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。
、图1 经过处理的人体点云1.2 人体模型构建方法的选取人体模型主要分为划分为线框模型、表面模型、实体模型、基于物理的模型等[5] 。
使用线框模型的方法对人体建模时，它是将人体轮廓用线框图形和关节表示，由于包含的信息有限，因此该建模方法无法实现三维人体模型的真实感显示；表面模型是用组成物体的表面来表示物体。
使用这种方法对人体建模时，曲面模型能提供三维人体的表面信息，并进行隐藏线消除和真实感三维人体模型显示；用实体模型的方法对人体建模时，由于它增加了三维人体的实心部分表达，使其信息更加完备，但是计算量大，稳定性差。
基于物理的模型在建模过程中引入了人体自身的物理信息，所以基于物理的模型具有更加真实的表达效果，能对人体的动态过程进行有效地描述，但和前面几种相比，在计算上要复杂得多。
综合了几种模型的优缺点，本文采用表面模型表达人体。
使用三角面片、BEZIER 曲面、NURBS 曲面等都可以构成物体的表面，其中用得比较多的是NURBS 曲面，但考虑到NURBS技术的复杂性，本文采用小三角面片表示人体曲面。
这种方法具有表达简单、计算方便等优点。
1.3 人体模型的构建前面已经介绍本文将采用一系列三角面片来表示人体表面，通过三维数据点集去构建这些三角面片的过程就叫做三角剖分，也称为三角网格化[6]。
目前，关于三维散乱点集的三角剖分理论和算法尚不能尽如人意。
然而由于本文中的点云已经处理为图1的形式，此时的人体表面是用一层层的轮廓线描述的。
因此只要设法将人体相邻两截面用三角面片连接起来，就完成了三角网格化的过程。
构造连接相邻两截面轮廓线的三角面片的过程也叫做轮廓连接。
连接的方法有许多，目前常用方法主要有最短对角线法，最大体积法，相邻轮廓线同步前进法。
由于相邻轮廓线同步前进法，只需要沿着轮廓线进行同步前进，灵活性较好并且计算不复杂，也很少出现狭长三角形等较差表面，因此本文选用这种方法来构建人体模型。
这一方法的主要思想是，在用三角面片连接相邻两条轮廓线上的点列时，使得连接操作在两条轮廓线上尽可能同步进行。
如图2所示，假设上下轮廓分别为P、Q，P i、Q j(0≤i<m，0≤j<n)分别为上下轮廓的各点，定义ψi、ψj分别为上下轮廓线线段长度除以该线段所在轮廓线的周长所得的值，同时假设φi表示上轮廓线中已经存在的轮廓线线段长度之和的标称值，φj表示下轮廓线中已经存在的轮廓线线段长度之和的标称值。
假设此时应判断选择三角形P i P i+1Q j或三角形P i Q j Q j+1，则当|φi+ψi-φj|<|φj+ψj-φi|时，沿上轮廓线前进，选择三角形P i P i+1Q j，否则沿下轮廓线前进。
{{P i P i+1Q j Q j+1φiφjΨi Ψj 图2 相邻轮廓线同步前进法构建三角面片示意图 人体扫描仪所测得的人体数据分为六个部分，即左右腿，左右臂，躯干以及头部。
按照上述方法，分别重构了这六个部分。
为了获得完整的人体，还必须对这分割后的六个部分进行曲面拼接。
包括左右腿和躯干的拼接，左右臂以及躯干和头部的拼接。
首先需要考虑的就是相邻截面轮廓线的对应问题。
以左右臂以及躯干和肩头部的拼接为例，需要首先将肩头部的第一层截面（用C h 表示）分成三部分，分别对应左右臂以及躯干部分的最后一层截面（分别用C l 、C r 、C m 表示）。
对应的方法为比较C h 上各点x 坐标与左右腋窝点的x 坐标，若某点x 坐标小于右腋窝点的x 坐标，则将该点对应于C r ，若某点x 坐标大于左腋窝点的x 坐标，则将该点对应于C l ，剩余点对应于C m.。
在将两截面轮廓线对应后，再次按照轮廓线同步前进法分别连接各个分离的部分，则完成了人体模型的构建。
构成的三角向形网格如图3所示。
放大图3 构建的三角形网格1.4 人体模型的存储在建立人体模型之后，需要将其以一定格式的文件进行存储，以利于应用程序对图形进行处理以及系统以后的扩展。
OBJ 文件是 Wavefront 公司开发的一种文件格式，该文件以纯文本形式存储了模型的顶点、法线、纹理坐标和材质等信息，而且结构非常简单，同时它也是一种标准的3D 模型文件格式，很适合用于3D 软件模型之间的互导，通用性较好，再者也可以方便系统将来在诸如反求工程等领域的扩展及系统的进一步开发。
因此本文选用OBJ 文件格式存储人体数据信息。
如果三维人体显示时不经光照的浓淡处理，看到的人体模型就像平面图，没有立体效果。
为了有立体效果，必须进行光照处理，这是因为物体在光的照射下其对光的一面和背光的一面呈现的效果不同，只有把这种效果反映出来，二维显示器上的三维模型才有逼真的立体感。
通常我们进行人体模型绘制过程中，在进行光照处理时，必须计算面或点的法线向量才能看到效果。
在本课题中以三角片来逼近模仿人体表面，就表现为计算每个三角面片法向量，采用这种方法计算量少。
但是这种情况下，当数据点很少，很难模仿人体的光滑皮肤。
