D服裝CAD關(guān)鍵技術(shù)研究文獻(xiàn)綜述

1、3D服裝CAD文獻(xiàn)綜述摘要隨著3D設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，3D GCAD也成為熱點(diǎn)，但3D GCAD仍存在諸多難點(diǎn)。3D服裝CAD系統(tǒng)是建立在3D人體模型上的尺寸信息提取、服裝設(shè)計(jì)、虛擬試衣、動(dòng)畫模擬及基于互聯(lián)網(wǎng)的定制、銷售和展示等技術(shù)的集成。根據(jù)對(duì)其特征以及技術(shù)實(shí)現(xiàn)的總結(jié)，分析得出3D人體測(cè)量技術(shù)、3D服裝人體建模技術(shù)、虛擬服裝展示和3D服裝展成2D衣片是3D服裝CAD關(guān)鍵技術(shù)研究的熱點(diǎn)，通過(guò)比較每種技術(shù)總結(jié)了3D服裝CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。關(guān)鍵詞：3D人體測(cè)量，服裝人體建模，虛擬服裝展示，3D2D轉(zhuǎn)化第一部分 計(jì)算機(jī)服裝輔助設(shè)計(jì)(Garment Computer Aided Design，GCAD)

2、技術(shù)在中國(guó)已經(jīng)發(fā)展了30多年，使服裝加工的生產(chǎn)效率和產(chǎn)品質(zhì)量得到了大幅度的提高。而國(guó)內(nèi)外紡織服裝工業(yè)計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)逐漸成熟，并趨商品化發(fā)展。目前，較有影響力的服裝CAD系統(tǒng)有：GERBER(美國(guó))、JUKI(日本)、PAD(加拿大)、LECTRA(法國(guó))、ALXA(瑞士)、ASSYST(德國(guó))等，還有中國(guó)的Arisa(航天710研究所)、“愛(ài)科”(杭州)、BILL(北京輕工業(yè)學(xué)院)等服裝CAD系統(tǒng)以及浙江大學(xué)“智能服裝CAD設(shè)計(jì)及面料設(shè)計(jì)系統(tǒng)”等。目前2D服裝CAD技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，但3D服裝CAD技術(shù)尚未完全成熟，其研究的熱點(diǎn)主要集中在3D人體測(cè)量技術(shù)、3D服裝人體的建模技術(shù)、虛擬服裝展

3、示和3D服裝展成2D衣片等方面。1.3D人體測(cè)量技術(shù)從70年代中期起，美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)和日本等服裝業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家開始三維人體自動(dòng)測(cè)量技術(shù)的研究，提出了許多新的測(cè)量原理和方法。三維人體自動(dòng)測(cè)量方法主要有光學(xué)圖樣法和基于圖像傳感器的光電法。具體的測(cè)量方法有：立體攝影測(cè)量方法、激光測(cè)量法、莫爾條紋測(cè)量法、TC2分層輪廓測(cè)量法、投影條紋相位測(cè)量法等。投入商業(yè)應(yīng)用的測(cè)量系統(tǒng)(人體掃描系統(tǒng))有Cyberware、LDu對(duì)Ibomu曲、Hamamatsu、hnageTwln等系統(tǒng)。由于計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人體測(cè)量技術(shù)由手工向自動(dòng)，接觸式向非接觸式方向的發(fā)展。傳統(tǒng)2D測(cè)量方法很難快速、準(zhǔn)確、大批量測(cè)量，且不

4、能充分反映人體的三維體型特征及3D CAD建模數(shù)據(jù)的采集。接觸式3D測(cè)量?jī)x測(cè)量時(shí)間較長(zhǎng)，會(huì)使被測(cè)者感到疲勞和不適，不利于人體的建模處理。非接觸式3D自動(dòng)測(cè)量應(yīng)運(yùn)而生，該方法是在測(cè)量人體時(shí)把圖像當(dāng)作檢驗(yàn)和傳遞信息的手段或載體加以利用，主要包括激光測(cè)量法、白光相位法、小樣本人體尺寸數(shù)據(jù)提取法和立體攝影測(cè)量等。其中，激光測(cè)量法因其成本較高，應(yīng)用受到了一定的限制；白光測(cè)量法中的TC2公司推出的系統(tǒng)具有硬件尺寸小，軟件處理數(shù)據(jù)快的特點(diǎn)；小樣本人體尺寸數(shù)據(jù)提取法則適用于大型的企業(yè)，若能利用以往測(cè)量過(guò)的人體數(shù)據(jù)建立更加準(zhǔn)確豐富的人體模型庫(kù)，有利于大范圍人體尺寸參數(shù)的精確預(yù)測(cè)，大幅度提高工作效率。對(duì)于立體攝影

