三維虛擬試衣技術的分析

三維虛擬試衣技術的分析孫影慧;湯立【摘要】介紹了韓國CLO公司的CLO3D三維虛擬試衣系統(tǒng)和美國PGM公司的Runway3D三維虛擬試衣軟件系統(tǒng)，綜述了學者們對兩個軟件的相關研究并進行了對比.在選定三維虛擬試衣系統(tǒng)的前提下,闡述了三維虛擬試衣流程的相關技術.從三維人體掃描技術獲得人體點云數據、基于人體建模技術獲得人體模型、服裝建模技術構建虛擬服裝,以及基于虛擬試衣來表現(xiàn)虛擬試衣的效果等方面,整體分析了三維虛擬試衣系統(tǒng)的一系列技術研究.期刊名稱】《國際紡織導報》年(卷),期】2017(045)010【總頁數】6頁(P40,42,44-46,48)【關鍵詞】CLO3D;PGM;人體掃描;人體建模;服裝建模;虛擬試衣作者】孫影慧;湯立作者單位】東華大學服裝學院（中國）;東華大學服裝學院（中國）正文語種】中文服裝三維虛擬試衣技術融合了計算機技術和服裝時尚產業(yè)技術，且迎合了消費者追求舒適、個性服裝的心理［1］。服裝三維CAD系統(tǒng)是建立在3D人體模型的基礎上，通過計算機完成三維人體掃描、三維服裝設計、三維立體制衣、三維立體縫合以及三維穿衣效果展示等各項操作［2］，基于該系統(tǒng)可在不通過常規(guī)制衣步驟的前提下，通過仿真模擬，直觀看到服裝的穿著效果，進而提高設計質量，縮短服裝開發(fā)的時間并節(jié)約成本。對于消費者來講，也可減少退貨的風險。三維虛擬試衣技術的相關研究已得到研究者們的廣泛重視，國內外很多企業(yè)也了解到服裝CAD技術的優(yōu)勢，據統(tǒng)計，運用服裝CAD技術輔助服裝的設計和生產可節(jié)約10%~30%的成本［3］。此外，服裝CAD技術在美國等發(fā)達國家的普及率已達60%~70%［4］，在中國的普及率約為30%~40%。三維虛擬試衣技術是數字化服裝的重要研究范圍，系統(tǒng)且整體地介紹三維虛擬試衣技術的研究相對較少，所以本文將介紹近年來應用較多的三維試衣系統(tǒng)及其相關研究并進行對比，并從三維人體掃描、人體建模、服裝建模、虛擬試衣這4個方面系統(tǒng)的介紹三維虛擬試衣技術。隨著三維服裝CAD技術的發(fā)展，三維虛擬試衣技術日漸成熟，當前應用較多的三維虛擬試衣系統(tǒng)有韓國CLO公司的CLO3D、美國PGM公司的Runway3D、美國Gerber公司的V-Stitcher和法國Lectra公司的ModersV7等⑸。其中，應用較為廣泛的兩個三維虛擬試衣系統(tǒng)為韓國CLO公司的CLO3D和美國PGM公司的Runway3D。下文將介紹這兩個試衣系統(tǒng)及與其相關的研究。CLO3DCLO3D概述CLO3D是韓國CLO公司推出的3D服裝設計軟件，可從最初的三維人體建模到最終的試衣效果進行微調，是一款集功能性、實用性和效果性為一體的軟件。進行服裝的三維虛擬設計前，首先需了解該軟件的界面布局及功能，CLO3D虛擬試衣軟件的界面由4部分組成，如表1所示。CLO3D各版本的功能不盡相同，主要有下面幾個方面：一是設計師可對其想法進行實踐，通過虛擬技術呈現(xiàn)想法，且能隨時更改，可直觀展示設計師所設計服裝的著裝效果，可在很大程度上提高設計師的工作效率和熱情；制版師可在CLO3D軟件中進行版型的制作、編輯和修改；打版師可在3D軟件中完成2D以及3D的工作，還可虛擬試衣；針對三維虛擬服裝展示的版塊，可進行面料仿真設計、虛擬縫合、靜動態(tài)服裝展示等。