因此为了得到一个更加真实的人体模型，使人体模型更生动、真实，还需要计算各个点的法向量。
下面我们分别介绍一下三角片法向量和顶点法向量的的计算方法，如图4所示：O ，P ，Q ，R ，S ，U ，V ，W 是三角片顶点，P 是一个中心顶点，它周围有7个三角片，三角片的法线向量分别是n 1，n 2，n 3，n 4，n 5，n 6，n 7；其它点是边界点。
图4 求法向量示意图对于任意三角片，根据平面法线向量定义，三角片的法线向量等于三角片两条向量边的叉乘积，例如三角形OQP ，它的面法向量可以这样计算。
1n OQ OP =⨯ （1）对于中心点P 法线向量n p 可以用平均法线向量计算：1234567()/7p n n n n n n n n =++++++ （2）对与边界点Q 的法线向量n Q 可以用下面公式计算：Q i iis n n s ⨯=∑∑ （3） 其中i s 表示经过它的三角片的面积，i n 表示该三角片法线向量。
在OpenGL 中，所使用的法线要求是规范化的向量，所以求得法线还必须规范化。
这样，通过采用上面的方法计算，各个顶点的法向量是逐渐变化的，经过光照计算，视觉上的效果会很不同。
如图5从左到右分别是人体腿部一部分没加光照、加光照但只计算面法向量、加光照并计算点法向量的对比效果。
(a) (b) (c)图5 大腿的光照效果对比图按照OBJ 格式的要求，分别将人体表面各点，各点的法线向量以及三角面片写入OBJ 文件。
写入OBJ 文件时，各三角形顶点索引号的写入顺序，使其满足右手准则，也就是使构成的三角形法线向外。
生成的OBJ文件形式如图6所示。
（a）构成三角形的各顶点(b) 各个顶点对应的法线（c）三角形面片图6 生成的OBJ文件片段2 人体模型可视化虚拟环境的搭建OpenGL（Open Graphics Library）,是从SGI公司的GL(graphics library)基础上发展起来的一套独立于硬件、独立于窗口系统的三维图形库。
目前,OpenGL在图形设计领域已经成为工业标准,被广泛地应用于图形与动画绘制、虚拟现实技术和计算机可视化等三维图形设计领域[7]，而VC++也提供了与OpenGL的接口从而结合二者的特点,能很好地进行交互式三维应用程序的开发。
所以本文采用OpenGL作为三维图形接口，以Visual C++6.0作为开发环境, 来显示人体模型。
实现VC++6. 0和OpenGL之间图形接口的机制是像素格式设置以及关联DC 与RC。
在创建一个绘图描述表RC之前,首先要设置像素格式,完成像素格式的设置后,需要为OpenGL建立RC,只有建立RC后, OpenGL才能调用绘图原语在窗口中绘出图形。
RC是以线程为单位的,每个线程必须使用一个RC作为当前RC才能执行OpenGL绘图原语. 在VC++6. 0中的MFC中实现OpenGL编程的大致步骤如下：(1) 建立项目文件利用MFC AppW izard(exe)创建一个单文档的新项目。
(2) OpenGL的基础库设置在菜单中选择Project→Settings,最后选择LINK选项,然后在“bject/LibraryModules”下增加OpenGL所需的库程序,具体库程序是OpenGL32.lib、glu32.lib、laux. lib.每个程序开始要包含OpenGL所使用的库的头文件：#include “gl\gl. h”，#include “gl\glu. h”，#include “gl\glaux.h”。
3Dmax中的人体建模教程与技巧
3Dmax中的人体建模教程与技巧引言：- 3Dmax是一款功能强大的三维建模软件，广泛应用于影视、游戏、广告等各个领域。
- 人体建模是其中一个重要的应用领域，本文将介绍一些人体建模的基本步骤和技巧。
一、准备工作：- 熟悉3Dmax软件的基本操作和工具，包括选择、移动、缩放、旋转等。
- 收集参考资料，如人体解剖学教材、人体照片等，以便于参考姿势和解剖结构。
- 安装并了解一些常用的人体建模插件，如Makehuman、ZBrush等。
二、基础建模：1. 创建一个新的3Dmax项目。
2. 在视图界面中选择正视图，使其在前景显示。
3. 使用基本几何体，如盒子或球体，创建一个大致符合人体比例的形状，作为身体的基础。
4. 使用变形工具，逐渐调整基础形状的比例和形状，使其更接近人体轮廓。
5. 使用分割工具，将基础形状分割为头、躯干、四肢等不同部位。
三、细节调整：1. 切换到侧视图，使用顶点编辑工具，进一步微调每个部位的形状和比例。
注意保持对称性。
2. 参考人体解剖资料，调整各个部位的结构，如肌肉、骨骼等。
3. 使用边界工具，创建并调整各个部位的边缘，使其更加流畅和真实。
四、添加细节：1. 使用绘制工具，添加更多的细节，如眼睛、鼻子、口腔等特征。
2. 使用纹理工具，为人体各个部位上色，添加肌肤、衣物等细节。
3. 使用雕刻工具，添加更多的细节，如指甲、皮肤纹理等。