5、法，則是目前最熱門的研究方法。其利用CCD攝像機(jī)獲取一個(gè)3D人體的二維圖像，提取能完整表述人體的特征參數(shù)，得出人體特征3D坐標(biāo)。2006年4月，通過(guò)數(shù)碼相機(jī)、三腳架、標(biāo)桿對(duì)蘇州老年大學(xué)的120名中老年女性學(xué)員人體體型數(shù)據(jù)用于人體測(cè)量方法的研究，在立體攝影測(cè)量的基礎(chǔ)上改進(jìn)為照相測(cè)量方法：6-7一；陳國(guó)旗和譚菲分別以男性和女性人體為研究對(duì)象，運(yùn)用照相測(cè)量、手工測(cè)量及三維人體測(cè)量，以肩斜角、體側(cè)角、胸突角和臀突角等4個(gè)角度為人體體表角度的特征角度，進(jìn)行人體體型分類。結(jié)合計(jì)算機(jī)圖形學(xué)知識(shí)和人體體型的特征規(guī)律，在人體圖像邊緣上確定特征點(diǎn)，提取出人體相關(guān)數(shù)據(jù)。2.3D服裝人體的建模技術(shù)3D服裝CAD的基礎(chǔ)

6、是3D人體模型。人體建模方法劃分為線框建模、實(shí)體建模、曲面建模、數(shù)字人體建模等方法。其中，線框建模是CADCAM領(lǐng)域中最早用來(lái)表示形體的模型，對(duì)其編輯、修改非?？?，符合打樣的習(xí)慣，但由于數(shù)據(jù)過(guò)少，無(wú)法精確地描述人體特性，而產(chǎn)生模糊和歧義。此外，由于該方法是點(diǎn)線操作的，所以無(wú)法進(jìn)行橫切面的操作?，F(xiàn)在的AUTCIDESK3D STUDIO、MICROSOFT SOFTIMAGE等所基于的模型就是線框結(jié)構(gòu)幾何模型。實(shí)體建模法提供了人體幾乎所有的幾何和拓?fù)湫畔?，因此它可以支持?duì)表達(dá)人體的消隱、真實(shí)感圖形顯示。但因其構(gòu)造了人體的外部和內(nèi)部的所有數(shù)據(jù)，所以無(wú)可避免地出現(xiàn)計(jì)算速度慢、效率低、時(shí)間長(zhǎng)等問(wèn)題。目

7、前，國(guó)內(nèi)外已推出了的實(shí)體建模系統(tǒng)有美國(guó)的PROENGINEER、CV、UGII、INTERGRAPH，法國(guó)的EUCLlD、CATlA、英國(guó)的DUCT與MEDUSA、日本的TIPS、德國(guó)的COMPACX系統(tǒng)；國(guó)內(nèi)清華大學(xué)的有GEM$40、北京航空航天大學(xué)的PANDA、浙江大學(xué)的MESSAGE以及華中科技大學(xué)的InteSolid系統(tǒng)16-17。曲面建模法又稱表面建模法，其由給出的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成光滑過(guò)渡的曲面，并使這些曲面通過(guò)或逼近這些離散點(diǎn)。其中，張瑞云等”8。對(duì)服裝CAD中的人體曲面進(jìn)行了研究，取得了一定效果，吳劍潔等。19j根據(jù)人體的特殊性，將人體模型劃分為頭、上中下部軀干、左右臂、左右手、左

8、右腳等基本的結(jié)構(gòu)特征，每一部分都有自己的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和造型方法。數(shù)字人體建模主要包括基于解剖學(xué)的數(shù)字人體建模、基于重建的數(shù)字人體建模、基于圖像序列的數(shù)字人體建模、參數(shù)化數(shù)字人體建模等-20-22：。其中，基于解剖學(xué)的數(shù)字人體建模由于需要太多的人工干預(yù)，因此建模效率較低，并且使用者缺乏對(duì)該數(shù)字人體模型的有效控制；基于重建的數(shù)字人體建模能重建與實(shí)際人體體型非常逼真的三維模型，但該方法的實(shí)現(xiàn)依賴于昂貴的設(shè)備，在使用時(shí)需要專業(yè)知識(shí)和特殊的環(huán)境配置，同時(shí)獲取的數(shù)據(jù)量大，重建速度慢，很難確定與虛擬服裝特征相關(guān)的數(shù)據(jù)點(diǎn)；基于圖像序列的數(shù)字人體建?；ㄙM(fèi)很低，只需要從有限的圖像序列中獲取人體的幾何特征，但缺點(diǎn)是只能