CLO3D設計軟件的應用給生產帶來了很大的效益，傳統(tǒng)的服裝制版和打樣的重復率約為70%—80%，而CLO3D設計軟件的重復打樣率僅為3%—4%。CLO3D相關研究國內外學者對CLO3D進行了各方面的研究。黃穎穎等［6］主要將CLO3D虛擬試衣軟件作為連衣裙的虛擬試衣平臺對連衣裙的三維虛擬靜態(tài)效果進行評價。其試驗方法主要是評定人員對三維虛擬試穿效果和樣衣試穿效果進行比較，并根據分析評定結果，最終得出三維虛擬試穿效果和樣衣試穿效果基本相似，但在某些部位，如領口的虛擬效果欠佳，且對面料的機理、光澤和厚度感等物理屬性難以真實表現(xiàn)而有待進一步提高的結論?？傮w而言，CLO3D虛擬試衣軟件的試衣效果較優(yōu)，是一個可被廣泛使用的軟件。穆淑華等［7］以禮服裙為例，介紹了基于CLO3D平臺進行服裝設計的4個流程，分別為建立參數化的人體模型、繪制二維服裝基礎樣板并進行虛擬縫合、對面料進行配色并進行服裝的舒適度測試及對虛擬服裝進行動態(tài)和靜態(tài)展示。王會威等［8］利用CLO3D的屬性窗口對織物特性參數進行了設置，控制屬性窗口模擬織物懸垂性，依據懸垂系數，構建了基于仿真織物屬性參數的織物懸垂系數回歸模型。其他研究也表明CLO3D虛擬試衣軟件為功能較全面的試衣系統(tǒng)，試衣效果也較為理想。Runaway3D試衣系統(tǒng)Runaway3D的基本概述美國PGM公司的Runaway3D試衣系統(tǒng)是一款三維仿真模擬人體著衣效果的軟件，可以將制版、打版與試衣功能置于同一操作界面，360°真實展示模擬試衣效果，并且可對所試服裝不滿意的部位從制版界面進行更改，直至滿意。此外，還可對試衣模特各部位的尺寸進行微調，達到個性化試衣的效果。PGM試衣系統(tǒng)的相關研究吳凌云［9］基于Runaway3D三維虛擬試衣系統(tǒng)對中年胖體女性的西服結構進行研究，通過對比Runaway3D試衣系統(tǒng)的試衣效果和樣衣實際穿著效果，分析了影響中年胖體女性西服合體性的主要因素。蔡柳萍［10］介紹了PGM公司開發(fā)的服裝虛擬產品“Runaway3D”的使用方法和附加功能，該軟件可將二維樣板導入三維虛擬試衣平臺并進行穿著展示，對不合適的部位進行修改，再輸出二維樣板。蔡柳萍［11］對PGM公司的Runaway3D和Lectra3Dfit兩個試衣系統(tǒng)，從合體度和試穿效果兩方面進行比較，這兩款軟件都模擬了特定緊身褲的特點，外部廓形相近，但在門襟和臀部的褶皺模擬方面都存在缺陷?？傮w來講，Runaway3D能較好的表現(xiàn)服裝的松量，但褶皺效果的表現(xiàn)性較差；Lectra3Dfit較適合模擬緊身服裝，褶皺更接近于真實效果。Runaway3D三維虛擬試衣系統(tǒng)能夠全方位的展示試衣效果，是一個有很大發(fā)展前景的試衣系統(tǒng)。1.3韓國CLO3D和美國Runaway3D試衣系統(tǒng)的對比分析韓國CLO3D和美國Runaway3D三維虛擬試衣系統(tǒng)都能夠完成三維虛擬試衣的全過程，且兩個系統(tǒng)都能很好的展現(xiàn)三維虛擬的效果。韓國CLO3D試衣系統(tǒng)較多應用于從服裝制版到最后的虛擬試衣過程；美國的Runaway3D試衣系統(tǒng)大多應用于服裝的三維展示。