五、动态效果：1. 使用骨骼绑定工具，为人体模型添加骨骼系统，以便于进行动画。
2. 使用权重工具，进行骨骼权重的调整，使得模型在动画过程中能够更加自然。
3. 制作人体动画，如行走、奔跑等，以展示模型的形态和动态效果。
六、渲染和输出：1. 使用渲染工具，设置场景光照、材质、相机等参数。
2. 选择合适的渲染器，如Arnold、V-Ray等，进行渲染。
3. 输出渲染结果为图片或视频格式，以便于分享和展示。
结论：通过本文所介绍的基本步骤和技巧，你可以开始在3Dmax中进行人体建模。
人体模型 Blender人体建模与渲染技巧
人体模型：Blender人体建模与渲染技巧Blender 是一款功能强大的开源3D建模与动画软件，它广泛应用于电影、游戏和动画制作领域。
在Blender中进行人体建模是一项复杂而重要的任务，本文将介绍一些人体建模与渲染的技巧，帮助你更好地利用Blender来创建逼真的人体模型。
1. 参考图像在进行人体建模之前，准备好合适的参考图像非常重要。
你可以在互联网上搜索到各种不同角度和姿势的人体照片，然后用作参考。
将这些图像加载到Blender的背景或平面上，可以帮助你更好地捕捉到人体的比例和形状。
2. 使用基础网格人体模型可以从一个简单的基础网格开始。
在Blender中，你可以使用立方体或者圆柱体等基本几何体来创建一个基础网格。
然后，根据人体的比例和形状，在这个基础网格上进行进一步的建模。
3. 分割网格为了更好地控制人体模型的细节，你可以使用Blender的分割网格工具。
通过在人体的关键部位（如头部、四肢等）进行分割，可以使模型更加真实，并且方便后续的细节调整。
4. 使用形变器在进行人体建模时，经常需要对模型进行形变。
使用Blender的形变器工具，你可以调整模型的形状和姿势，使其符合你的需求。
例如，你可以使用形变器来调整人体的肌肉、骨骼和关节的形状和变化。
5. 角色定位在人体建模完成后，你可以使用Blender的角色定位工具为人体模型添加骨骼和关节。
通过在人体模型上创建骨架和设置权重，可以实现人体模型的姿势和动作的更自然的调整。
6. 材质和纹理为了使人体模型看起来更真实，在Blender中使用适当的材质和纹理非常重要。
你可以选择适合的皮肤材质，并在模型上添加纹理和细节，以增加真实感。
7. 渲染设置在完成人体模型建模和材质设置后，你需要进行渲染以获得最终的效果。
在Blender中，你可以设置渲染的参数，例如光照、阴影和深度等。
调整这些参数可以使人体模型看起来更加逼真。
8. 光照技巧在渲染人体模型时，好的光照是非常重要的。
三维人体建模技术在服装设计中的应用有哪些？
三维人体建模技术在服装设计中的应用有哪些？一、体型匹配与定制通过三维人体建模技术，可以精确获取人体各个部位的尺寸和曲线，实现对不同体型和身材特点的准确把握。
设计师可以根据用户的具体尺寸进行服装设计，确保服装与人体完美契合。
同时，三维人体建模技术还可以实现个性化定制，根据用户的个人喜好和需求，定制出独一无二的服装。
二、试衣体验与效果展示传统的试衣过程需要用户亲自穿上服装，而三维人体建模技术可以在虚拟环境中实现试衣体验。
设计师可以将服装模型投射到用户的三维人体模型上，实现虚拟试衣。
用户可以通过更换不同款式的服装、调整尺寸和颜色等方式，获取真实感的试衣体验。
同时，三维模型还可以用于展示服装效果，通过动态效果展示服装的剪裁、流线和细节等，使用户更好地了解服装的设计和效果。
三、快速设计与样衣制作传统的服装设计和制作过程需要耗费大量时间和资源，而三维人体建模技术可以大大加快设计和制作的速度。
设计师可以通过三维软件快速绘制服装的样式和图案，减少了手工绘制和修改的时间成本。
同时，三维模型还可以直接用于样衣的制作，省去了传统手工制作样衣的过程，提高了制作效率。
四、数字化存档与文档共享传统的服装设计资料和制作工艺都是以纸质形式存在，容易破损和丢失。
而三维人体建模技术可以将设计资料和工艺流程以数字化形式存储，方便管理和共享。
设计师可以将设计稿和模型保存在计算机中，随时查看和修改。
制作工艺也可以以数字化形式保存，便于生产车间的参考和操作。
总结：三维人体建模技术在服装设计中的应用是多种多样的，从体型匹配与定制到试衣体验与效果展示，再到快速设计与样衣制作，以及数字化存档与文档共享，都为服装设计行业带来了巨大的改变和便利。
随着技术的不断发展和进步，相信三维人体建模技术在服装设计领域的应用会越来越广泛，为人们带来更加个性化和高效的服装体验。
3DMAX技术中人体比例绘制与动画的实用技巧
3DMAX技术中人体比例绘制与动画的实用技巧3DMAX技术中人体比例绘制与动画的实用技巧3DMAX是一款强大的三维建模和渲染软件，广泛应用于电影、游戏、动画等领域。
在人体模型的制作过程中，准确的人体比例绘制和自然的动画表现是至关重要的。
本文将分享一些实用的技巧，帮助您在3DMAX中绘制出具有良好比例的人体模型，并实现逼真的动画效果。
一、了解人体比例在绘制人体模型之前，首先需要了解人体的基本比例关系。
