三维人体与服装仿真建模技术综述
三维人体与服装仿真建模技术综述
摘要：
三维人体及服装建模始终是计算机图形学和服装CAD领域的热点和难点1。三维人体建模作为计算机人体仿真的一个组成部分,一直是人们研究的热点之一。自交互式计算机图形学诞生之日起,就有学者不断探索计算机人体建模技术2。在服装CAD、网络虚拟试衣、三维人体动画和游戏等应用领域，都面临着如何解决真实人体与服装的三维重建问题，即人体与服装的真实感虚拟建模3。随着计算机技术的发展，以计算机为工具绘制三维效果图和款式图成为主流，极大地提高了设计效率目前三维动画软件在平面设计产品设计建筑装潢影视动漫等领域已经开始广泛应用三维数字技术作为设计表现的一种新的手段4，使设计师能更好地理解和感受产品的功能形态空间色彩人机关系，是体现设计师设计思想和设计方案的最有力手段；能以最直观的方式向消费者表达设计创意，具有传统设计方式无法比拟的优势5，三维服装设计逐渐成为一个必然的趋势。
关键词：三维人体服装建模三维服装人体仿真 opengl CAD
目前绝大多数服装企业服装设计的过程大致是：构思绘制服装效果图（人体和服装）服装制版（手工或者服装）裁剪缝制样衣模特试衣提出修改方案其中最为耗时的部分就是服装样衣裁剪缝制和试衣的过程，这个过程也需要消耗一定的人力和物力，是服装设计环节中成本较高的部分根据三维动画软件的三维仿真功能，我们试图利用三维软件在数字化三维人体上创建三维数字化服装，通过三维数字化服装的仿真模拟，检验服装设计方案的合理性，从而取代传统的服装设计过程利用三维动画软件进行服装设计，其工作过程为：构思三维数字化人体建模三维数字化服装展示提出修改方案显而易见，利用三维模拟进行服装设计工作过程相对于传统服装设计过程流程短成本低效率高为验证此方案的合理性和可行性，通过试验重点研究两个方面的内容：一是高效地建立三维数字化人体模型的研究；二是三维数字
化服装的研究建立适合服装设计的数字化，人体模型研究数字化。6
人体模型是三维服装设计表现的基础，因此在三维服装设计中首先要解决的是高效的个性化数字人体建模问题由于服装设计表现允许服装人体具有一定的艺术变形和夸张，所以选择三维来建立人体的三维数字化模型，是一种简单高效的方法，所获得的人体模型美观艺术感强，完全能满足服装设计的需要但是用三维人体建模是一项技术难度较高的工作，还要耗用很多时间，效率较低，不能满足服装设计高效率的要求
服装设计学是横跨科学技术和艺术的综合性学科，利用新技术实现设计思维的表达，提高服装设计效率是服装设计学一个重要的研究方向传统以纸笔为工具，手绘服装效果图和款图，进行服装设计思维的表达；服装三维建模为服装个性化定制提供基础基于人体模型7，已有多种三维服装建模方法这些方法如果按照服装模型表达的方法来分，可以分为：曲面参数化精确表达的建模方法、曲面网格表达的建模方法、曲面物理表达的建模方法三种8。如果按照服装模型建构的方法来分，又可以分为特征造型曲面重建、草图交互修改、自由变形等9，多种方法服装模型的编辑和修改则为服装个性化定制提供手段其方法主要有草图交互修改自由变形技术和参数化变形技术、参数化技术由于其无可比拟的优势，已在多个领域的产品设计中得到广泛应用，而将参数化技术引入服装设计领域最近也得到部分学者的注意10
真实感服装设计技术关键在于充分考察影响服装款式造型的外观因素, 设计师要对设计对象具备深刻的理解, 如服装面料特性所带来的悬垂感和飘逸感, 服装穿着特性所带来的褶皱和凹凸层次感, 光照条件所带来的明暗和色彩的诸多变化等.11传统的织物设计与织物的应用是分离的, 人们无法预见织物的真正着装效果, 这给消费者和设计师带来了很大的局限性. 计算机技术的飞速发展,使计算机辅助设计成为可能. 通过具有较好真实感的织物三维着装仿真系统, 可以对不同织物进行服装穿着仿真演示. 要生成一个高质量的三维真实感图形, 尤其对于具有复杂形体的人体和服装来说是一项相当复杂的工作. 其中的关键技术包括: 几何建模、隐藏面消除、浓淡处理与生成纹理效果等.12
三维人体数据库的建立与研究
应用三维人体测量系统，从人体扫描图像表面提取测量数据的准确性已经得到了科学验证。大量的、准确的人体数据是相关产品设计研究的依据和基础，建立基于三维测量的人体数据库具有重大意义。随着三维人体扫描仪的开发与应用，20世纪90年代，世界各国纷纷开展