韓國CLO3D試衣系統(tǒng)能夠較好的展示緊身服裝效果；美國的Runaway3D試衣系統(tǒng)能較好的表現(xiàn)服裝的松量，但褶皺效果的表現(xiàn)性較差；三維人體掃描技術三維人體掃描是現(xiàn)代人體測量技術的主要特征，它是以現(xiàn)代光學為基礎，融光電子學、計算機圖像學、信息處理、計算機視覺等技術于一體的高新技術［12］。常見的三維人體掃描方法主要有立體視覺法、結構光三角測量法、莫爾條紋干涉法、白光相位法。東華大學正在使用的三維掃描設備是美國的TC2三維掃描儀，其掃描的基本原理就是白光相位法，可以在少于20s的時間里對人體的40萬個點進行掃描，迅速獲得與服裝有關的100個人體尺寸，是可以較全面且精確反映人體體型的掃描儀。人體掃描的目的是獲取人體表面三維數據，即點云數據?？蓮狞c測量、線測量和面測量三個層面獲取點云數據。點測量系統(tǒng)三維人體掃描技術中的點測量系統(tǒng)由日本創(chuàng)造，三維掃描儀HamamatsuScanner有紅外LED傳感器，每側有4個單元，每個單元有32或者64個LED傳感器，每行128(256)點；可進行上下移動。點測量系統(tǒng)還有毫米波雷達，但毫米波雷達系統(tǒng)的點測量僅能給出人體的幾個部位的尺寸數據，可以穿衣測量為其優(yōu)勢，較適用于大面積掃描，3DBodyHolographic即運用了毫米波雷達原理。徐繼紅等［13］在紅外線掃描技術中提及Hamamats的測試原理，并提到Hamamatsu測試使用了一個類似紅外線光發(fā)射半導體以獲得數據,然后進行掃描圓柱形和球形的鏡頭組成的探測器,可產生狹長的光線,彌補其中的陰影［14］,倫敦就是使用此掃面儀進行掃描實驗。線掃描系統(tǒng)線掃描系統(tǒng)是將掃描源發(fā)射到人體上形成的一道道的影射線，與點測量相比，線掃描速度較快，但掃描精度有待提高。美國CyberwareScanner(WBX)和德國VitronicScanner型線掃描儀的光源均為激光，檢測頭做平動進行單線掃描。這兩個系統(tǒng)的主要問題是機械平動造成掃描尺寸大、時間長、價格高及效率低。Styku轉盤式掃描儀的特點是光源為激光、線掃、載物臺轉動。回轉式掃描儀的特點是光源為激光、線掃、檢測頭轉動。SYMCAD(多條紋式線結構光)掃描儀的特點是單一周期，多條紋、點密度低、不全覆蓋(無小腿)。TC2BodyScanner為編碼條紋式掃描儀，其特點是測量單元和人靜止、同時多條結構線、線條具有不確定性和變周期性。面掃描系統(tǒng)面掃描系統(tǒng)是通過立體攝影測量進而得出掃描數據。如3dMDtorsoscanner就是由多個面陣相機從不同角度對同一物體進行攝像，經像素匹配算法得出點的深度。StereoVisionImaging(SVI)、StereoBodyImaging(SBI)、Kinect-basedImaging(KBI)掃描都是由四相機立體成像系統(tǒng)進行掃描，其精度高、價格低、速度快。值得注意的是，三維人體掃描儀等設備在獲得人體點云數據的過程中會出現(xiàn)一些紕漏，因此需根據各種問題采取一定的措施進行修復。如用于修正部分與實際人體對應位置有偏差數據的點云降噪與平滑處理；用于簡化點云數據的點與數據精簡處理；用于掃描過程中被遮擋部位數據的孔洞修補處理。2.2三維人體建模因人體表面是一個復雜的曲面，若成功構造人體曲面，則需根據不同的需求選擇合適的方法構建人體模型。