人体的比例可以参考经典的人体比例图，例如“九头身法则”，它将人体分为九个单位，包括头部、躯干、手臂、腿部等部分。
掌握这些比例关系可以帮助您在3DMAX中更准确地绘制人体模型。
二、建立基础模型在3DMAX中建立一个基础的人体模型非常重要。
您可以从一个简单的立方体开始，通过拉伸、缩放和旋转等操作，逐渐塑造出人体的基本形态。
在建模的过程中，可以使用线框视图来调整每个部位的比例。
三、使用参考图片为了更准确地绘制人体比例，您可以使用参考图片作为导入，在3DMAX的视图中对照绘制。
这些参考图片可以是侧面、正面或背面的人体图像，有助于调整身体各部分的比例关系。
在调整比例时，可以使用缩放和移动工具来适应参考图片。
四、细节调整在基础模型建立完成后，需要对模型进行细节调整，以使其更贴近真实的人体形态。
这些调整包括添加肌肉线条、定义关节、调整脸部特征等。
在调整过程中，可以使用多边形建模工具和细分曲面工具来创造更加光滑的效果。
五、应用材质和纹理为了增加人体模型的真实感，需要为其应用适当的材质和纹理。
您可以使用3DMAX自带的材质库，或者自行制作材质。
合理选择皮肤、衣物、头发等材质，使人体模型看起来更加逼真。
六、动画表现在完成人体模型的绘制后，可以尝试制作一些简单的动画效果，使人体模型具有生动性。
例如，可以制作行走、跑步、跳跃等动作，并通过关键帧动画来控制人体的运动。
此外，还可以利用蒙皮和权重工具，使模型的肌肉在动作过程中有更真实的变形效果。
浅谈三维虚拟人体模型的构建与应用
浅谈三维虚拟人体模型的构建与应用1.引言随着计算机技术和图形学的不断发展，出现了许多三维模型的应用场景。
其中，三维虚拟人体模型的应用成为了研究和实践的热点。
三维虚拟人体模型的应用，可以用于各种领域，如医学、游戏、广告等。
因此，本文将从三维虚拟人体模型的构建和应用方面进行探讨。
2.三维虚拟人体模型的构建在构建三维虚拟人体模型之前，需要了解一些基本的概念。
例如，三维坐标系、视角、透视等等。
此处不再赘述，有兴趣的读者可以自行了解。
2.1 数据采集构建三维虚拟人体模型的第一步是数据采集。
目前数据采集的主要方法有两种：1.扫描法扫描法又分为接触式扫描和非接触式扫描两种。
接触式扫描需要将被扫描对象表面与扫描仪接触，以获取其表面形态信息。
而非接触式扫描则不需要与被扫描对象直接接触。
2.重建法重建法是通过对被扫描物体的多张图像进行处理，获取其三维数据。
重建法有多种方法，例如体素重建、多视图三维重建、结构化光束法等。
2.2 数据处理通过数据采集得到的数据需要进行后期处理，包括数据清洗、数据对齐、数据配准等。
此步骤的主要目的是将采集到的数据转化为三维坐标系中的数据，并保证数据的准确性和完整性。
2.3 模型构建模型构建包括建模、纹理映射、绑定等步骤。
建模通常采用的是三维建模软件，如3D Max、Blender等。
纹理映射则是将采集到的纹理图像映射到模型表面，以增加模型的真实感。
绑定则是将模型的骨骼系统与肌肉系统相连接，以便于后续的动画制作。
3.三维虚拟人体模型的应用3.1 医学领域三维虚拟人体模型在医学领域的应用成为了医学研究的重要手段之一。
例如，通过三维虚拟人体模型可以进行切片、分层、模拟手术等操作，以便于医生对患者进行精准的治疗。
3.2 游戏领域三维虚拟人体模型在电子游戏中的应用也非常广泛。
游戏开发者可以利用三维虚拟人体模型来构建游戏角色、场景等。
同时，通过对三维虚拟人体模型的动态模拟与渲染，可以使游戏更加真实、流畅。
3Dmax人物建模教程：掌握人物建模的基本步骤和技巧
3Dmax人物建模教程：掌握人物建模的基本步骤和技巧人物建模是计算机图形学中的一项重要技术，它可以将现实世界中的人物形象转化为虚拟三维模型，进而应用于游戏、动画等领域。
在这篇教程中，我们将详细介绍使用3Dmax软件进行人物建模的基本步骤和技巧。
一、准备工作1.选择合适的参考图片：在进行人物建模之前，我们需要收集符合需求的参考图片。
这些图片可以是真人照片、手绘图或其他3D模型等。
选择参考图片时要综合考虑人物的比例、细节和姿态等因素。
2.了解人体解剖学知识：在进行人物建模之前，了解人体的基本结构和比例是非常重要的。
掌握人体的骨架结构、肌肉分布以及各个部位的比例关系，可以帮助我们更好地进行建模。
3.熟悉3Dmax软件：在开始人物建模之前，我们需要熟悉3Dmax软件的界面和基本操作。
了解软件的功能和工具条的使用方法，可以提高我们的建模效率。
二、人物建模步骤1.创建基础模型：在3Dmax中创建新的项目，并使用基本几何体（如立方体、球体）创建人物的基础模型。
根据参考图片，调整几何体的大小和比例，使其符合人物的整体形状。
2.分割模型：根据人物的身体部位，使用3Dmax的切割工具将基础模型分割为头部、四肢等部分。
根据参考图片，调整每个部位的形状和大小，使其符合人物的比例和姿态。
3.添加细节：在分割好的模型上，逐步添加人物的细节，如面部特征、肌肉和骨骼等。
