三維人體測量技術(shù)在數(shù)字化服裝中的應(yīng)用

三維人體測量技術(shù)在數(shù)字化服裝中的應(yīng)用

三維人體測量技術(shù)是基于現(xiàn)代光學技術(shù)的理論，結(jié)合光電子、計算機成像、計算機科學、計算機科學、軟件應(yīng)用技術(shù)和傳感器技術(shù)等各種科學研究的技術(shù)開發(fā)的三維測量技術(shù)。國際上對三維測量設(shè)備的研究始于20世紀50年代,目前,國際先進的三維人體掃描儀主要以光電和激光技術(shù)為基礎(chǔ),如英國的ModelWBX人體掃描儀、美國TC2公司的NX–163D三維掃描儀、德國的Vitus三維掃描儀等。國內(nèi)對三維人體測量前期技術(shù)、原理的研究及人體掃描儀的研制開發(fā)起步較晚,近年來,在設(shè)備研制方面取得了較大進展。臺灣清華大學、總后軍需裝備研究所與北京服裝學院、江西工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院、天津工業(yè)大學、上海和鷹機電科技股份有限公司等高?？蒲袡C構(gòu)與企業(yè)均研究開發(fā)了不同的三維人體測量系統(tǒng)。先進的三維人體測量系統(tǒng)的研發(fā)及相關(guān)研究項目的開展,極大地推進了服裝產(chǎn)業(yè)升級及數(shù)字化服裝技術(shù)的深入研究與應(yīng)用?；谌S人體測量的服裝應(yīng)用技術(shù)研究主要包括:三維人體數(shù)據(jù)庫的建立與研究,人體體型分析與識別,服裝三維人體建模,三維服裝CAD,服裝MTM與eMTM等。1建立三維人體數(shù)據(jù)庫應(yīng)用三維人體測量系統(tǒng),從人體掃描圖像表面提取測量數(shù)據(jù)的準確性已經(jīng)得到了科學驗證。大量的、準確的人體數(shù)據(jù)是相關(guān)產(chǎn)品設(shè)計研究的依據(jù)和基礎(chǔ),建立基于三維測量的人體數(shù)據(jù)庫具有重大意義。隨著三維人體掃描儀的開發(fā)與應(yīng)用,20世紀90年代,世界各國紛紛開展了大規(guī)模的三維人體測量項目,建立了具有一定規(guī)模的三維人體數(shù)據(jù)庫。如日本的HQL、美國的SizeUS、英國的SizeUK、韓國的SizeKOREA等;CAESAR項目建立了涵蓋美國與歐洲多國的大型三維人體數(shù)據(jù)庫。目前,日本已經(jīng)開展了第二次大規(guī)模三維人體測量項目,更新已有的人體數(shù)據(jù)庫;歐洲推出了以服裝人體數(shù)據(jù)庫更新和服裝工業(yè)革新為目標的“e–Taylor”項目。我國在人體數(shù)據(jù)庫方面的研究尚處于起步階段,建立具有一定規(guī)模的三維人體數(shù)據(jù)庫已成為服裝技術(shù)與產(chǎn)業(yè)數(shù)字化快速發(fā)展的關(guān)鍵。2006年,由中國標準化研究院組織的《人類工效學國家基礎(chǔ)數(shù)據(jù)及服裝號型標準研究》子項目完成了我國4~17歲未成年人的人體抽樣測量工作,樣本量達兩萬余人。東華大學與西安工程大學開展了三維測量數(shù)據(jù)庫模型、數(shù)據(jù)表示與交換規(guī)范及三維人體數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)等方面的研究工作,推進了我國三維人體數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的建立與完善。