三維人體建模主要有三種研究方法，分別是基于軟件的人體建模研究、基于人體照片信息的人體建模研究和基于三維掃描的人體建模研究。基于軟件的人體建模研究基于軟件的人體建模是依據軟件進行三維人體模型的構建，如Maya、3DsMas等建模軟件。軟件的要求具有可調性，也可加入可調節(jié)參數進行變動，使得模型的建立不局限于軟件自帶的人體模型，另一方面，參數的可調節(jié)性可使所建的三維人體模型更加符合特定的人體特征，所構建的三維人體模型更具有實用性。最后建成的人體模型可依據應用形式和目的存儲為不同的格式以便后期調用?；谌梭w照片信息的人體建模研究該方法主要是利用相機等設備拍攝人體的正、背、側面的二維圖像，并將這些信息傳入系統(tǒng)中，系統(tǒng)采用一定的算法進行圖像處理，根據體型特征提取人體主要的尺寸信息，并通過提取人體輪廓線、截面線、特征尺寸等快速生成三維個性化人體模型。整個操作中利用的主要技術包括：針對人體二維照片信息的人體特征元素提取方法人體二維尺寸信息與三維的轉換、人體特征尺寸和特征曲線的三維人體模型建立等張廣霖［15］等提出了一種利用Kinect設備識別和獲取三維人體數據的技術，并結合點云庫(PCL)進行三維人體模型重建的新方法。Kinect設備有多種獲取人體模型的方法，可在自帶的軟件下也可借助外界設備獲得人體點云數據。基于三維掃描的人體建模研究該方法的原理是運用三維人體掃描設備對人體進行掃描，進而得到人體體表的點云數據，通過對這些點云數據進行降噪、精簡、孔洞修補、表面重建等構建個性化的三維人體模型［12］。該方法精確且方便，能獲得龐大的數據。可應用構建實體模型、構建人體曲面模型及基于物理的人體模型等方法進行數據表面重建。周文［16］借助RGB-D相機研究三維人體重建方法，首先進行數據采集，然后對采集的數據進行預處理,去除不屬于重建物體的數據,提高數據可用度后進行數據配準,之后進行曲面重建,最終得到掃描完整的3D模型。Tong［17］提出一種利用多臺Kinect的3D人體重建方法，該方法是利用三臺校準好的Kinect近距離采集人體數據,在轉盤的幫助下完成自動掃描，進而進行人體模型的構建。劉洋［18］通過探索—種基于RGB-D序列和人體模板匹配的建模方法，解決了RGB-D數據、構建靜態(tài)人體建模、描述動態(tài)人體建模及人體建模中其他的一些關鍵性問題，最終實現(xiàn)了三維人體建模的原型系統(tǒng)。目前，三維人體建模技術還不夠成熟，存在實驗研究需很多的人工輔助工作、依賴昂貴的儀器設備或建模精度不夠理想的問題?，F(xiàn)階段，采用Kinect進行三維對象的建模研究已取得了一定的成果，如Kinect深度攝像機的出現(xiàn)一方面解決了某些建模方面的難題，為人體三維建模提供了一種低成本的途徑。服裝虛擬模擬技術服裝虛擬模擬的過程也是對特定服裝進行三維建模的過程，可以直觀看到服裝穿著的實際效果，為后期服裝版型的更改提供很大的方便，也能減小服裝商店的退貨率服裝三維虛擬模擬服裝虛擬是人體三維試衣的一個關鍵環(huán)節(jié)，只有虛擬出服裝才能在模擬的模特身上展示出服裝穿著的效果。在服裝的虛擬設計中，布料模擬也至關重要的［19］。也有研究人員從布料仿真技術的研究開始，探究布料在重力作用下的物理仿真及布料與物體碰撞的檢測和響應，并采用質點—彈賛模型進行布料力學模型的構建［20］。