了大规模的三维人体测量项目，建立了具有一定规模的三维人体数据库。如日本的HQL、美国的Size US、英国的Size UK、韩国的Size KOREA等；CAESAR 项目建立了涵盖美国与欧洲多国的大型三维人体数据库。目前，日本已经开展了第二次大规模三维人体测量项目，更新已有的人体数据库；欧洲推出了以服装人体数据库更新和服装工业革新为目标的“e –Taylor ”项目。我国在人体数据库方面的研究尚处于起步阶段，建立具有一定规模的三维人体数据库已成为服装技术与产业数字化快速发展的关键。2006年，由中国标准化研究院组织的《人类工效学国家基础数据及服装号型标准研究》子项目完成了我国4 ～17 岁未成年人的人体抽样测量工作，样本量达两万余人。东华大学与西安工程大学开展了三维测量数据库模型、数据表示与交换规范及三维人体数据管理系统等方面的研究工作，推进了我国三维人体数据库系统的建立与完善。
人体体型分析与识别研究
人体体型的划分是服装号型标准中一个很重要的问题，体型的划分方法关系到号型覆盖率的大小和号型标准三维人体测量技术的发展与推广应用，使基于此项技术的数字化服装应用技术研究发展迅速。本文全面分析了基于三维人体测量的人体数据库建立、服装人体体型分析识别、三维人体建模、三维服装CAD、服装批量定制等数字化服装相关应用技术研究的现状与发展13。现行的服装号型标准中，人体体型分类的方法主要有 4 种：以胸腰差为划分依据，以胸臀差为划分依据，以标准臀围和臀围差划分，以身高、体重、胸围和年龄划分。
2.2 体型分类研究情况完善的三维人体数据库提供了更加准确丰富的样本信息，扩展了体型细分研究的空间。加拿大基于CAESAR三维人体数据库，开展了三维人体扫描模型修复、数据自动提取、数据主成分分析、体积分析等方面研究工作，最终实现了成年男子体型的细分与自动识别。国内研究者针对不同样本群体，在现行服装号型标准基础之上，提出了模糊
C 均值聚类、核Fisher自动判别、基于SVM、基于躯干体积指数等体型分类与识别方法。
2.3 服装档差及原型修订基于三维测量的体型细分研究进一步推进了服装档差、服装原型等方面的研究工作。辽东学院提出了更适合东北地区18 ～24 岁女青年体型特征的新档差；东华大学重新修正了“东华原型”。14
服装三维人体建模
三维人体模型的建立是三维服装设计和虚拟服装展示的基础，是复杂形体几何造型、参数化设计和运动仿真的综合问题。服装三维人体建模主要有曲面建模和基于物理建模两种方法。服装三维人体测量技术的应用极大地推进了服装三维人体建模技术的发展，国内外研究者在
服装人体建模领域展开了广泛深入的研究15。日本三重大学基于三维人体扫描数据和几何建模技术，通过对扫描人体体表进行标记点、分割线预处理，建立精确的静态人体模型，用于服装设计；中山大学针对三维服装仿真对多样性人体模型的需求，研究了个性化三维人体建模方法16；浙江大学应用神经网络技术，提出了基于截面环求取三维人体模型的建模方法，实现了由关节点驱动的人体动态建模；西安工程大学基于自制人体扫描系统，采用三角
面片法构建了三维人体表面模型。
三维服装CAD技术三维服装
CAD系统是建立在三维人体模型上的，它可
以集成和综合尺寸信息提取、服装设计、虚拟试衣、动画模拟及基于互联网的订做、销售和展示等技术。三维服装建模服装模型大体可分基于几何的模型、基于物理的模型
和混合模型等 3 类17。目前，国内外相关研究主要集中在服装模型自动设计、修改与设计复用等方面。浙江大学研究了松量服装表面模型建立与模型复用技术，实现了基于草图模式下的三维服装表面形态的更新与袖子模型的设计复用；武汉科技大学与俄罗斯伊凡诺沃州立纺织学院开展了女士保暖夹克三维建模、三维服装CAD系统开发等系列研究18；德国马普信息研究所提出了基于物理的模板相似技术，对着装人体扫描并自动提取服装信息，实现服装与人体分离，建立了服装动态虚拟模型。
利用VC+ + 与Op en GL 建立三维人体模型