9、重建簡(jiǎn)單著衣情況下的人體模型，獲得的三維人體模型精度和建模速度難以達(dá)到平衡。由于面部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性，無(wú)法重建真實(shí)人的面部形狀；參數(shù)化數(shù)字人體建模采用幾何約束來(lái)表達(dá)數(shù)字人模型的形狀特征，以抽象的特征參數(shù)表達(dá)真實(shí)人復(fù)雜的外部幾何特征，依托于常規(guī)的幾何建模方法，使設(shè)計(jì)人員能夠在更高更抽象的層面進(jìn)行人體設(shè)計(jì)。El內(nèi)瓦大學(xué)的HyewonSeo等基于現(xiàn)有可控的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字人模型基礎(chǔ)上，利用一些如脂肪比例、腰臀比等用戶個(gè)性化參數(shù)來(lái)修改標(biāo)準(zhǔn)模型，從而獲得具有真實(shí)感的、便于操作的用戶數(shù)字模型，但該方法中要求用戶提供的參數(shù)需要專業(yè)人員通過(guò)專業(yè)的醫(yī)學(xué)設(shè)備來(lái)獲取或計(jì)算出來(lái)，有一定的應(yīng)用局限性，有必要對(duì)數(shù)字人體建模進(jìn)行深入的

10、研究。3.虛擬服裝展示虛擬服裝展示技術(shù)是三維服裝CAD中的關(guān)鍵技術(shù)。其目的是把顧客服裝真實(shí)再現(xiàn)于展示平臺(tái)，以滿足虛擬試衣的真實(shí)感。為此，必須建立服裝模型并對(duì)其進(jìn)行有效的模擬。目前，服裝虛擬研究中的建模方法主要有幾何建模、物理建模和混合建模三個(gè)大類”j。其中，幾何建模法只注重模擬布料的外觀形態(tài)，不能代表特定的服裝織物，也不能通過(guò)參數(shù)控制服裝的懸垂及質(zhì)感，仿真效果較差；物理建模法能較好地模擬真實(shí)織物，然而缺點(diǎn)也是很明顯的，就是運(yùn)算的速度過(guò)慢，不符合試衣系統(tǒng)中對(duì)服務(wù)器反應(yīng)速度的要求?；旌辖７ㄎ×松鲜鰩缀畏ê臀锢矸ǖ膬?yōu)點(diǎn)。Kunii等-孤建立了服裝模型并實(shí)現(xiàn)了服裝褶皺的模擬。模擬的服裝既外形準(zhǔn)確，

11、又有豐富的懸垂及質(zhì)感變化；Oshita和Makinouchil提出在稀疏粒子上使用幾何方法生成褶皺細(xì)節(jié)。Cordier和MagnenatThaImann對(duì)服裝的不同部分采用不同的方法，然而對(duì)于漂浮服裝如長(zhǎng)裙卻只能使用傳統(tǒng)的方法，漂浮服裝的模擬是這一模擬的瓶頸，Kang和Choi對(duì)含有大量質(zhì)點(diǎn)的質(zhì)點(diǎn)一彈簧模型提出有效的快速模擬方法。斗可。4 3D服裝展成2D衣片把3D服裝轉(zhuǎn)換成可以直接投入服裝生產(chǎn)的2D衣片，涉及到把復(fù)雜的空間曲面展開為平面的轉(zhuǎn)化技術(shù)。在3D服裝轉(zhuǎn)換到2D衣片的過(guò)程中，要滿足面積近似相等、邊界線相互對(duì)應(yīng)、長(zhǎng)度基本保持相等以及關(guān)鍵點(diǎn)的位置相互對(duì)應(yīng)等條件。其中，有限元法先想象一個(gè)粗估

12、平面，該平面與3D曲面的頂點(diǎn)數(shù)目和三角形數(shù)目相同，只是各個(gè)對(duì)應(yīng)的三角形的形狀和方位不同而已。此方法雖然可以獲得比較精確的結(jié)果，但是其展平計(jì)算要花費(fèi)較多的時(shí)間；曲面的測(cè)地曲率展開法在展開計(jì)算中把幾何外形作為展開計(jì)算的唯一依據(jù)，不考慮織物材料的特性，而對(duì)于較復(fù)雜的曲面，它的展開圖形是不封閉的，會(huì)產(chǎn)生較多的裂紋和較大的累積誤差；而復(fù)雜曲面的展開法先將3D服裝曲面分割成若干條狀區(qū)域，每個(gè)區(qū)域用一個(gè)直紋面逼近，再將這些直紋面進(jìn)行三角網(wǎng)格分割展開成2D平面。對(duì)于可展曲面展成平面時(shí)要滿足兩個(gè)條件：2D展開面的面積與3D曲面的面積相等；2D展開面的每邊邊長(zhǎng)與對(duì)應(yīng)的3D曲面邊長(zhǎng)相等，即展開變化是等距的。對(duì)于難以

