinect对人体的不同 区域的测量。第一步推导出合理的坐标转化公式 对点云进行处理；第二步为了实现分块点云的拼 接和三维人体模型的重建，可以使用三点对齐法 和Delaunay三角剖分法达到重建的效果；第三步 使用Matlab软件进行仿真。这种建模的方法使 三维建模变得简单，能够准确获取人体表面数据，
同时模型的恢复效果相对较好；李宋明[1°]利用 VC++和OpenGL建立了三维人台仿真模型，效
率和精度较高，为服装造型和着装仿真的研究提 供基础；陈君[11]结合建模软件Poser和Java 3D 两者的优点实现了模型的交互控制，建模速度快，人体静态模型逼真、交互良好，为静态建模技术的 研究提供参考。
基于建模软件的人体建模方法对操作人员的 依赖性极大，效率较低，所以仅适用于小规模的人 体建模。
2.2基于三维扫描技术的人体建模
利用三维人体扫描系统作为数据输出系统设 备，通过快速扫描人体，可产生几十万甚至几百万 个人体数据点，即人体点云。人体点云虽然能表 达人体表面的一些特征，但往往包含大量多余的 信息，如噪点、空洞等，因此要对这些数据进行降 噪、精简、孔洞修补、表面重建等以构建个性化的 三维人体模型。应用三维扫描技术构建的三维人 体模型具有精确、应用场合广泛的优点，但数据处 理算法复杂、建模耗时。近年来很多国家建立了 相应的数据库，如美国的Size U S数据库[12]、日
本的HQL数据库等。目前汤立等人[13]以及刘载 文等人[u]对基于三维扫描技术的建模方法进行 了分类和描述，本文将重建技术分为人体曲面模 型、构建实体模型和基于物理的人体模型。
2.2.1人体曲面模型
三维建模中用的最多的一种方法是曲面建模 法。因为曲面模型对三维人体的表面信息进行了
•45 •
描述，所以曲面建模可以对隐藏线进行消除处理, 且具有真实感。但曲面建模没有定义人体实心部 分，与实体模型相比，无法进行剖面处理。曲面模型是用顶点、边、表面三种拓扑关系来表示和 建立人体模型，三角曲面片逼近法、参数曲面建模 法等是曲面建模常用的方法。
杨子田[16]为得到标准中间体点云模型，通过 研究标准中间体特征部位关系，建立特征部位与 人体身高和胸围的回归方程，采用形状因子方法 对点云模型进行调整，并在Matlab环境下，通过 NURBS工具箱准确地实现了曲面建模，最终得
到标准中间体模型；郑晓慧等人[17]采用参数回归 技术构建三维工效虚拟人的建模方法，以人体尺 寸数据库和人体三维点云数据为基础，结合综合 参数标准差和相关性分析结果，提高了虚拟人模 型的总体覆盖率，使得到的三维虚拟模型有较好 的代表性;Xu Jun[18]通过整合两个能量函数解决 三维服装人体建模问题，然后利用表面建模技术 模拟人体三维服装。
2.2.2实体模型
目前实体建模技术增加了三维人体模型实心 部分的表达，这种技术的增加使信息更加完备，同时也可
曾本昌以得到无二义性的人体描述。实体建模的 优点是提供了人体的几何和拓扑信息，具有局部 控制效应，可以实现人体的消隐、真实感人体模型 的显示等[19]。缺点是此模型的数据量大、计算耗 时、硬件要求高。实体建模方法中对人体的表达 主要有3种方式：基于体素分解的方式、构造实体 几何和多面体建模。杨红庄等人[2°]提出了利用 深度图像的纹理贴图算法和自动补洞算法可在较 短时间自动地获得完整的人像几何模型和进行纹 理重建。
2.2.3物理模型
对于人体表面外部几何特征的表述，主要通 过线框模型、曲面模型和实体模型，而缺乏对人体 本身所具有的物理特征以及人体所处的外部环境 因素的表述。为了弥补线框模型、曲面模型和实 体模型三种建模方法的不足，在建模过程中引人 了物理模型。物理模型通过人体自身的物理信息 和人体所处的外部环境因素及时间变量，来获得 更加真实的建模效果，并对人体的动态过程进行 有效的描述[21]。但是在该建模过程中，物理模型 多采用微分方程组的形式表达，计算较为复杂。•46 •2.3基于人体照片信息的人体建模
该方法利用数码设备拍摄人体正、背、侧面的 二维图像，软件系统采用一定的算法进行图像处 理，通过提取人体轮廓线、截面线、特征尺寸等，快 速生成个性化三维人体模型。该方法涉及的主要 技术有：针对人体照片信息的人体特征元素提取 方法、人体二维尺寸信息与三维尺寸信息的转换、基于
人体特征尺寸和特征曲线的三维人体模型构 建等。目前这种基于图像的人体尺寸自动获取还 仅局限于对尺寸数量要求不多的服装设计与加 工，但随着二维信息推算三维信息技术的进一步 成熟和完善，有可能成为一种非常便捷的非接触 式测量方法。
李基拓等人[22]基于正、侧、背面4幅正交人 体图像，以截面环为基本几何元素，得出了模板人 体模型的生成和变形方法，变形模板人体模型后 得到带服饰纹理的个性化虚拟人，建立了截面环 和三维人体骨架之间的内在联系，自动提取图像 上的人体特征。该方法建立在基于特征的参数化 框架基础上，使变形更可控，并消除了三维模型和 二维图像之间对应的不确定性，避免了人体变形 中的自交现象，效率高、真实感好。
3三维人体建模在虚拟试衣中的应用
三维人体测量和人体建模技术是实现虚拟试 衣技术的前提和基础，通过三维人体扫描系统快 速获取人体表面数据信息，进行人体表面重建，建 立标准化的人台模型或者个性化人体模型，进而 实现三维服装展示。目前虚拟试衣技术已可对着 装人体进行动态模拟，而虚拟模特走台、虚拟时装 发布会等还需进一步开发。
4结语
本文对三维扫描系统的常用系统和原理进行 分析介绍，对现有建模技术进行阐述，总结了现有 建模技术上的优缺点，同时介绍了三维人体建模 软件在虚拟试衣中的应用及研究方向。三维人体 建模可提高设计效率、提升生产效益、简化服装定 制流程等，应用前景较好。
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Summary of 3D Garment Modeling Methods in Digital Garment
Zhang Xiaoniu ,Wang Jun 9Zhang Chunyuan
(Dalian Polytechnic University, Dalian 116034,China)
Abstract：3D human body modeling is an important part of garment CAD technology,garment design and virtual fitting.This article comprehensively analyzed the current status of3D human mod­eling relative technologies,its applications and developments in garment design and virtual fitting through summarizing the present 3D human modeling methods.It provides references for relevant works.
下雪的场景写一段话Key words：digital； 3D scanning；point cloud； 3D body modeling；data processing
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