OpenGL 具有高性能的交互式三维图形建模能力以及跨平台性、简便高效、功能完善和易于编程开发等优点, 是从事三维图形开发工作的必要工具。19由于OpenGL本身并不具有窗口管理、消息映射等Windows 编程所必备的能力, 也不具有菜单、工具条、对话框等Windows界面必备的标准元素, 难以做出美观的界面。Visual C++ 是Windows环境下功能最为强大的编程工具, 并且可以直接嵌入OpenGL 语句, 是OpenGL 开发的天然工具。因此本文选用了Visual C++ 6. 0和OpenGL 为软件开发平台, 将两者的优势结合起来进行开发.建立三维人体模型的主要步骤:20
( 1) 读入通过非接触测量得到的人体模型的点云数据, 存储在点链表中。
( 2) 依次遍历这些散点对其进行Delaunay三角剖分, 通过OpenGL中的glVertex3f( ) 函数来绘制三角形链表中的小三角形, 生成三维人体网格。其主要程序如下:
glBegin( GL_TRIANGLES) ; / / 标志开始绘制三角形
for( int j = 1; j <= ntri; j++ )
{ glVertex3f( pointt[ triangle[ j] . vv0] . x, pointt[ triangle[ j] . vv0] . y,
pointt[ triangle[ j] . vv0] . z) ; / / 指明三角形的一个顶点的坐标
glVertex3f( pointt[ triangle[ j] . vv1] . x, pointt[ triangle[ j] . vv1] . y,
pointt[ triangle[ j] . vv1] . z) ;
glVertex3f( pointt[ triangle[ j] . vv2] . x, pointt[ triangle[ j] . vv2] . y,
pointt[ triangle[ j] . vv2] . z) ;
} / / 指定三角形的显示模式
glPolygonMode( GL_FRONT_AND_BACK, GL_LINE) ; / / 线的形式显示, 如图4( a) 所示
glPolygonMode( GL_FRONT_AND_BACK, GL_FILL) ; / / 面的形式显示, 如图4( b) 所示
glEnd( ) ; / / 标志结束绘制三角形
计算各三角形的法向量。法向量是能否得到理想的光照效果, 产生逼真图形的关键因素。它确定物体相对于光源的方位, 从而能够计算此点的受光情况。例如一个三角形的三个顶点为pointt[ triangle[ j] . vv0] 、pointt [ triangle[ j] .vv1] 、pointt [ triangle[ j] . vv2] , 三角形的法向量为n, 求法向量的主要程序如下:
v1. x= pointt[ triangle[ j] . vv0] . x- pointt[ trian-gle[ j] . vv1] . x;
v1. y=pointt[ triangle[ j] . vv0] . y- pointt[ trian-gle[ j] . vv1] . y;
v1. z=pointt [ triangle[ j] . vv0] . z- pointt [ trian-gle[ j] . vv1] . z;
v2. x= pointt[ triangle[ j] . vv1] . x- pointt[ trian-gle[ j] . vv2] . x;
v2. y=pointt[ triangle[ j] . vv1] . y- pointt[ trian-gle[ j] . vv2] . y;
v2. z=pointt [ triangle[ j] . vv1] . z- pointt [ trian-gle[ j] . vv2] . z;
n. x= v1. y*v2. z- v1. z*v2. y;
/ / 向量叉乘得到法向量
n. y=v1. z* v2. x- v1. x*v2. z;
n. z=v1. x*v2. y- v1. y*v2. x;21
添加光照和材质等环境相关参数, 目的是让人体模型有明显的凹凸感, 更接近于人体模型表面。基于上述建立人体模型的算法, 利用VC++与OpenGL完成了整个人体的重建22。