可以使用3Dmax中的建模工具，如边缘回环、推拉等，来调整模型的形状和曲面细节。
4.调整模型比例：在添加细节之后，检查人物模型的比例是否符合要求。
根据参考图片，调整模型的比例和比例关系，使其更加逼真。
5.优化模型拓扑：在建模过程中，需要不断优化模型的拓扑结构，保证模型的顶点和边缘分布合理。
使用3Dmax中的连接、焊接等工具，进行拓扑调整。
6.纹理贴图：在完成人物建模之后，可以给模型添加纹理贴图，使其更加逼真。
根据参考图片，制作合适的纹理贴图，并将其应用到模型表面。
三维人体建模综述
焦作工学院学报（自然科学版），第20卷，第3期，2001年5月JournaI of Jiaozuo Institute of TeclnoIogy（NaturaI Science），VoI.20，No.3，May2001三维人体建模综述胡敏1，李勇1，张新民2（1.中原工学院CAD中心，河南郑州450007；2.焦作工学院，河南焦作454000）摘要：在参阅和分析大量有关文献的基础上，对现有的各种三维人体建模方法进行了总结，特别是对当前广泛使用的线框模型、实体模型和曲面模型，从理论到具体的实现等各个方面都作了详尽的剖析.并对各种方法的优缺点进行了分析，可为深入研究开发三维人体建模提供有益的参考.关键词：三维人体建模；线框模型；实体模型；曲面模型中图分类号：TP391.41文献标识码：A文章编号：1007!7332（2001）03!0233!040引言计算机人体建模技术发展到现在，已经出现了大量的不同实现方法，且随着时间的推移，还可能不断地有一些新方法出现，而一些老方法也可能会得到进一步完善和发展，现有的缺点，明天也许就不存在，所以企图对所有的建模方法进行精确的分类是相当困难的，有的人体建模方法很难将其划入某一类型之中，而某些方法则可能跨越多种类型.本文将人体建模划分为线框建模（Wire Frame ModeIing）、实体建模（SoIid ModeIing）、曲面建模（Surface ModeIing）等，对它们的各个方面都作了详尽的剖析，分析了各种方法的优缺点.这将有助更清晰地区别和了解各种方法的特点.1线框建模线框建模是采用点、直线、圆弧、样条曲线等构造三维物体的图形表示技术.它是计算机图形学CAD/CAM领域中最早用来表示形体的模型，并且至今仍在广泛应用.线框建模只用点、线的信息表示一个形体，数据量少，定义过程简单，符合人们打样的习惯.很多复杂的形体设计往往先用样条勾画出基本轮廓，然后逐步细化.线框建模的数据存储量少，对其编辑、修改非常快.使用线框建模的方法对人体建模时，它是将人体轮廓用线框图形和关节表示，由于包含的信息有限，因此该建模方法在对人体建模时存在着如下严重的缺陷：（1）有模糊性和歧义性：不能够无二义性地表达三维人体；（2）无法实现三维人体模型的自动消隐及真实感人体模型显示；（3）无法进行剖面操作.2实体建模实体建模［1］的概念尽管早在20世纪60年代就已提出，但到20世纪70年代才出现简单且有一定实用意义的实体建模系统.到20世纪70年代后期，实体建模技术在理论、算法、和应用方面才比较成熟.使用实体建模的方法对人体建模时，由于它增加了三维人体的实心部分表达，使其信息更加完收稿日期：2001!01!17；修回日期：2001!02!19基金项目：河南省自然科学基金（004061000）作者简介：胡敏（1975!），女，重庆荣昌人，硕士研究生，从事机械制造及自动化研究.432焦作工学院学报（自然科学版）2001年第20卷备，从而使得三维人体得到无二义性描述.并且实体建模方法提供了人体几乎所有的几何和拓扑信息，因此它可以支持对表达人体的消隐、真实感图形显示.目前，实体建模系统中对人体的表达方式主要有3种.2.1基于体素分解的表达方法体素分解表达方法是将复杂的人体层层分解，并将其逼近表示成为一簇基本体素的集合，分解后的复杂人体表示成一棵八叉树.该方法简单易行，但对人体的表达是近似，因而很难反映出人体的宏观几何特征，并且由于体素间的集合运算涉及大量面与面之间的交贯运算，难免出现奇异的情况，有时计算精度有限带来的几何数据误差，还会造成体素之间拓扑关系的紊乱，从而使运算不能进行下去.因此在实际应用中会受到很大的限制.2.2构造实体几何构造实体几何方法是通过简单形体（如圆柱体、椭球体、球体等）的交、并、差集合运算来表达复杂人体外形，该表达方法可以用一棵二叉树描述.构造几何表达方法的特点如下：（1）能够清晰地表达复杂人体的构造过程；（2）能直观地描述人体的宏观几何特点.但是该表达方法存在着多种构造人体的表达方案，表示的人体模型也不够逼真，很难表示人体的动态特性.同样，由于存在集合运算，因此其计算量大，计算稳定性差.2.3多面体建模多面体建模［2］是从构造多面体开始，对多面体的任意一个面、棱边、顶点进行局部修改，从而构造一个与实体外形相似的多面体（即基本立体），然后通过类似于磨光的处理，自动产生自由曲面的控制顶点，并拼接成所需的形状.它是一种根据设计者的构思来进行局部处理并生成人体模型的方法.