13、展開的直紋面，可以用逼近法求得展開，但是相關(guān)研究較少她一。楊繼新等將服裝曲面進(jìn)行可展和不可展區(qū)的劃分；肖正揚(yáng)等提出應(yīng)用單參數(shù)平面族的包絡(luò)實(shí)現(xiàn)可展面的方法，形成服裝原型曲面不同區(qū)域的分割；李鶴雙等將服裝原型曲面劃分若干可展曲面區(qū)域。5 3D服裝CAD技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)盡管三維服裝CAD技術(shù)還不成熟，要達(dá)到實(shí)用階段還有許多問(wèn)題需解決，但其在直觀性、合理性、真實(shí)感等方面的優(yōu)勢(shì)足以表明三維服裝CAD技術(shù)的確是服裝CAD技術(shù)的主要發(fā)展方向i3a-36一。其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)主要有以下幾方面：(1)信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用3D服裝CAD技術(shù)與信息數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化，以及遠(yuǎn)程交流技術(shù)結(jié)合與應(yīng)用，將是服裝企業(yè)發(fā)展的方向。(2)

14、自動(dòng)量體和試衣系統(tǒng)的應(yīng)用隨著服裝生產(chǎn)方式從大批量向小批量、多品種、單件生產(chǎn)的方向發(fā)展，服裝的供銷方式也發(fā)生改變，快速響應(yīng)顧客的個(gè)性化需求已成為服裝企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)焦點(diǎn)；計(jì)算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展和網(wǎng)絡(luò)的普及，也使得網(wǎng)絡(luò)購(gòu)衣成為熱潮。由此，基于互聯(lián)網(wǎng)的自動(dòng)量體和試衣系統(tǒng)也逐漸應(yīng)用到服裝銷售終端。自動(dòng)量體即不經(jīng)接觸測(cè)量出顧客人體的外形數(shù)據(jù)，相對(duì)于傳統(tǒng)的手工測(cè)量，不僅精度高速度快，而且測(cè)量數(shù)據(jù)全面。虛擬試衣系統(tǒng)可以根據(jù)自動(dòng)量體數(shù)據(jù)生成與顧客體型一致的三維人體模型，然后將融入了面料物理性能的服裝穿到人體身上，展示真實(shí)地試穿效果，從而讓消費(fèi)者足不出戶便享受真實(shí)的購(gòu)物體驗(yàn)，但是現(xiàn)有的虛擬試衣系統(tǒng)在畫面細(xì)膩度，模型變化

15、的靈活程度，及面料物理性能模擬上都存在一定缺陷，所以其技術(shù)還有待進(jìn)一步研究提高。(3)3D動(dòng)態(tài)的發(fā)展近幾年來(lái)，3D動(dòng)態(tài)技術(shù)是各大CAD公司研究開發(fā)的一大方向。但其研究難度較大。從平面設(shè)計(jì)到立體設(shè)計(jì)，應(yīng)用交互式計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和計(jì)算機(jī)幾何中的最新技術(shù)成果，建立3D動(dòng)態(tài)的服裝模型，解決服裝設(shè)計(jì)中2D到3D、3D到n維的轉(zhuǎn)換，是服裝CAD研究的重要課題之一。若這一技術(shù)能真正突破，將會(huì)給服裝產(chǎn)業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域帶來(lái)一場(chǎng)重大革命。(4)智能化的發(fā)展目前，作為輔助設(shè)計(jì)的服裝CAD系統(tǒng)，其設(shè)計(jì)的指導(dǎo)原則是采取交互式工作方式，為設(shè)計(jì)師提供靈活而有效的設(shè)計(jì)工具。隨著人工智能(AI)技術(shù)的發(fā)展，知識(shí)工程、專家系統(tǒng)將逐漸滲透

16、到服裝CAD系統(tǒng)。智能化服裝CAD系統(tǒng)是使CAD系統(tǒng)能夠在某種程度上具有設(shè)計(jì)師般的職能和思維方法，而不只是一個(gè)重演過(guò)程。利用AI技術(shù)可以幫助設(shè)計(jì)師啟發(fā)設(shè)計(jì)靈感，激發(fā)創(chuàng)造力和想象力，進(jìn)行新穎的服裝款式設(shè)計(jì)。具有自主學(xué)習(xí)能力的服裝CAD技術(shù)，將是服裝CAD系統(tǒng)的發(fā)展方向之一。(5)集成化的發(fā)展國(guó)際服裝業(yè)趨向于更新、更快、小批量、多款式、時(shí)尚化以及高品質(zhì)的發(fā)展方向造就了服裝生產(chǎn)全面自動(dòng)化的產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢(shì)。這就需要一個(gè)能綜合多學(xué)科的新領(lǐng)域，在信息技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)的現(xiàn)代管理科學(xué)的基礎(chǔ)上，將設(shè)計(jì)、制造、管理、工廠經(jīng)營(yíng)活動(dòng)所需的各種自動(dòng)化系統(tǒng)，通過(guò)新的生產(chǎn)管理模式，工廠理論和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有機(jī)地集成起

