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三维试衣系统人体建模方法总结与系统前景展望_模型

时间:2013-05-15  作者:王建一,郝慧

论文导读::介绍了三维试衣系统的现实意义与发展状况。对目前的虚拟试衣系统进行了概括和总结,主要分为用户不参与的、以二维图片展示为主的虚拟试衣系统以及用户参与的三维试衣系统。本文主要针对三维试衣系统中三维人体的创建以及三维人体数据的获取方式进行总结,进而得出目前三维试衣系统的局限与未来发展的展望:深度融合虚拟现实技术,让消费者可以自由游走与交流,从视觉、触觉、味觉等全方位感受服装的特性。最后阐述了虚拟试衣系统对于如何保护用户隐私等问题存在的潜在的社会影响。
论文关键词:三维试衣,三维人体,虚拟现实,隐私,模型
 

一、引言

随着服装电子商务的日益普及和网上试衣间的迅速发展,人们已不仅仅满足于简单的文字介绍和图形展示,对服装商品展示的交互性和真实性也有更高的需求。目前网上服装销售中服装展示仍然以二维服装照片为主,但是随着网络的深入、普及和开放,随着技术手段的大大加强,一些著名服装销售网站已经开始利用虚拟现实技术向广大消费者提供虚拟试穿服务,力求让网络购物与实地购物的差别越来越小。如美国的Land’send公司在互联网上可建立顾客的人体虚拟模型,通过顾客的简单操作,可试穿该公司所推出的服装,还可进行立体互动设计,直到顾客满意为止。

虚拟现实技术是一种应用在Internet和web上的超链接、多用户交互、独立于计算机平台的三维造型和渲染的图形技术[1]。虚拟现实技术的图形渲染是“实时”的,实现了在虚拟场景中的人机交互性。三维试衣系统正是利用虚拟现实的这种实时性,通过用户用鼠标或者键盘控制浏览方向,将场景中的模型任意的移动、旋转和缩放,实时渲染各个角度浏览的服装的穿着效果。虚拟现实技术是面向网络的,其场景文件只传输描述场景的AscⅡ码源程序文件,动画帧生成在客户端,与网络无关,极大地减少了网络传输数据,解除了个人用户在网络传输速度上所受的限制[2]。

三维网上试衣系统的基本思想是利用消费者的身体数据建立具有其体型特征的三维试衣模特,并由它替代消费者在网上进行虚拟试穿。比较理想的三维试衣系统模型大致包括以下几个流程:建立三维服装模型;获得消费者的体型数据(通过三维人体扫描仪、消费者自主输入以及由二维照片获得人体体型数据等方法);然后根据这些数据建立三维人体模型;最后通过与用户交互,将计算机三维模拟的服装“穿”到所建立的三维人体模特身上,并结合虚拟技术实现动态试穿和展示的效果。

因此,要研究整个三维试衣系统,就必须从以上这几个方面进行研究。本文旨在将目前国内外解决三维试衣各个环节所用到的技术进行搜集和整理,对三维试衣研究的广大爱好者和开发、研究者起到一个指导性作用,并在此基础上提出对三维试衣未来的发展方向的预设。

二、虚拟试衣系统概述

试衣系统大致可以分为用户不参与和用户参与两种类型。

用户不参与的试衣系统中,又有多种不同的实现方法:

一种仅仅是起到了展示图片的效果,仅从数据库中读取图片数据,展示图片数量十分有限,不能随心所欲地更换衣物的搭配方式,也不能从不同角度观看试衣效果。从效果上看,与一般杂志上的模特试衣图片没有任何区别,可称之为检索的方法。例如现在的淘宝等购物网站上的服装店铺的穿衣展示,只是找一些模特进行试穿,然后拍下试穿照片上传到网上店铺,供用户在购衣时进行参考。这种方法只是起到为顾客展示衣服整体效果的作用,并不能实时反应顾客自身的穿衣效果。顾客只有在购买拿到衣服时才可以知道衣物的效果。

另一种就是某些时尚类或者购物类网站提出的所谓的“真人试衣”,它同样只提供了网站模特的平面照片,供用户进行试衣。但是不能在不同视角下观看,或者只提供正反两个面的效果展示。与第一种方法相比,它的进步之处在于提供了多种衣物的搭配方案,并且可以由互连网用户自由进行搭配,显示试衣效果。事实上,它的原理与第一种方法是类似的,只是在显示技巧上进行了一些改进而已,可称之为图像处理的方法。