服装纹理映射技术的具体实现方法
基于OpenGL实现纹理映射技术, OpenGL是一个工业标准的三维计算机图形软件接口. 在OpenGL里要实现纹理映射, 需要执行如下步骤
( 1) 创建纹理对象并为其指定纹理;
( 2) 指定如何将纹理应用于每个像素;
( 3) 启用纹理映射;
( 4) 使用纹理坐标和几何坐标绘制场景.23
整体服装纹理映射
映射求值函数为:
voidglMap2* {fd} ( GLenumtarget, TYPEu1,
TYPE u2, Glint ustride, Glint uorder, TYPE v1,
TYPEv2, Glint vstride, Glint vorder, TYPEpoints)24
在OpenGL 中像各个点的映射值由其内部插值完成, 如果要把整个图像放在曲面上, 只要4个角的坐标映射到曲面对应的4个角上的点25. 纹理贴图是贴图与曲面一一对应的, 86@85个点将构成许多曲面, 把这些曲面贴上相同的纹理就能在整体上显示三维服装的效果, 86@85个点的排列顺序为先行后列, 自上而下. 点从后颈部开始顺时针转一圈, 然后到下一行.考虑到服装产生的顺序, 本文在贴纹理坐标时就按这样的顺序: ( 1, 1) , ( 0, 1) , ( 1, 0) , ( 0, 0) ,从而保证贴图的正确显示26。
多重服装纹理映射
每个曲面都贴上同样的纹理过于单调, 在服装的不同位置分别映射两种不同的纹理, 使服装显出更多风格的变化.本文实现了类似服装商标的效果, 用一种图案作为商标贴于服装的左胸处.实现该效果的方法是使用glGenTextures( ) 产生两个纹理27, 首先以一种纹理作为全局的纹理进行映射; 然后在需要改变原先纹理的部分调用新的纹绑定函数glBindTexture( ) , 并调用新的纹理求值函数glMap( ) , 计算纹理映射.全局纹理的一个贴图只对应一个曲面. 第2个商标纹理则覆盖了6@5个Bezier 曲面, 每个曲面映射了原来图片的1/3028. 曲面的定位并不困难, 只要知道对应点的位置即可. 问题的关键是如何映射才能使30个曲面拼成一个图.
基于OpenGL的纹理映射技术开创性地实现了复杂的服装着装效果. 使用两种不同纹理产生的特殊服装显示效果, 表明在三维服装模型上应用各种可视化渲染效果的可行性, 为
以后实现更为复杂的服装纹理打下了基础. 本文主要实现上身服装的映射效果, 这与上身模型数据获取与建模相对容易有关. 以后的工作可在此基础上构建完整人台模型, 实现其他款式服装如衣领、袖子、裤子等的渲染效果29.
辅助设计与虚拟展示
在计算机辅助服装设计与虚拟展示方面，研究工作主要集中在设计效果虚拟与三维试衣虚拟两个方向。法国格勒诺布尔大学与美国布朗大学共同研究了基于草图界面的服装设计虚拟技术，系统可自动实现设计师二维草图的三维服装效果虚拟30；香港理工大学研究开发了“树型用户行为模型认知”服装设计系统，该系统基于设计师平面绘图过程，实现了快速准确的人机交互服装设计，同时可虚拟服装衣片缝合，展示服装设计效果；浙江科技大学与美国加利福尼亚大学共同研究开发了基于几何算法的快速
结语
基于三维人体测量的数字化服装技术已经成为服装工业快速发展的重要高新技术和科技前沿。基于三维人体测量的数字化服装应用技术研究具有较大空间，很多关键技术还有待深入研究。
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人体三维模型解读
三维人体建模 摘要：对当今广为应用的线框模型、体模型和曲面模型等传统的三维人体建模方法进行了研究和分析,本文通过对三维人体建模的介绍，它的发展现况以及它对服装行业的影响，来阐述三维人体建模。 关键词:人体建模,发展，影响
目录 一：人体（三维）建模定义和内涵 1.1.三维模型（定义） 1.2.三维模型的构成 1.3.构建三维模型的方法 1.4.人体三维建模（定义） 二：人体建模发展现状 2.1.“3D人体扫描仪介绍” 2.2.主要人体三维扫描仪3D CaMega DCS系列（人体数字化系统）三：对服装产业的影响意义 3.1.三维服装仿真中的参数化人体建模技术 3.2.3D试衣系统中个性化人体建模方法 3.3.服装CAD中三维人体建模方法综述 四．文献来源
