一种基于骨架的快速试衣方法技术

本发明专利技术公开了一种基于骨架的快速试衣方法，涉及计算机图形，布料仿真，虚拟试衣与计算机动画领域。所述快速试衣方法包括以下步骤：输入三维衣服模型和三维人体模型；生成衣服模型的骨架和蒙皮权重；通过优化评价函数，将人体模型的骨架试穿到三维服装模型上；根据骨架关节的变形，对三维人体模型做相同的变形；利用物理仿真和碰撞检测，解决三维人体模型和三维服装模型的贯穿问题；恢复人体姿势，得到原始姿势下的试穿效果。该方法能够将三维服装模型试穿到任意姿势和体型的三维人体模型上，得到服装在给定姿势下的试穿效果。本发明专利技术保持了服装的大小，为后续评判服装是否合身做好了准备。

A fast fitting method based on skeleton

The invention discloses a skeleton-based rapid fitting method, which relates to the fields of computer graphics, fabric simulation, virtual fitting and computer animation. The rapid fitting method comprises the following steps: input the three-dimensional clothing model and the three-dimensional human model; generate the skeleton and the skin weight of the clothing model; try the skeleton of the human model on the three-dimensional clothing model by optimizing the evaluation function; do the same deformation for the three-dimensional human model according to the deformation of the skeleton joint; Physical simulation and collision detection are used to solve the penetration problem of three-dimensional human body model and three-dimensional clothing model, restore the human body posture and get the trial-wear effect under the original posture. This method can try on the three-dimensional clothing model in any position and body shape of the three-dimensional human model, and get the clothing in a given position of the trial-On effect. The invention keeps the size of the garment and is ready for judging whether the garment is fit.