用多面体建模可以灵活地进行人体形状设计.多面体人体建模的步骤如下：（1）首先它将产生一个由直线和平面所组成的基本立体，作为人体形状的原型.（2）由基本立体产生曲线模型.（3）曲面的产生：在曲线模型的基础上，用参数曲面进行拟合.3人体建模的曲面模型曲面模型是CAD和计算机图形学最活跃、最关键的学科分支之一.它主要研究具有一定光滑程度的曲面外形的数学描述.使用曲面模型的方法对人体建模时，曲面模型能提供三维人体的表面信息，并进行隐藏线消除和真实感三维人体模型显示，但曲面模型方法也存在着缺陷，由于没有明确定义三维人体的实心部分，因此曲面建模方法不能进行剖面操作.目前，曲面模型的研究［3~5］主要分为两个方面：一是曲线曲面的表示、设计、建模显示等，二是与曲面设计方法相关的算法研究，如求交、等距、过渡、拼接、光顺以及局部操作等.围绕着曲面的表示方法，许多研究者做了大量的研究.1971年法国Renauhh汽车公司的Bezier正式发表了一种由控制多边形定义曲线的方法，这种方法使设计人员只需移动控制顶点就可以方便地修改曲线的形状，而且形状的变化完全在预料之中，因而得到广泛的应用，最初的的三维人体模型就采用了Bezier曲面模型，但是Bezier方法不具有局部特性，在设计复杂的人体曲面的过程中，存在着拼接方面的困难.为解决Bezier方法局部修改的问题，Gordon和Riesenfehd对Bezier方法进行了改进，用B样条函数代替Bernshein基函数，B样条方法不但继承了Bezier方法的优点，而且还具有独特的局部特性，使得设计者能方便地对B样条曲线曲面进行局部修改.在实际使用B样条曲线曲面人体建模时，主要又采用以下两种具体的建模方法.3.1特征化的曲面建模根据人体的整体结构，将人体模型划分为几个基本的结构特征.再根据不同结构特征不同的几何特征，选择具体不同的建模方法.该方法的优点在于：它使得人体模型的曲面建模更加灵活，可以针对人体模型不同部位的几何特征，选择最适合的曲面建模方法，而不必拘泥于某一种曲面表达方式.此外，还可较方便地改进人体模型建模方法.3.2参数化的曲面建模参数化建模又称为变量建模，它采用几何约束来表达人体模型的形状特征，从而获得一簇在形状上或功能上相似的设计方案.参数化建模是基于传统的几何建模方法上的一种更为抽象化的建模方法，它以抽象的特征参数表达复杂人体的外部几何特征，依托于常规的几何建模方法，使设计人员能够在更高更抽象的层面进行人体设计.目前，参数化作为一种新的几何建模发展方向，受到越来越多的重视，在许多大型通用的系统中都体现了参数化建模的思想.除了上述所讲的曲面设计方法外，还有扫描（sweep ）生成法，散乱点插值方法等，这些方法从不同角度丰富了曲面建模技术.4基于物理的建模技术传统的人体建模技术经历了从线框建模，曲面建模到实体建模的发展历程，其对人体的几何信息和拓扑信息的描述已相当完备.但它们所描述的主要是人体的外部几何特征，而对人体本身所具有的物理特征和人体所处的外部环境因素（如重力等）则缺乏描述.传统的人体建模方法对静止人体的建模是非常成功的，但对于人体动态建模却相当乏力.正是针对这一问题，人们尝试将人体的物理属性和人体所受的外部环境因素引入到传统的几何建模方法中，形成了全新的基于物理的建模方法［6］.与传统的建模方法相比，基于物理的建模方法具有以下几个特点：（l ）在建模过程中引入了人体自身的物理信息和人体所处的外部环境因素，因此，基于物理的建模方法能获得更加真实的建模效果；（2）在建模过程中引入了时间变量，因此，基于物理的建模方法能对人体的动态过程进行有效地描述；（3）人体的动态运动规律多采用微分方程组的形式表达，在基于物理的建模过程中，通常采用微分方程组的数值求解方法来进行动态系统的计算，因此，与传统的建模方法相比，基于物理的建模方法在计算上要复杂得多.由于基于物理的建模方法弥补了传统的几何建模方法的不足，自产生以来便得到了迅速的发展.5三维人体建模方法的特性比较表l 对线框建模、实体建模、曲面建模的特性进行了比较.表l线框建模、实体建模、曲面建模有关性能比较Tab.l Comparison of the properties of the Iine frame modeIing ，substaniaIity modeIing and the surface modeIing性能与方法线框建模实体建模曲面建模能无二义地表达人体不能能能能对人体进行消隐处理不能能能能对人体进行剖面操作不能能不能一种三维人体建模方法能否在具体人体模型实现中发挥作用要由建模方法本身性能和实现方法（如计算机程序）的质量两方面共同决定.实现方法的好坏很大程度上依赖于建模方法的原理，因此对人体建模方法本身进行理论上的分析研究，寻求一种好的建模方法是非常重要的.再一次需要指出的是，随着时间的推移，各种方法本身也会得到进一步发展.532第3期胡敏等：三维人体建模综述632焦作工学院学报（自然科学版）2001年第20卷参考文献：［1］孙家广.