一：人体（三维）建模定义和内涵 1.1.三维模型（定义） 是物体的多边形表示，通常用计算机或者其它视频设备进行显示。显示的物体是可以是现实世界的实体，也可以是虚构的物体。任何物理自然界存在的东西都可以用三维模型表示。 1.2.三维模型的构成
（1）网格网格是由物体的众多点云组成的，通过点云形成三维模型网格。点云包括 三维坐标、激光反射强度和颜色信息，最终绘制成网格。这些网格通常由三角形、四边形或者其它的简单凸多边形组成，这样可以简化渲染过程。但是，网格也可以包括带有空洞的普通多边形组成的物体。 （2）纹理纹理既包括通常意义上物体表面的纹理即使物体表面呈现凹凸不平的沟纹, 同时也包括在物体的光滑表面上的彩色图案，也称纹理贴图，当把纹理按照特定的方式映射到物体表面上的时候能使物体看上去更真实。纹理映射网格赋予图象数据的技术；通过对物体的拍摄所得到的图像加工后，再各个网格上的纹理映射，最终形成三维模型。 1.3.构建三维模型的方法 目前物体的建模方法，大体上有三种：第一种方式利用三维软件建模；第二种方式通过仪器设备测量建模；第三种方式利用图像或者视频来建模。 三维软件建模目前，在市场上可以看到许多优秀建模软件，比较知名的有 3DMAX,SoftImage, Maya,UG以及AutoCAD等等。它们的共同特点是利用一些基本的几何元素，如立方体、球体等，通过一系列几何操作，如平移、旋转、拉伸以及布尔运算等来构建复杂的几何场景。利用建模构建三维模型主要包括几何建模(Geometric Modeling)、行为建模(KinematicModeling)、物理建模(Physical Modeling)、对象特性建模(Object Behavior)以及模型切分(Model Segmentation)等。其中，几何建模的创建与描述，是虚拟场景造型的重点。 仪器设备建模三维扫描仪(3 Dimensional Scanner)又称为三维数字化仪(3 Dimensional Digitizer)。它是当前使用的对实际物体三维建模的重要工具之一。它能快速方便的将真实世界的立体彩色信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为实物数字化提供了有效的手段。它与传统的平面扫描仪、摄像机、图形采集卡相比有很大不同：首先，其扫描对象不是平面图案，而是立体的实物。其次，通过扫描，可以获得物体表面每个采样点的三维空间坐标，彩色扫描还可以获得每个采样点的色彩。某些扫描设备甚至可以获得物体内部的结构数据。而摄像机只能拍摄物体的某一个侧面，且会丢失大量的深度信息。最后，它输出的不是二维图像，而是包含物体表面每个采样点的三维空间坐标和色彩的数字模型文件。这可以直接用于CAD或三维动画。彩色扫描仪还可以输出物体表面色彩纹理贴图。早期用于三维测量的是坐标测量机(CMM)。它将一个探针装在三自由度(或更多自由度)的伺服装置上，驱动探针沿三个方向移动。当探针接触物体表面时，测量其在三个方向的移动，就可知道物体表面这一点的三维坐标。控制探针在物体表面移动和触碰，可以完成整个表面的三维测量。其优点是测量精度高；其缺点是价格昂贵，物体形状复杂时的控制复杂，速度慢，无色彩信息。人们借助雷达原理，发展了用激光或超声波等媒介代替探针进行深度测量。测距器向被测物体表面发出信号，依据信号的反射时间或相位变化，可以推算物体表面的空间位置，称为“飞点法”或“图像雷达”。
三维人体建模与显示
基于单目视觉测量的人体建模与显示 盛光有1，姜寿山1，张欣2 (1.西安工程大学电子信息学院，陕西西安710048; 2.西安工程大学服装与艺术设计学院，陕西西安710048 ) 摘要：以一种基于单目视觉测量原理的三维人体扫描装置获得的人体数据为来源，运用三角面片法构建人体表面，并把人体模型保存为一种标准的模型格式文件OBJ文件，获取了三维人体模型。然后在Visual C++的编程环境中采用OpenGL （Open Graphics Library）作为三维图形接口,编程实现了三维人体模型，获得了可视化的人体模型。 