【技术实现步骤摘要】
一种基于骨架的快速试衣方法
本专利技术涉及计算机图形，布料仿真，虚拟试衣与计算机动画领域，特别是涉及一种基于骨架的快速试衣方法。
技术介绍
将给定的三维虚拟服装试穿到任意姿势和体型的三维虚拟人体上具有极大的价值，尤其在网上购物商城，虚拟试衣间等应用中。传统的二维到三维(2D-to-3D)方案包括三维纸样位置摆放、缝合、悬垂仿真三步。然而这个过程十分耗时耗力。大多数现有的三维试衣方法主要基于参考人体模型和目标人体模型的对应关系，或变形目标人体模型去适应服装模型，或变形服装模型去适应目标人体模型。然而，当参考人体模型缺失时，这些方法将无法工作。为解决这个问题，Li等人提出了一种无需参考人体模型的方法(参见JituoLi,JuntaoYe,YangshengWang,LiBai,andGuodongLu.Fitting3dgarmentmodelsontoindividualhumanmodels.Computers&graphics,34(6):742–755,2010)，但是该方法需要手工生成衣服的骨架。随后，Lu(参见LuchenHuangandRuoyuYang.Automaticalignmentforvirtualfittingusing3dgarmentstretchingandhumanbodyrelocation.TheVisualComputer,32(6-8):705–715,2016.)等人提出了一种自动化、无需参考人体模型的试衣方法。然而该方法只能处理短袖衬衫和裤子，且要求服装左右对称，这极大的限制了该方法的应用。最近，Tisserand等人(参见YvainTisserand,LouisCuel,andNadiaMagnenat-Thalmann.Automatic3dgarmentpositioningbasedonsurfacemetric.ComputerAnimationandVirtualWorlds,28(3-4),2017.)提出了一种评判人体模型和服装模型位置关系的评价函数，该评价函数同时考虑到人体模型和服装模型顶点的空间位置和法向。通过优化该评价函数，可以变形人体模型，去适应服装模型。然而，该方法的评价函数求解函数较为耗时。公开号为CN105654334A的专利文献公开了一种虚拟试衣方法和系统。其中，该方法至少包括：获取着装的参考人体模型以及未着装的目标人体模型；为参考人体模型和所述目标人体模型分别嵌入相同层次结构的骨架；对参考人体模型和目标人体模型的骨架进行皮肤绑定；计算目标人体模型骨架中骨头的旋转量，递归调整目标人体模型骨架中的所有骨头，使目标人体模型骨架与所述参考人体模型骨架的姿势保持一致；根据目标人体模型骨架中骨头的旋转量，利用LBS蒙皮算法进行目标人体模型的皮肤变形；将服装模型从参考人体模型上迁移到目标人体模型上。通过本专利技术，解决了如何在保持衣服在试穿前后尺寸不变的情况下，完成衣服在不同人体、不同姿势下的自动化试穿的技术问题。在未来的虚拟服装商店将有成千上万套服装模型，顾客输入自己的三维人体模型、选择一套服装，系统将输出试穿效果。此过程需要快速且全自动，否则会影响用户体验。因此，如何快速、全自动的将给定的服装试穿到不同体型不同姿势的人体模型上，是虚拟试衣领域的重要且具有很大价值的问题。
技术实现思路
为了解决如何快速、全自动的将给定的服装试穿到不同体型不同姿势的人体模型上的问题，本专利技术提供了一种基于骨架的快速试衣方法，对于给定的各种种类的服装模型，该方法能够将其试穿到不同姿势不同体型的三维人体模型上。为了解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：一种基于骨架的快速试衣方法，所述方法包括以下步骤：(1)输入三维衣服模型以及三维人体模型；(2)生成步骤(1)中输入的三维人体模型的骨架和蒙皮权重；(3)通过优化评价函数，将骨架试穿到步骤(1)中输入的三维服装模型上；(4)根据步骤(3)中骨架关节的变形，对三维人体模型做相同的变形；(5)利用物理仿真和碰撞检测，解决步骤(4)中三维人体模型和三维服装模型的贯穿问题；(6)做与步骤(4)相反的变形操作，恢复人体姿势，得到原始姿势下的试穿效果。其中，步骤(1)中的三维衣服模型和三维人体模型为网格模型，所述网格模型为三角形网格或四边形网格。衣服可以由专业的制衣软件如CLO3D、MarvelousDesigner生成，或用三维扫描仪扫描真实的衣服生成。三维人体模型用三维扫描仪扫描真实的人体生成，或用专业的软件如MakeHuman、Maya生成。步骤(1)中输入的三维衣服模型为至少包括一件衣服的三维模型。所述三维衣服模型为选自上衣、裤子或裙子中的一件或至少两件的组合。所述三维衣服模型可以为单层单件、单层多件或多层多件，如一件上衣、裤子或裙子，一件上衣和一件裤子，多件上衣和多件裤子。步骤(1)中输入的三维人体模型为任意的姿势和体型。任意的姿势和体型是指具有不同的姿势和不同的身高、体重或三围尺寸。步骤(2)生成的三维人体模型的骨架为任意的结构。任意的结构是指骨架具有不同数量的骨头以及骨架可以具有不同的层次结构。步骤(2)中，生成步骤(1)中输入的三维人体模型的骨架和蒙皮权重的方法选自手动的方法或自动化的方法。手动的方法是指使用专业的软件，如3DsMax、Maya，手动的摆放骨架、刷权重。自动化的方法可自动生成模型的骨架和蒙皮权重，如Baran等人提出的方法，可自动将现有的骨架结构嵌入到三维人体模型中，再根据热扩散方程生成相应的蒙皮权重(参见IlyaBaranandJovanPopovi′c.Automaticriggingandanimationof3dcharacters.ACMTrans.Graph.,26(3):72,2007.)。该方法在业界比较流行，且有Blender和Maya插件。步骤(3)的具体过程为：(3.1)根据输入的服装类型确定参与运算的骨架。我们的目标是将骨架嵌入到衣服的合适位置，那些不会被衣服覆盖的骨头无需处理，也就是说，只需要考虑那些可能被衣服覆盖的骨头。例如，对于长袖衬衫，腿的位置不会对试衣过程造成影响，只需考虑上半身的骨头。(3.2)变形骨架，使得骨架和服装最匹配，评价函数的值最大。对骨架做旋转平移操作，尝试各种姿势，找到最匹配服装的姿势和位置。评价函数用于判断什么样的骨架姿势和位置是较好的。评价函数是基于骨架和服装的位置关系的，其公式为：其中，E是评价函数，S是骨骼上的采样点集合，p是其中一个采样点，δ(p)是采样点p的评价指标，其定义为：其中，Mg是三维服装模型，是q的外法向，s是惩罚因子，为负数，q是距离采样点p最近的服装模型表面的点；当p在q的内侧时其值就是点p和点q的距离；当p在q的外侧时表示当前采样点位置不合理，需要乘以一个负数惩罚因子s。评价指标δ(p)的值越大，采样点的位置越合理，即，距离服装的内表面的最小距离最大。评价函数E的值越大，骨架与服装的匹配度越高。评价指标的合理性在于，实际生活中，当衣服穿在人体上，人体的骨骼基本位于对应衣服部位的中间，此时骨骼到衣服内表面的最小距离最大。实际求解中，为避免维数诅咒(CurseofDimensionality)，可将问题松弛本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于骨架的快速试衣方法，包括以下步骤：(1)输入三维衣服模型以及三维人体模型；(2)生成步骤(1)中输入的三维人体模型的骨架和蒙皮权重；(3)通过优化评价函数，将骨架试穿到步骤(1)中输入的三维服装模型上；(4)根据步骤(3)中骨架关节的变形，对三维人体模型做相同的变形；(5)利用物理仿真和碰撞检测，解决步骤(4)中三维人体模型和三维服装模型的贯穿问题；(6)做与步骤(4)相反的变形操作，恢复人体姿势，得到原始姿势下的试穿效果。

【技术特征摘要】
1.一种基于骨架的快速试衣方法，包括以下步骤：(1)输入三维衣服模型以及三维人体模型；(2)生成步骤(1)中输入的三维人体模型的骨架和蒙皮权重；(3)通过优化评价函数，将骨架试穿到步骤(1)中输入的三维服装模型上；(4)根据步骤(3)中骨架关节的变形，对三维人体模型做相同的变形；(5)利用物理仿真和碰撞检测，解决步骤(4)中三维人体模型和三维服装模型的贯穿问题；(6)做与步骤(4)相反的变形操作，恢复人体姿势，得到原始姿势下的试穿效果。2.如权利要求1所述的基于骨架的快速试衣方法，其特征在于，步骤(1)中输入的三维衣服模型至少包括一件衣服。3.如权利要求1所述的基于骨架的快速试衣方法，其特征在于，步骤(1)中的三维衣服模型和三维人体模型为网格模型，所述网格模型为三角形网格或四边形网格。4.如权利要求1所述的基于骨架的快速试衣方法，其特征在于，步骤(2)中三维人体模型的骨架和蒙皮权重使用专业软件手工生成，或自动将现有的骨架结构嵌入到三维人体模型中，再根据热扩散方程生成相应的蒙皮权重。5.如权利要求1所述的基于骨架的快速试衣方法，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴难难，金小刚，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33