2體型劃分方法人體體型的劃分是服裝號型標準中一個很重要的問題,體型的劃分方法關(guān)系到號型覆蓋率的大小和號型標準使用的方便程度;基于三維人體測量的人體體型細分與識別是實現(xiàn)服裝量身定制、快速生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)。2.1測定方法和標準現(xiàn)行的服裝號型標準中,人體體型分類的方法主要有4種:以胸腰差為劃分依據(jù),以胸臀差為劃分依據(jù),以標準臀圍和臀圍差劃分,以身高、體重、胸圍和年齡劃分。2.2成年男性體型的細分化與自動識別完善的三維人體數(shù)據(jù)庫提供了更加準確豐富的樣本信息,擴展了體型細分研究的空間。加拿大基于CAESAR三維人體數(shù)據(jù)庫,開展了三維人體掃描模型修復(fù)、數(shù)據(jù)自動提取、數(shù)據(jù)主成分分析、體積分析等方面研究工作,最終實現(xiàn)了成年男子體型的細分與自動識別。國內(nèi)研究者針對不同樣本群體,在現(xiàn)行服裝號型標準基礎(chǔ)之上,提出了模糊C均值聚類、核Fisher自動判別、基于SVM、基于軀干體積指數(shù)等體型分類與識別方法。2.3新檔差的研究基于三維測量的體型細分研究進一步推進了服裝檔差、服裝原型等方面的研究工作。遼東學院提出了更適合東北地區(qū)18~24歲女青年體型特征的新檔差;東華大學重新修正了“東華原型”。3服裝三維人體建模技術(shù)三維人體模型的建立是三維服裝設(shè)計和虛擬服裝展示的基礎(chǔ),是復(fù)雜形體幾何造型、參數(shù)化設(shè)計和運動仿真的綜合問題。服裝三維人體建模主要有曲面建模和基于物理建模兩種方法。服裝三維人體測量技術(shù)的應(yīng)用極大地推進了服裝三維人體建模技術(shù)的發(fā)展,國內(nèi)外研究者在服裝人體建模領(lǐng)域展開了廣泛深入的研究。日本三重大學基于三維人體掃描數(shù)據(jù)和幾何建模技術(shù),通過對掃描人體體表進行標記點、分割線預(yù)處理,建立精確的靜態(tài)人體模型,用于服裝設(shè)計;中山大學針對三維服裝仿真對多樣性人體模型的需求,研究了個性化三維人體建模方法;浙江大學應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù),提出了基于截面環(huán)求取三維人體模型的建模方法,實現(xiàn)了由關(guān)節(jié)點驅(qū)動的人體動態(tài)建模;西安工程大學基于自制人體掃描系統(tǒng),采用三角面片法構(gòu)建了三維人體表面模型。4模型技術(shù)集成三維服裝CAD系統(tǒng)是建立在三維人體模型上的,它可以集成和綜合尺寸信息提取、服裝設(shè)計、虛擬試衣、動畫模擬及基于互聯(lián)網(wǎng)的訂做、銷售和展示等技術(shù)。4.1服裝技術(shù)方面的應(yīng)用服裝模型大體可分基于幾何的模型、基于物理的模型和混合模型等3類。目前,國內(nèi)外相關(guān)研究主要集中在服裝模型自動設(shè)計、修改與設(shè)計復(fù)用等方面。浙江大學研究了松量服裝表面模型建立與模型復(fù)用技術(shù),實現(xiàn)了基于草圖模式下的三維服裝表面形態(tài)的更新與袖子模型的設(shè)計復(fù)用;武漢科技大學與俄羅斯伊凡諾沃州立紡織學院開展了女士保暖夾克三維建模、三維服裝CAD系統(tǒng)開發(fā)等系列研究;德國馬普信息研究所提出了基于物理的模板相似技術(shù),對著裝人體掃描并自動提取服裝信息,實現(xiàn)服裝與人體分離,建立了服裝動態(tài)虛擬模型。4.2人體三維掃描與三化融合技術(shù)的轉(zhuǎn)換三維服裝轉(zhuǎn)換成二維衣片涉及到把復(fù)雜的空間曲面展開為平面的轉(zhuǎn)化技術(shù)。