计算机辅助几何造型技术［M］.北京：清华大学出版社，1990.［2］付世波，袁修干.基于B!样条曲面的人体模型的建立［J］.计算机学报，1998，21（12）：1131-1135.［3］胡瑞安.计算机辅助几何设计［M］.武汉：华中理工大学出版社，1987.［4］Ma Weiyin，Kruth J P.Parametrization of randomIy measured points for Ieast sguares fitting of B-spIine curves and surface ［J］.Computer Aided Design，1995，27（9）：663-675.［5］Chiyokura H，Kimra F.Design of soIids with free-form surface［J］.Computer Graphics，1983，17（3）：289-298.［6］樊劲.基于物理的建模研究以及在服装CAD中的应用［D］.武汉：华中理工大学机械科学与工程学院，1997.A review of three-dimensionaI human modeIingHU Min1，LI Yong1，ZHANG Xin-min2（1.Zhongyuan Institute of Technology，Zhengzhou450007，China；2.Jiaozuo Institute of Technology，Jiaozuo454000，China）Abstract：On the basis of the anaIysis and cIassfication of a variety of scuIpt methods for3D human modeIing，it has provided a cIear overaII picture of aII those methods.The wire frame modeIing，soIid modeIing and surface modeIing are compared，and their advantges and disadvantages are aIso discussed.It has given a beneficiaI reference to research and deveIop some new scuIpt methods for three-dimensionaI human modeIing.Key words：three-dimensionaI human modeIing；wire frame modeIing；soIid modeIing，surface modeIing（本文责任编校毋爱君宫福满）“多维地理信息技术及其在土地管理中的应用研究”通过鉴定由我院张子平副教授等完成的科研课题“多维地理信息技术及其在土地管理中的应用研究”于2000年12月通过了由河南科学技术厅组织的科技鉴定.课题成果主要表现在：1.详细地分析了土地利用类型动态变化的时空特点及其变化的形式，提出了土地资源信息系统中土地利用的时空数据结构；实现了土地利用变化信息的时态记录与跟踪.2.提出了土地利用矢量数据库、影象数据库和DTM数据库完整结合的体系方法，并在部分区域建立了矢量数据库、影象数据库和DTM数据库.3.根据地籍信息的变化特征，建立了地籍时空数据结构及其拓扑关系模型，解决了层次结构数据的操作问题.4.提出了基于三维地表模型TIN的多模型空间叠置算法，解决了空间分析中的三维叠置操作，并成功地将它应用于土地利用规划模型叠置和区域变化叠置分析.5.针对地籍与城市规划中三维建筑的特点和可视化的要求，提出了一种“分层可视、分块组合”的建模方法.6.根据土地资源的多维性，应用多项技术建立了系统的功能完善的土地利用规划信息系统和城镇土地定级估价信息系统.。
三维人体建模及其应用研究
三维人体建模及其应用研究近年来，随着计算机技术、图形图像处理技术的快速发展，三维人体建模技术也日益成熟，广泛应用于医学、航天、游戏、影视等领域。
三维人体建模通过对人体模型进行数字化处理，实现对人体形态、姿态、运动等方面的精准表达，为相关领域的发展提供了强有力的支撑。
本文将系统介绍三维人体建模技术、其应用研究现状以及前景展望。
一、三维人体建模技术三维人体建模技术是指将人体模型从实际形态中数字化、虚拟化，并以此为基础实现对人体各种形态、姿态、动作等方面的精准表达。
三维人体建模技术的主要步骤包括数据采集、数据处理、模型构建和渲染展示等环节。
具体来说，数据采集可以采用数字化扫描技术或摄像技术，将人体外表形态表现为点云数据或纹理图像；数据处理可以通过网格重建、位姿估计等算法对数据进行预处理，清晰表达人体各种要素；模型构建则是在上述数据基础上，综合考虑骨骼结构、肌肉纤维、器官组成等人体内部结构特征，构造出可以完成各种形态、姿态、动作的三维人体模型；渲染展示则是将三维人体模型经过贴图、光照、材质等处理，展现在计算机屏幕或其他载体上，实现视觉上的虚拟体验。