第三种可以提供衣物旋转的观看功能,但这种功能是通过用户下载大量的(近十倍于衣物数据库)各个角度的衣物照片实现的,衣服只是穿在一个简单的模特衣架上,由于受到方法的限制,很难推广到用户共同参与的程度,也很难提供大量的衣物供用户自行搭配。同时因为需要下载大量照片,用户的浏览速度也会受到严重的影响。如某个网上三维试衣系统,一共有11件可供试穿的衣物,但在连接过程中需要下载88幅图像。另外,因为它的衣物旋转观看功能是通过八个角度的照片连续显示实现的,在视觉上有跳跃感,在连接过程中也因为需要下载数据太多而需要等待较长时间。显然这种系统在技术上受限较大,我们可称之为全景图的方法。

以上三种方式基本上是基于二维照片的,顾客在网上看到的只是实物效果图,没有动态的立体展示效果,不能很好地判断产品的质量和效果,在进行交易的过程中会出现不少问题:往往买到的实物不如效果图里的好(色彩、质量等的偏差),或者所买的衣服尺寸、大小等不符合自己的身体特征要求等,这样对于电子商务的发展起到了不利的影响作用。

为了解决上述问题,人们开始研究一种实时动态三维的试衣系统,也就是基于建模渲染的三维虚拟试衣系统。在该试衣系统中,试衣模特与服装都是采用计算机三维模拟技术得到的。

服装作为一个柔性体,其虚拟展示(虚拟试衣)的关键理论、技术涉及到:三维虚拟人物建模、服装建模仿真、服装自身及与人体之间碰撞检测等。理想的三维试衣系统必须建立真实的衣服模型,比如依靠服装面料的计算机逼真模拟,以便能更好地表达出面料的质感、悬垂效果等,增加真实感和沉浸感。当然,接近消费者特征的三维人体模型的建立是虚拟试衣的前提和基础。因此,三维试衣系统中三维人体创建方法的研究也就是整个三维试衣系统的重心所在。

三、三维试衣系统中的人体建模方法研究

由于顾客的身形复杂且相互之间差异较大,所以必须针对不同的顾客制作出与其特征匹配的三维人体模型。因此,能否用一种简单而有效的方法获得个性化三维人体模型就成了建立一个三维试衣系统的关键。目前的一些三维人体建模的研究方法如下:

1、软件类人体建模

根据人体外形特征,利用通用建模软件Maya、3Dmax等构建人体的三维模型,或者利用现有软件(如Poser)等自带的人体模型库,通过参数化修改得到需要的人体模型。但对于使用Maya、3Dmax等三维建模软件直接制作时,需要专业的三维建模师,难度较大。而且这种方法只适合于比较小规模的模型的创建,对于顾客特征区别较大、数量众多的三维试衣系统来说具有很大的局限性。

2、基于三维扫描仪的三维人体建模方法——“模型重用”思想

开始时,人们利用三维扫描仪获得真实人体表面的几何数据模型,然后采用如提取关键点或模板匹配等技术,进行数据处理得到所需的人体模型。这类方法获得的人体模型美观、精确,但是建立单一人体模型耗时较多、成本较高;提取出来的数据量大、散乱、难以处理。因此,同样也不适合于建立大量个性化的三维人体模型。

为了满足大量个性化三维人体模型建模的需求,研究人员尝试模型重用的思路,即利用传统方法获得单个或多个三维人体模型,通过对这些模型进行变形、编辑等操作,获得大量其他体型的人体模型。比如:Seo等提出了利用Bezier曲线和B样条曲线对人体进行局部编辑的方法[3]。后来他们提出了一种基于人体测量参数的个性化人体模型生成方法,根据8个人体测量参数的输入值,对多个由三维扫描仪得到的人体皮肤表面模型进行插值,生成个性化的人体皮肤表面模型[4]。他们的方法,能够重用已有的三维人体模型,通过简单地调整人体测量参数的输入值,即可实时获得相应体型的人体表面模型,快速、简便,而且生成的人体模型具有个性化、逼真等优点;但是,由于是通过对表面模型和骨架模型的绑定达到调节骨架模型的目的,只能应对类似于伸长之类的简单的骨骼变换。而在实际的调解过程中,并不是只有伸长才会引发骨骼变换。

浙江大学的秦可、庄越挺、吴飞[5]提出了一种3D人体模型的参数化方法。首先对人群进行分类,在每个人群子类中选择一个标准人体个体,用三维扫描设备获取以三角网格表示的3D人体模型,然后通过采样策略得到该人体3D模型的轮廓线,针对每个子类的3D人体模型,通过用户交互得到3D人体模型的参数化信息,建立3D人体模型的参数化模板,最后在参数化人体模型模板的基础上,根据用户输入的特定人体参数信息,动态调整轮廓线和重建人体模型体表表面,从而快速生成3D人体模型。

 

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