17、來(lái)的計(jì)算機(jī)制造系統(tǒng)(Computer Integrated Manufacturing System，簡(jiǎn)稱CIMS)，它能根據(jù)競(jìng)爭(zhēng)多變的市場(chǎng)要求，使產(chǎn)品從設(shè)計(jì)、加工、管理到投放市場(chǎng)所需的工作量降到最低限度。(6)簡(jiǎn)捷化的發(fā)展軟件設(shè)計(jì)思路的邏輯關(guān)系、操作平臺(tái)的舒適性、界面的人機(jī)交互性等，都會(huì)對(duì)軟件運(yùn)用過(guò)程產(chǎn)生很大的影響。從今后發(fā)展趨勢(shì)看，應(yīng)用系統(tǒng)更多的面向非設(shè)計(jì)專業(yè)的操作人員。因此，系統(tǒng)應(yīng)具有易學(xué)、易懂和操作方便的用戶界面。開發(fā)先進(jìn)的、友好的、適合多媒體的用戶管理界面(User Interface ManagementSystem，簡(jiǎn)稱UIMS)是服裝CAD軟件的發(fā)展方向之一。第二部分第三部分第

18、四部分參考文獻(xiàn)：1.陳國(guó)旗 基于數(shù)字圖像的青年男體二維非接觸式測(cè)量系統(tǒng)研究 20112.譚菲 基于數(shù)字圖像的青年女性體型及非接觸式二維測(cè)量系統(tǒng)研究 20103.徐軍;何娟梅 三維服裝CAD中關(guān)鍵技術(shù)的特征和方法 2007(05)4.肖正揚(yáng);陶恒學(xué);楊繼新 基于數(shù)字化立體裁剪的人體非接觸式測(cè)量技術(shù) 2001(11)5.王祺明 服裝業(yè)3D人體測(cè)量技術(shù)的方法和現(xiàn)狀分析 2002(04)6.葛彥;劉國(guó)聯(lián) 用于服裝業(yè)的照相人體測(cè)量方法研究 2007(10)7.陳亮 基于圖像處理的三維人體尺寸提取技術(shù)研究與實(shí)現(xiàn) 20108.Meadows D M Generation of Surface Contour

19、s by Moire Patterns 1990(09)9.李惠敏 面向電子化量身定制服裝met維人體測(cè)量數(shù)據(jù)庫(kù)的研究與實(shí)現(xiàn) 200510.YuWM;Harlock S C;Yechnique KW Contour Measurements of Moulded Brassiere Cups Using a Shadow Moire Technique 199511.Meadows D M;JOHNSON W O;WLLEN J B Generation of surface contours by Moire Patterns 1970(04)12.YUW M;Yeung K W;Lam Y

20、 L Assessment of Garment Fit 199813.HWANG Sujeong;B S,M S Three Dimensional Body Scanning Systems with Potensional for Use in the Apparel Industry200114.付國(guó)定;陳樺;劉紅 數(shù)字圖像處理技術(shù)在紡織服裝領(lǐng)域的研究進(jìn)展 2011(12)15.黃珍珍;王曉云;張鴻志 通過(guò)小樣本人體尺寸做人體參數(shù)測(cè)量的預(yù)測(cè) 2010(02)16.Sharp G;Lee S;Wehe D ICP registration using invariant features

21、 2002(01)17.陳君 基于Java 3D的三維人體靜態(tài)建模技術(shù)研究 201018.張瑞云;李汝勤 服裝CAD中三維人體數(shù)據(jù)處理與曲面擬合 2002(02)19.武劍潔;王啟付;樊勁 基于特征的服裝人體模型參數(shù)化建模方法 2000(01)20.陳利珍 三維服裝建模技術(shù)的研究與實(shí)現(xiàn) 201321.勞越明;王祺明 服裝CAD推廣及應(yīng)用問(wèn)題的分析 200522.孫守遷;徐愛(ài)國(guó) 三維服裝仿真中的參數(shù)化人體建模技術(shù) 2007(12)23.KUNII T L Modeling and animation of garment wrinkle formation processes 199024.D.