关键词：三维人体模型；虚拟试衣；OpenGL；人体显示 随着人们对服装的舒适性，合体性和款式的个性化的要求越来越高。传统的二维服装CAD软件暴露出了种种不足之处,如号型难以适应不同形态的人体,不能在衣片设计阶段就看到成衣后的效果,需要反复修改等。根据个人体型进行单量单裁的量身定制方式(Made To Measure，简称MTM)应运而生，由于能满足个性特殊需求，这种方式深受人们欢迎。法国力克公司推出了一种服装量身定制系统[1]，按照客户具体要求量身定制,做到量体裁衣,使服装真正做到合体舒适. 德国TechMath公司的FitNet软件系统针对该顾客的体型,从人体数据库中直接搜索出相近的体型及配套服装样板,并提供了进一步根据顾客体型和穿着习惯修改样板的功能[2]。还有英国的Baird Menswear西服公司，其销售到国内和国际市场的西服中有80％是通过量身定制系统完成的，并且服装系列涵盖了不同款式、颜色和规格的组合[3]。而国内的三维服装CAD技术远远落后于西方发达国家，近几年来国内的一些院校和公司也都在研究这方面的技术。其中获得可视的三维人体模型的是三维虚拟试衣系统和三维服装CAD系统中的关键技术。本文以一种人体扫描仪所获取的三维人体数据为数据为基础，采用三角面片法构建了人体表面模型，并编程实现了人体模型的真实感显示。 1 三维人体模型构建 1.1 数据获取 目前，获取用于三维人体模型重建的数据，主要用两种途径。一种是从Poser, Maya 和3DSMax等软件系统导出人体模型数据，另外一种是采用非接触测量方法，通常是采用非接触式人体扫描仪获取人体表面的三维数据。本为获取数据的方法属于第二种。本文中人体建模用到的数据来源于一种基于单目视觉的双扫描头人体扫描仪所测得的[4]。由于获得的原始数据点云数量很大，并且排列不太规则，因此对原始点云进行了一定的处理，有效地减少了数据点云的数量和增加了点云数据的规律性。关于数据处理的细节不是本文的所讨论的重点，在此不讨论。处理之后的点云如图1所示。
简易人体建模
简易人体建模 有许多方法来模拟人类。这些方法大多被设计完成的具体目标，如雕刻的面部特征更容易，更好的面部动画，容易变形，等。所有这些技术的细分或子程式造型有造型逼真的人类和逼真的动作和面部表情及其随后的目标，以实现所有必要的目标范围。 本章概述了人类女性建模方法。如果你的愿望是模拟男性，那么你可以参考我的另一本书的三维人体建模和动画，第二版。（约翰·威利父子出版）。 虽然大多数人体模型将在本章审查，将覆盖下面的第7章的细节，如头发，眼睛，牙齿，等等。建议您从照片和摄影模板也显示正面，侧面，背面和的身影，也许顶级的意见。 在前一章2，你学会了如何与衣服的数字建模。这一次，人类将无遮盖，从而使多一个了解人体解剖学。在艺术的最大年龄，裸启发最大的艺术作品。甚至当它不再举行艺术运动的影响力，但它仍然保留了其在艺术家的学术训练的重要性。 在第五世纪，希腊人告诉我们，裸体不仅是一个学习和模仿的问题，但本身的艺术形式。他们的知识，给了我们一个裸体的行动和结构特点的认识。裸体画和雕塑的艺术家学习传达重量，节奏，质量，线，价值，质地，和紧张。 要成功地描绘之一，需要有一个了解解剖人体。感知裸体表示理解。没有任何解剖学的知识，它是impossi-BLE认识到裸体的固有形式。 解剖学的艺术家并不意味着医生对身体的认识。内脏器官，血管，肌肉和骨骼或低于皮肤表面是不可见的，是不以3D建模的关注。 三维动画应该有骨骼/肌肉系统和知识的方式，它作为一种机械设备。没有这种认识是非常困难的塑造人的性格特点，在其不同的态度和动作。 为艺术家有很多优秀的人体解剖学的书籍。这本书并不假装是其中之一。解剖学研究，需要一整本书，专门讨论的主题。谁是认真学习三维人体建模和动画的人应该有一个收集解剖书。本章中描述以何种方式来模拟图的各个步骤，还含有一些人体解剖学插图。这些涉及到具体的建模任务在手。解剖插图，只是作为一个可视化的指南，以帮助您看看下面在于表面的一部分，将仿照。他们不认同他们的个人医疗名称的解剖细节。如果你想知道不同的骨骼和肌肉的名称，他们可以在解剖学教科书或网上找到。 男性和女性，即使有分歧，他们彼此的结构同源性。脂肪沉积和其骨骼的变化占了最大的偏差。 更多的脂肪在女性的数量，使她显得光滑和流动。除了性别差异，她通常是除了在臀部较小。在骨骼结构的差异，使得女性的比例轻微。她的头较小，且位置相对高于男性。眉脊，不像