三維虛擬縫合朱廣舟等［21］介紹了服裝二維裁片的虛擬模擬技術，通過構建質點-彈簧模型，對已導入系統(tǒng)的裁片四邊進行編輯，連接四邊形的對角線完成對二維裁片的三角網格化。以三角形的形狀為依托，將三角形的頂點作為質點，三角形的邊作為彈簧，從而形成裁片質點-彈簧模型，通過添加受力分析和求解值，生成對二維裁片的虛擬模擬，且以背心為例虛擬了構建模型的全過程。三維虛擬試衣技術三維虛擬試衣已風靡于服裝數字化的領域，不少學者都致力于三維虛擬試衣技術的研究。三維虛擬試衣包含靜態(tài)和動態(tài)展示，它們的核心都是完成服裝與人體的完美擬合，現(xiàn)在主要是通過下述兩種方法實現(xiàn)虛擬試衣。2-D裁片虛擬縫合2-D裁片的虛擬縫合是三維虛擬試衣的重要一步，通過將2-D裁片在虛擬人體模特上進行縫合，可實現(xiàn)2-D裁片向三維虛擬服裝的轉換。如此循環(huán)操作后，可制得大量的樣板，從而形成樣板庫。實際操作中，根據需要調用合適的紙樣，進行裁片和離散等一系列設置，在人體模特的基礎上縫合2-D裁片制得虛擬服裝。再通過其他操作，如施加重力等形成自然的褶皺、折疊等效果。通過面料重造等技術，能夠得到真實的服裝穿著感。虛擬縫合的優(yōu)劣直接影響服裝三維展示的效果。三維虛擬試衣匹配該方法首先需塑造三維服裝模型，利用特征匹配將服裝“穿”在人體模特上。利用各種建模方法構建三維服裝模型，通過面料紋理處理和自然照射技術等使三維虛擬服裝能夠給人以與真實服裝相似的視覺感受?；谔摂M服裝與人體特征點、特征線的映射關系實現(xiàn)三維服裝的著裝效果。三維虛擬試衣系統(tǒng)的普及可方便準確地展示三維虛擬試衣效果，不僅可簡化服裝設計流程、降低服裝成本、縮短服裝制衣周期，且能方便消費者直觀感受服裝的試衣效果。三維人體掃描技術在點、線、面測量技術三個方面的研究關系，主要是在掃描點的基礎上組合成線，點和線組合成人體曲面。三維人體建模技術主要有基于三維掃描的人體建模研究、基于軟件的人體建模研究基于人體照片信息的人體建模研究。各種方法的最終目的都是構建與目標人體相似的人體模特。虛擬試衣技術中的服裝建模技術、三維虛擬縫合技術等都是三維虛擬試衣技術的最后程序，有效的服裝模型和精確的縫合技術是確保虛擬試衣富有成效的關鍵因素。相關文獻】劉軍,李重,胡覺亮?基于特征匹配的三維試衣效果[幾紡織學報,2009,30⑴:122-126.繆旭靜?三維模擬人體在優(yōu)化文胸結構設計中的運用[D]?上海：東華大學,2006.鄒平.CAD技術在現(xiàn)代服裝設計領域中的應用與發(fā)展趨勢J].浙江紡織服裝職業(yè)技術學院學報，2007(3)：15-18.張玲，張輝?服裝CAD版型設計[M].北京：中國紡織出版社，2008(4):118-155.李陽，李文書，張瑞林，等?服裝CAD技術現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢J].工業(yè)控制計算機，2012,25(6):80-81．⑹黃穎穎，劉詠梅，林娜?連衣裙三維虛擬試衣靜態(tài)效果評價J]?國際紡織導報，2014,42(11):59-67.穆淑華，曹衛(wèi)群?基于CLO3D的虛擬服裝設計[J].電子科學技術.2015⑸：367.王會威，張輝?基于CLO3D的織物懸垂性模擬影響因素分析[J].紡織科技進展.2015(5):12-14.吳凌云?基于PGM三維虛擬試衣系