22、Baraff;A.Witkin;M.Kass Untangling cloth 2003(03)25.劉紅艷 基于物理建模的三維掃描服裝重用技術(shù) 201126.Choi K.J;Ko H.S Stable but responsive cloth 2002(03)27.Choi K.J;Ko H.S Extending the immediate buckling model to triangular meshes for simulating complex clothes 200328.Etzmuss O;Gross J;Strasser W Deriving a particle sy

23、stem from continuum mechanics for the animation of deformableobjects 2003(04)29.聶卉;羅笑南 3D虛擬服裝縫合技術(shù)研究 2002(11)30.劉健;肖正揚(yáng);楊繼新 基于3D服裝CAD的可展面實(shí)現(xiàn)方法 2002(03)31.李鶴雙 三維服裝CAD中服裝原型曲面的展開及省道設(shè)計(jì) 200332.莊梅玲;方建安;張曉楓 三維人體衣身原型曲面研究 2012(31)33.Thomas B.Moeslund;Adrian Hilton;Volker Krüger A survey of advances in visi

24、on-based human motion capture andanalysis 2006(2-3)34.Li Jituo;Ye Juntao;Wang Yangsheng Fitting 3D garment models onto individual human models 2010(06)35.Meng Yuwei;Mok P.Y;Jin Xiaogang Interactive virtual tryon clothing design systems 2010(04)36.Liu Yongjin;Zhang Dongliang;Yuen M.M A survey on CAD

25、methods in 3D garment design 2010(06)針對(duì)三維服裝CAD技術(shù)，近年來(lái)不少國(guó)家和地區(qū)進(jìn)行了深入的研究，并取得了一定的突破。目前日本開發(fā)的Dressing SIM系統(tǒng)已可在網(wǎng)站上建立參數(shù)化的3D人體模型，較真實(shí)地展示服裝穿著時(shí)的效果。加拿大的PAD System能從平面紙樣顯示三維樣品，實(shí)現(xiàn)快速簡(jiǎn)易的二維至三維互換。國(guó)內(nèi)的“愛(ài)科三維服裝CAD系統(tǒng)”。2002年8月被評(píng)選為全國(guó)三項(xiàng)“中國(guó)信息產(chǎn)業(yè)重大技術(shù)發(fā)明”之一。三維服裝CAD技術(shù)研究的重點(diǎn)應(yīng)該包括：(1)人體測(cè)量和人體三維數(shù)據(jù)處理。(2)三維人體計(jì)算機(jī)模型的建立。(3)在三維人體模型上進(jìn)行三維服裝款式設(shè)計(jì)和模擬

26、仿真。(4)服裝裁片二維-維映射，三維裁片的平面展開及二維裁片在人體模型相應(yīng)部位上的“縫合”。三維人體測(cè)量人體測(cè)量方法可分為三大類：傳統(tǒng)二維手工接觸測(cè)量、接觸式三維測(cè)量?jī)x測(cè)量和非接觸三維自動(dòng)測(cè)量方法。傳統(tǒng)的二維手工測(cè)量方法過(guò)于粗略。它不能充分反映人體的三維體型特征，不能滿足三維CAD建模的數(shù)據(jù)要求。接觸式三維測(cè)量?jī)x測(cè)量是利用角度計(jì)、測(cè)高計(jì)、測(cè)距計(jì)和滑動(dòng)計(jì)等專門的機(jī)械式測(cè)量?jī)x，依據(jù)測(cè)量基準(zhǔn)對(duì)人體進(jìn)行接觸測(cè)量的方法。它可以測(cè)量出人體表面相關(guān)點(diǎn)的三維坐標(biāo)，獲得較細(xì)致的三維人體數(shù)據(jù)。該方法簡(jiǎn)便、直觀。但由于是接觸測(cè)量，測(cè)量時(shí)間比較長(zhǎng)，會(huì)使被測(cè)者感到疲勞和窘迫，不利于三維CAD系統(tǒng)對(duì)三維人體數(shù)據(jù)獲取的建

27、模處理。非接觸三維人體自動(dòng)測(cè)量作為現(xiàn)代圖像測(cè)量技術(shù)的一個(gè)分支，是以現(xiàn)代光學(xué)為基礎(chǔ)，融光電子學(xué)、計(jì)算機(jī)圖像學(xué)、信息處理、計(jì)算機(jī)視覺(jué)等科學(xué)技術(shù)為一體的三維測(cè)量技術(shù)。與傳統(tǒng)的測(cè)量方法相比較，這種人體測(cè)量方法主要特點(diǎn)是快速、準(zhǔn)確、效率高。測(cè)量時(shí)即把圖像當(dāng)作檢測(cè)和傳遞信息的手段或載體加以利用。從圖像中提取有用的信息，就可直接運(yùn)用于三維服裝CAD系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)人體測(cè)量和服裝設(shè)計(jì)的一體化。從70年代中期起，美國(guó)、英國(guó)、德國(guó)和日本等服裝業(yè)發(fā)達(dá)國(guó)家開始三維人體自動(dòng)測(cè)量技術(shù)的研究，提出了許多新的測(cè)量原理和方法。三維人體自動(dòng)測(cè)量方法主要有光學(xué)圖樣法和基于圖像傳感器的光電法。具體的測(cè)量方法有：立體攝影測(cè)量方法、激光測(cè)