三维人体与服装仿真建模技术综述
三维人体与服装仿真建模技术综述 摘要： 三维人体及服装建模始终是计算机图形学和服装CAD领域的热点和难点1。三维人体建模作为计算机人体仿真的一个组成部分,一直是人们研究的热点之一。自交互式计算机图形学诞生之日起,就有学者不断探索计算机人体建模技术2。在服装CAD、网络虚拟试衣、三维人体动画和游戏等应用领域，都面临着如何解决真实人体与服装的三维重建问题，即人体与服装的真实感虚拟建模3。随着计算机技术的发展，以计算机为工具绘制三维效果图和款式图成为主流，极大地提高了设计效率目前三维动画软件在平面设计产品设计建筑装潢影视动漫等领域已经开始广泛应用三维数字技术作为设计表现的一种新的手段4，使设计师能更好地理解和感受产品的功能形态空间色彩人机关系，是体现设计师设计思想和设计方案的最有力手段；能以最直观的方式向消费者表达设计创意，具有传统设计方式无法比拟的优势5，三维服装设计逐渐成为一个必然的趋势。 关键词：三维人体服装建模三维服装人体仿真 opengl CAD 目前绝大多数服装企业服装设计的过程大致是：构思绘制服装效果图（人体和服装）服装制版（手工或者服装）裁剪缝制样衣模特试衣提出修改方案其中最为耗时的部分就是服装样衣裁剪缝制和试衣的过程，这个过程也需要消耗一定的人力和物力，是服装设计环节中成本较高的部分根据三维动画软件的三维仿真功能，我们试图利用三维软件在数字化三维人体上创建三维数字化服装，通过三维数字化服装的仿真模拟，检验服装设计方案的合理性，从而取代传统的服装设计过程利用三维动画软件进行服装设计，其工作过程为：构思三维数字化人体建模三维数字化服装展示提出修改方案显而易见，利用三维模拟进行服装设计工作过程相对于传统服装设计过程流程短成本低效率高为验证此方案的合理性和可行性，通过试验重点研究两个方面的内容：一是高效地建立三维数字化人体模型的研究；二是三维数字
章3-角色(二、三维角色人体模型,场景建模)讲解
第三章角色 3.1 前言 “角色”一词的源于戏剧，自1934年米德（G.H.Mead）首先运用角色的概念来说明个体在社会舞台上的身份及其行以后，角色的概念被广泛应用于社会学与心理学的研究中。社会学对角色的定义是“与社会地位相一致的社会限度的特征和期望的集合体”。角色是一个抽象的概念，不是具体的个人，它本质上反映一种社会关系，具体的个人是一定角色的扮演者。 而在我们动漫产业中，角色更是一个非常重要的元素，没有一个吸引人的角色，就出不了一个好的作品。我们本章来介绍角色的建模。 3.2 骨骼动画原理 骨骼动画(Skeletal Animation)[9]又叫Bone Animation，它与关键帧动画(Key-frame Animation)相比，占用空间小，因为它不需要像关键帧动画那样在每一帧中存储各个顶点的数据，而只需要存储骨骼变换数据，骨骼与顶点相比，当然要少得多。所以骨骼动画有很多优势，当然其技术难度也很高。骨骼动画在计算机图形学中是一个十分重要的内容，不管是在游戏、电影动画还是虚拟现实中，生动逼真的角色动画（人、动物等）会使其增色不少。 骨骼动画的实现思路是从人的身体的运动方式而来的。动画模型的身体是一个网格(Mesh)模型，网格的内部是一个骨架结构。当人物
的骨架运动时，身体就会跟着骨架一起运动。骨架是由一定数目的骨骼组成的层次结构，每一个骨骼的排列和连接关系对整个骨架的运动有很重要的影响。每一个骨骼数据都包含其自身的动画数据。和每个骨架相关联的是一个“蒙皮”(Skin)模型，它提供动画绘制所需要的几何模型信息(Vertex信息,Normal信息等)和纹理材质信息。每个顶点都有相应的一组权值(Weight)，这些权值定义了骨骼的运动对有关顶点的影响因子。当把动画人物的姿势和全局运动信息作用到骨架上时，这个“蒙皮”模型就会跟随骨架一起运动。 3.2.1实时角色动画 由于骨骼动画是从另外两种实时角色动画发展演变而来，因此，为了更好的理解骨骼动画的原理，就很有必要对它们进行研究分析。角色动画是计算机动画技术的一个重要组成部分，也是计算机图形学的一个重要分支。在实时渲染环境下，主要应用于虚拟现实，视频游戏，甚至是建模软件，动画制作软件。现在，随着计算机硬件技术的发展，特别是带有硬件加速功能的显卡性能的提高，实时渲染的角色动画技术得到了较快的发展且被广泛的应用。目前，实时角色动画技术大体可分为三种类型。