此過程要滿足長度、面積近似相等,邊界線及關(guān)鍵點位置相互對應(yīng)等條件。轉(zhuǎn)換方式主要包括有限元計算法、曲面測地曲率法和復(fù)雜曲面展開法等。該領(lǐng)域涉及多學科交叉、理論與實踐結(jié)合,目前已開展的研究工作相對較少。香港理工大學和北京服裝學院基于人體三維掃描數(shù)據(jù),通過Delaunay三角化建模、標記點人體識別、人體曲面聚類分割等技術(shù),初步實現(xiàn)了從人體掃描數(shù)據(jù)自動生成二維服裝樣板。東華大學通過三角測量技術(shù)將人體模型展成二維衣片,依據(jù)款式設(shè)計與面料特性合并衣片。4.3虛擬服裝設(shè)計技術(shù)在計算機輔助服裝設(shè)計與虛擬展示方面,研究工作主要集中在設(shè)計效果虛擬與三維試衣虛擬兩個方向。法國格勒諾布爾大學與美國布朗大學共同研究了基于草圖界面的服裝設(shè)計虛擬技術(shù),系統(tǒng)可自動實現(xiàn)設(shè)計師二維草圖的三維服裝效果虛擬;香港理工大學研究開發(fā)了“樹型用戶行為模型認知”服裝設(shè)計系統(tǒng),該系統(tǒng)基于設(shè)計師平面繪圖過程,實現(xiàn)了快速準確的人機交互服裝設(shè)計,同時可虛擬服裝衣片縫合,展示服裝設(shè)計效果;浙江科技大學與美國加利福尼亞大學共同研究開發(fā)了基于幾何算法的快速三維服裝模擬試衣系統(tǒng)。5國內(nèi)外數(shù)字化服裝生產(chǎn)的技術(shù)集成服裝MTM與eMTM通過計算機技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù),將數(shù)字化人體測量、人體數(shù)據(jù)庫、人體體型分類與識別、體型與服裝號型樣板映射、服裝CAD與CAM、服裝定制銷售等環(huán)節(jié)與技術(shù)集成,已經(jīng)成為國內(nèi)外服裝生產(chǎn)領(lǐng)域研究的重點及未來數(shù)字化服裝生產(chǎn)的一個重要發(fā)展方向。5.1數(shù)字化服裝批量定制基于人體掃描的定制技術(shù)將三維人體掃描與成熟的服裝CAD、CAM技術(shù)集成,實現(xiàn)了服裝的快速定制。香港中文大學基于三維人體掃描技術(shù),綜合應(yīng)用服裝幾何建模、CSRBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、自由形態(tài)空間映射等數(shù)字技術(shù),提高了服裝定制生產(chǎn)效率;臺灣國立清華大學從三維人體掃描、數(shù)據(jù)提取、服裝CAD樣板到CNC自動裁剪等方面進行系統(tǒng)研究,實現(xiàn)了數(shù)字化服裝批量定制;荷蘭阿姆斯特丹自由大學與韓國漢城大學面向MTM開發(fā)服裝樣板,通過對掃描人體表面的三角片化與合并算法,將三角片直接轉(zhuǎn)化為服裝裁片,進行無重疊縫合與服裝三維虛擬。5.2特體識別與服裝設(shè)計專家系統(tǒng)基于體型識別的MTM系統(tǒng)開發(fā)是服裝MTM的主要研究方向。浙江理工大學設(shè)計并開發(fā)了基于三維測量數(shù)據(jù)的女體體型識別專家系統(tǒng),針對5種典型著裝的合體性要求,實現(xiàn)服裝個性化定制;上海工程技術(shù)大學提出了根據(jù)不同體型特征細化基準樣板的基本思想,據(jù)此構(gòu)建了女套裝快速定制系統(tǒng);東華大學針對胸背特體、腹部特體和肩部特體,研究開發(fā)了特體識別與服裝設(shè)計專家系統(tǒng),同時,提出了服裝EMTM系統(tǒng)架構(gòu)的模塊化