28、量法、莫爾條紋測(cè)量法、TC2分層輪廓測(cè)量法、投影條紋相位測(cè)量法等。投入商業(yè)應(yīng)用的測(cè)量系統(tǒng)(人體掃描系統(tǒng))有Cyberware、LDu對(duì)Ibomu曲、Hamamatsu、hnageTwln等系統(tǒng)。目前由于這類人體掃描設(shè)備系統(tǒng)價(jià)格高昂，國(guó)內(nèi)服裝行業(yè)的應(yīng)用還處于起步階段。因此，國(guó)內(nèi)三維服裝CAD系統(tǒng)開發(fā)應(yīng)滿足輸入人體特征數(shù)據(jù)進(jìn)行設(shè)計(jì)的要求，使傳統(tǒng)的手工測(cè)量繼續(xù)得到應(yīng)用。三維人體模型的建立計(jì)算機(jī)三維人體模型是三維服裝CAD系統(tǒng)的重要組成部分和基礎(chǔ)。三維人體模型的建立方法一般有線框建模、實(shí)體建模、曲面建模和物理建模等。21線框建模是采用點(diǎn)、直線、圓弧、樣條曲線等構(gòu)造三維物體的圖形表示技術(shù)和建模方法。它只

29、用點(diǎn)、線的信息表示一個(gè)形體，數(shù)據(jù)量少，定義過(guò)程簡(jiǎn)單，對(duì)其編輯、修改非?？?，符合服裝生產(chǎn)中人們打樣的習(xí)慣。很多復(fù)雜的形體設(shè)計(jì)可先用樣條勾畫出基本輪廓然后逐步細(xì)化。由于它包含的信息有限，因此不能夠無(wú)二義性地表達(dá)三維人體，無(wú)法實(shí)現(xiàn)自動(dòng)消隱，真實(shí)感差，不能進(jìn)行剖面操作。但線框建模作為實(shí)體建模、曲面建模的基礎(chǔ)，至今仍在廣泛應(yīng)用。22實(shí)體建模方法提供了頂點(diǎn)、邊界、表面和實(shí)體幾乎所有的幾何和拓?fù)湫畔ⅰＦ浼夹g(shù)包括體素的定義描述和體素間的集合運(yùn)算。它可以支持表達(dá)人體的消隱、真實(shí)感圖形顯示。但其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，計(jì)算量大，對(duì)硬件要求高，運(yùn)行速度慢。23三維人體的曲面建模是通過(guò)頂點(diǎn)、邊和表面三種幾何元素及其相互間的拓?fù)潢P(guān)系

30、來(lái)描述三維人體的建模方法。曲面模型提供了三維人體的表面信息，因此能夠進(jìn)行隱藏線消除和真實(shí)感三維人體模型顯示。但曲面建模方法由于沒(méi)有明確定義三維人體的實(shí)心部分，因此很難進(jìn)行剖面操作。目前，國(guó)內(nèi)的三維人體建模多采用曲面建模以獲得逼真度高的人體模型。常用的有B樣條曲面、Bezier曲面和Nurbs曲面?！眔在此基礎(chǔ)上，CKAu和MMPYuen采用基于特征的方法進(jìn)行人體建模。武劍潔、王啟付等人采用的基于特征的服裝人體模型參數(shù)化建模方法，是通過(guò)基于圖像和機(jī)器視覺(jué)的技術(shù)，實(shí)時(shí)捕捉著裝模特的身體形狀和姿態(tài)，生成服裝設(shè)計(jì)系列的人體模型，繼而分析人體體形特點(diǎn)和方向姿態(tài)，提取出能完整描述人體的特征參數(shù)進(jìn)行建模?！?/p>