二、三维人体建模在医学应用中的研究现状三维人体建模技术在医学领域中的应用得到了广泛研究。
基于三维人体建模技术，医学界可以通过对人体形态、解剖结构等方面的精准表达，实现对各种疾病的计算机辅助诊断、手术模拟等方面的应用。
例如，在齿科、眼科等领域中，三维人体建模技术可以用于模拟虚拟手术，提高手术成功率。
在骨科、脊椎科等领域中，三维人体建模技术可以用于制作个性化的手术模型，优化手术方案。
在神经科学、心脏病学等领域中，三维人体建模技术可以用于精细解剖、电生理、磁共振等方面的研究，为相关疾病的治疗提供科学依据。
三、三维人体建模在游戏、影视等领域中的研究现状三维人体建模技术在游戏、影视等领域的应用也得到了广泛研究。
三维人体建模技术可以为游戏、影视等娱乐产业提供基础素材，优化游戏、影视体验，拓宽业务版图。
三维人体建模
三维人体建模在数字化时代的今天，三维人体建模技术的发展日益成熟，为各行各业提供了更加精确和高效的工具。
三维人体建模是通过计算机技术将人体的形状、结构和动作等信息转化为数字化的三维模型，广泛应用于影视动画、虚拟现实、医学仿真、服装设计等领域。
本文将深入探讨三维人体建模技术的原理、应用和发展趋势。
一、三维人体建模的原理三维人体建模的原理是通过采集人体的形状、纹理和动作等数据，利用计算机图形学和计算机视觉技术进行处理和重构，最终生成完整的三维人体模型。
主要包括数据采集、数据处理和模型生成三个步骤。
1.数据采集：三维人体建模的数据来源主要包括传感器、摄像头、扫描仪等设备，用于获取人体的外形、姿势、肌肤等信息。
常用的数据采集技术包括结构光扫描、激光扫描、摄影测量、运动捕捉等。
2.数据处理：通过对采集到的数据进行处理，去除噪声、对齐数据、拟合曲面等，以准确地表达人体的形状和结构。
3.模型生成：将处理后的数据转化为三维模型，包括网格建模、曲面重建、关节绑定、骨骼绑定等过程。
最终得到逼真的、可交互的三维人体模型。
二、三维人体建模的应用三维人体建模技术在各个领域都有着广泛的应用，为相关行业带来了许多便利和创新。
1.影视动画：在电影、动画片等影视作品中，通过三维人体建模可以制作出逼真的人物角色，让观众身临其境地感受故事情节。
2.虚拟现实：在虚拟现实技术中，三维人体建模可以用于创建真实感十足的虚拟环境和人物形象，为用户提供沉浸式的体验。
3.医学仿真：医学领域利用三维人体建模技术进行解剖学研究、手术模拟、病理分析等，有助于提高诊断和治疗的准确性。
4.服装设计：在服装行业中，设计师可以利用三维人体建模技术为不同身材的人群设计服装，并进行虚拟试穿，提高设计效率和客户满意度。
三、三维人体建模的发展趋势随着计算机技术和图形学技术的不断进步，三维人体建模技术也在不断发展和完善，未来有着更广阔的应用前景。
1.精细化：未来三维人体建模技术将更加注重模型的细节和真实感，包括皮肤纹理、肌肉结构、头发模拟等方面的提升。
3d max人物建模教程
3d max人物建模教程3D Max是一个功能强大的建模软件，可以用于创建逼真的人物模型。
在本教程中，我将向您介绍如何使用3D Max进行人物建模的基础技巧。
首先，在开始建模之前，您需要准备好参考图。
参考图是您从不同角度观察人物以捕捉其细节的图像。
这些图像将成为您建模的参考。
接下来，打开3D Max软件并创建一个新的场景。
然后，选择“创建”菜单，然后选择“几何体”选项。
在几何体选项中，选择“人形体”选项。
这将在场景中创建一个基本的人形几何体。
接下来，您需要根据参考图调整人物模型的形状和比例。
您可以使用“编辑”菜单中的“修改”选项来修改几何体的形状。
通过将顶点、边和面移动、旋转或缩放，您可以调整几何体的形状，使其与参考图匹配。
一旦您调整了模型的形状，接下来要做的是添加细节。
您可以通过在模型上添加附加的几何体来添加细节。
例如，您可以添加圆柱体、盒子或球体来创建人物的手、脚、头和身体部分。
然后，使用工具栏中的各种编辑工具和材质编辑器来进一步细化人物模型。
您可以使用“选择和移动”工具来选择模型的不同部分并对其进行编辑。
您还可以使用“材质编辑器”来为模型添加不同的材质和纹理，以增加模型的真实感。
在添加细节和编辑模型之后，您还可以为模型添加骨骼和动画。
骨骼是用于控制模型的动作和姿势的关键点。
您可以使用“动画”菜单中的“骨骼系统”选项来添加骨骼。
一旦添加了骨骼，您可以使用“动画”菜单中的“动画工具”来对模型进行动画。
最后，在完成人物建模后，您可以渲染出最终的图像。
在3D Max中，您可以使用“渲染”菜单中的“渲染设置”选项来设置渲染参数。
您可以选择渲染的分辨率、光照效果和阴影等。
然后，单击“渲染”按钮以生成最终的渲染图像。
本教程只是一个简单的介绍，3D Max的人物建模过程非常复杂，涉及到许多技巧和技术。
要成为一名熟练的人物建模师，您需要花费大量的时间和精力来学习和实践。
然而，通过掌握基本的建模技能和不断练习，您将能够创建出令人惊叹的逼真的人物模型。