在计算机中如何表示三维人体模型
在计算机中如何表示三维人体模型 关于人体建模技术的研究始于20 世纪70 年代末。在目前研究领域中，常见的算法主要有曲面建模、基于物理特性建模和基于解剖学的分层建模方法[1]。曲面建模又称表面建模，这种建模方法的重点是由给出的离散数据点构成光滑过度曲面，使这些曲面通过或逼近这些离散点。为使三维人体动画仿真效果更佳，A.H.Barr 在1987 年提出了基于物理特性的建模思想，将人体的物理特性加入到其几何模型中，通过数值计算进行行为仿真。为了进一步体现人体生理结构的层次性，Chadwick et al.在1989 年提出了“人体分层表示法”的感念，在此基础上Thalmann et al.在1996 提出了一种更加高效的基于解剖学的分层建模算法来实现人体的建模与仿真。在研究java 3D 人体建模的过程中，本文用一种把java 3D 和人物造型软件Poser 结合起来的方便办法。在获取人体曲面数据阶段通过对三维图形软件导出的3DS 文件研究的基础上获得java 3D 建模所需的人体表面顶点数据，避免了使用现代自测量工具所需耗费的财力物力，最终通过java 3D 建立人体模型实现环境渲染和交互控制，为进一步的实现动态修改人体模型打下基础。2．Java 3D 简介Java 最大的特点在于它的平台无关性，在Windows 95/98,Windows NT，Solars，Unix 等平台上，都使用相同的代码，Java 实现了"Write once, Run anywhere"。Java 的平台无关性使其特别适合于互联网环境下编写应用程序。Java3D 是适用于网络环境的跨平台的三维图形开发工具包，是Java 2 JDK 的标准扩展的一组API(Application Programming Interface)[2]，对底层的图形库OpenGL 和DirectX 进行了封装，更容易掌握，编程效率更高，保证高效的执行效率。Java3D 封装了大量的类，编写Java3D 程序时，大多情况下只需找到所需的类并加以应用。和其它Java 程序一样，利用Java3D 可以编写Application 程序和Applet 程序，用来生成三维场景的Applet 可以方便的从服务器传送到客户端，然后在客户端运行，具有优良的可传输性。 支持简单的脚本控制场景与用户的交互行为。Java3D 则是Java 语言在三维应用的扩展，Java3D的功能和可编程性更强，Java3D 有丰富的Java 类库的支持，实现各种编程行为，这是VRML 难以达到的。 3．人体曲面建模 人体曲面建模有两个关键的步骤：人体曲面数据的获取和在这些数据的基础上的曲面建模方法的确定。在曲面数据获取方面本节主要分析了传统第1 期陈君：一种构建三维人体模型的方法37测量方法的缺陷并介绍了现代先进的自动测量方法；在曲面建模方法方面本节通过分析了NURBS曲面的优缺点，采用了较简单的曲面三角面逼近的三 维人体建模方法。3.1 人体数据获取 人体曲面数据的获取是建立三维人体模型的前提，也是一项基础性的工作。人体形状为复杂的曲面，要对其进行较为精确的测量并获得全面细致的人体数据是很困难的。为了建立统一的测量方法，常根据明显、固定、意测的特点，选取骨骼端 点、突起点和肌肉沟槽等部位作为测量基准。传统的人体测量方法主要采用软尺、测高计、滑动计等手工工具，依据测量基准对人体进行测量，工具简单，方法简便，可以获得较细致的人体数据，但这种传统测量方法在精确性等方面存在很多的缺陷，随着服装CAD 技术的普及和深入，落后的人体测量技术已经成为一个制约因素。因此，国内外出现了很多先进的以现代光学为基础，融光电子学、计算机图像学、信息处理、计算机视觉等科学技术为一体的三维人体自动测量方法[3]。主要有光学图像法(干涉法、莫尔法、相位法等)和基于图像传感器的光电法。与传统的测量方法相比，三维人体自动测 量方法主要特点是快速、准确、效率高等[4]。