31、30這種方法具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，可以進(jìn)一步研究發(fā)展。目前，隨著反求工程、散亂數(shù)據(jù)處理研究的深入和人體掃描設(shè)備的廣泛應(yīng)用，利用掃描人體點(diǎn)云數(shù)據(jù)反求人體模型的方法取得了較好的進(jìn)展，并且將成為今后發(fā)展的重要方向。24物理建模是將人體的物理屬性和人體所受的外部環(huán)境的各方面因素引入到傳統(tǒng)的幾何建模方法中，形成的一種全新的建模方法。它能獲得更加真實(shí)的建模效果。但物理建模方法對(duì)人體的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)規(guī)律表達(dá)多是采用微分方程組數(shù)值求解方法來(lái)進(jìn)行動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的計(jì)算，與傳統(tǒng)的人體建模方法相比，計(jì)算上要復(fù)雜得多。該方法適用于動(dòng)畫領(lǐng)域面部和肌肉的細(xì)致刻畫。3服裝的模擬服裝作為一種柔性體，較難用簡(jiǎn)單的模型來(lái)描述。即使建立了模型，對(duì)

32、普通計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，也很難滿足其大運(yùn)算量的要求。因此，對(duì)服裝模擬的研究一直是件困難而有意義的工作。目前，服裝模擬研究中的建模方法主要有三大類：幾何建模方法、物理建模方法和混合建模方法。31幾何建模為滿足人在正常狀態(tài)下活動(dòng)的需要、著裝內(nèi)層的需要和服裝款式造型的需要，人體與服裝之間必須要有一定的間隙，使之在任一截面的圍長(zhǎng)上存在差異(即服裝的放松量)，徑向上也存在差異(即空隙度)。在正常情況下，身體不同部位即不同截面處的空隙度和放松量不同，同一截面上的空隙度也不一定均勻。例如腹部截面上空隙度最小，腰部截面上空隙度較均勻，胸部截面上乳房處的空隙度也很小。幾何建模就是在已建立的人體模型上，按一定的規(guī)律在人體

33、表面上進(jìn)行經(jīng)緯線劃分，在任一緯度Y=Y。上取一截面，得該截面人體表面各造型點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)(，Yo，zo)。根據(jù)其服裝與人體間的空隙度的大小，可由幾何方法求得服裝表面。各造型點(diǎn)的數(shù)據(jù)(z，z)?！?根據(jù)計(jì)算所獲得的服裝上各造型點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)，利用曲面造型方法即可得到服裝模型，達(dá)到幾何建模的目的。目前常用B樣條曲面、B翻er曲面和Nurbs曲面來(lái)進(jìn)行曲面造型。Mccartney和Hinds最早提出了在人體模型上定義一系列位移曲面片的典型的幾何三維服裝建模方法。上述幾何建模方法不考慮服裝面料織物的物理特性，計(jì)算速度較快，模擬出的服裝具有其形態(tài)特點(diǎn)，但不能代表特定的服裝織物。32物理建模幾何建模不考慮服裝

34、的物理屬性，只采用相應(yīng)的幾何造型來(lái)模擬服裝，仿真效果較差。而物理建模對(duì)服裝進(jìn)行三角、網(wǎng)格或粒子劃分，進(jìn)行能量、受力分析，能較真實(shí)地模擬柔性物體的特性，不足之處是運(yùn)算速度較慢?！?。物理建模與織物的微細(xì)結(jié)構(gòu)有關(guān)。模擬結(jié)果與真實(shí)織物的接近程度取決于所用的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法。由于織物微結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型各不相同，物理模型可分為連續(xù)模型和離散模型兩類。計(jì)算方法可分為力法和能量法：力法用微分方程表達(dá)織物內(nèi)部微元之間的力，進(jìn)行數(shù)值積分以獲取每一時(shí)間步長(zhǎng)下微元的空間位置，從而得到整個(gè)織物在該時(shí)間步長(zhǎng)下的變形形態(tài)。能量法通過(guò)方程組計(jì)算整片織物的能量，然后移動(dòng)織物結(jié)構(gòu)內(nèi)的微元使之達(dá)到最小能量狀態(tài)，從而確定織物的最終變形形態(tài)。通常，能量法多用于織物靜態(tài)懸垂的模擬，而力法用于動(dòng)態(tài)懸垂的模擬?！?。在各種連續(xù)模型中有限元模型是目前發(fā)展的一個(gè)趨勢(shì)。它由Celniker和Eischen先后提出。它將織物看作是由大量微元素相集合的連續(xù)體，運(yùn)用研究連續(xù)體的力學(xué)方法對(duì)織物進(jìn)行力學(xué)分析和研究。通常用變形殼體、彎板、薄片、薄膜單元或變形梁?jiǎn)卧砜椢锏奈⒃?。離散模型中由Provot和Howlett先后提出的質(zhì)點(diǎn)一彈簧模型結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，容易實(shí)現(xiàn)，計(jì)算效率較高，因此近年來(lái)取得了較好的應(yīng)用效果。該模型將服裝裁片離散表達(dá)為規(guī)則網(wǎng)格的質(zhì)點(diǎn)一彈