合身度驱动的服装CAD版片多约束自适应调整优化方法技术

现有的CAD版片的调整方法要么只保证服装的大小而无法保证服装版片的整体形状偏离设计，要么是通过参数化后无法保证二维版片的多边形结构而无法进行自动的多次迭代修改，需要进行网格到版片的转化造成数据的失真。本文提出了一种合身度驱动的服装CAD版片多约束自适应调整优化方法。这种方法直接使用二维版片的边长和角度作为目标参数，根据采取多边形的性质作为约束条件，通过考虑模拟后网格的边长和版片原始的角度，能够使生成的新版片更加匹配人体模型的同时，保证版片的形状与设计师设计的原始版片在形状上更加一致，而且不需要网格到版片的二次转化。同时这种方法能够根据角度和边长添加对称约束，使生成的布片满足对称的要求。要求。要求。

【技术实现步骤摘要】
合身度驱动的服装CAD版片多约束自适应调整优化方法


[0001]本专利技术属于计算机辅助设计领域，具体涉及一种合身度驱动的服装CAD版片多约束自适应调整优化方法。
技术背景
[0002]如今，随着服装行业的需求增长，人们对于通过计算机辅助服装设计的需求与日俱增。一方面，现实的服装领域需要更加个性化的服装设计，这对于传统的服装设计方式带来了冲击，而虚拟服装设计能更加方便、快速的实现对每个人个性化的设计需求。另一方面，电影和游戏等虚拟角色设计也对虚拟角色的服装设计也提出了很大的需求。
[0003]服装设计是一个交互式的过程，涉及到对于CAD版片的多次修改。对于服装设计者来说，制作这些符合人体模型的服装版片是一件特别繁琐的工作，设计者需要不断的通过观察三维模拟的效果来修改版片的形状。这种修改依赖于服装设计师的经验，对于大量的设计需求，这种依赖设计师经验的方法会让设计师浪费大量的时间在合身度的匹配上面，让设计师有更少的时间进行创造性工作。
[0004]近年来许多研究都专注于版片的合身度自动调整方法。主要的方法有以下几种，其一是通过物理模拟穿着的结果来调整版片的大小和边长，根据模拟过程中每条边被拉伸的程度来判断是否需要增长对应的CAD版片长度。这种方法能够很快的得出一个满足合身度要求的CAD版片，但是没有考虑到服装的整体形变约束，导致修改后的版片和原版片相比形状变化比较大，这样生成的版片形状在迭代过程中会变成另外的形状，更加偏离设计初衷，需要重新设计。另一种方法是直接将模拟的三维网格参数化成二维网格，直接生成二维网格。这种方法好处是与三维上模拟的版片更加匹配。但是模拟时的服装网格是由二维版片网格化生成出来的，通过参数化方法生成的网格无法直接用来修改二维版片，还是需要对网格的数据进行提取和修改，这其中的转化也会造成数据的失真，导致生成的版片合身度较差。
[0005]本文提出了一种根据服装虚拟穿着效果来自适应修改版片的方法。这种方法直接使用二维版片的边长和角度作为目标参数，不需要网格到版片的转化。此方法根据采取多边形的性质作为约束条件，通过考虑模拟后网格的边长和版片原始的角度，能够使生成的新版片更加匹配人体模型的同时，保证版片的形状与设计师设计的原始版片在形状上更加一致。同时这种方法能够根据角度和边长添加对称约束，使生成的布片满足对称的要求。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的是针对现有服装自适应方法的不足，提出了一种基于角度和边长的服装版片自适应贴合模拟穿着人体的方法，这种方法使用服装版片的角度和边长作为优化参数，以多边形的内角和固定作为约束，生成新的版片二维边界。这种方法能够在尽可能的保持CAD版片的原始形状的情况下，使服装版片的合身度更高。根据对版片的对称性需求，还可以对其添加对称约束，使其生成的版片是对称的。
[0007]本专利技术提供一种合身度驱动的服装CAD版片多约束自适应调整优化方法，包括以下步骤：
[0008]步骤1、将CAD版片网格化：
[0009]所述CAD版片是由n个二维的控制点p
i
(u
i
,v
i
)和两个相邻的所述控制点之间的边组成的环形结构，其中的边包含直线边和曲线边,其中曲线边由多段线表示,所述多段线由若干曲线控制点cp(u,v)及点之间的直边组成；
[0010]通过Delaulay三角网格剖分过程，将CAD版片的控制点的坐标序列转化成由若干三角形组成的网格，作为原始网格，所述原始网格包括：网格中每个点的坐标和拓扑结构，所述拓扑结构为每个三角形的坐标索引,所述原始网格中有m个质点和t个三角形；
[0011]步骤2、评估服装的合身度；
[0012]采用弹簧质点模型，将原始网格模拟运行到人体形状的碰撞模型上，输出与原始网格相同拓扑结构的模拟网格，并得到网格上每个点的坐标在运行结束后的位置坐标，作为模拟完成后的网格的坐标；
[0013]通过向量叉乘取模的方法求出原始网格和模拟网格上每个三角形的面积，分别将原始网格和模拟网格上每个三角形的面积加和，得到原始网格的表面积与模拟网格的表面积，将原始网格的表面积与模拟网格的表面积相除，得到表面积拉伸比例，并设置拉伸期望域值，根据所述表面积拉伸比例与所述拉伸期望域值的差异来判断服装的合身度，
[0014]当表面积拉伸比例小于拉伸期望域值时，进入步骤3
[0015]步骤3、处理模拟完成后的网格的数据
[0016]通过对相邻边的夹角计算与对相邻点的边长计算，将CAD版片的控制点(p1,p2…
p
n
)转化成：由每个点相邻边之间的角度θ(θ1,θ2…
θ
n
)和每条边的边长l(l1,l2…
l
n
)组成的集合(θ,l)；；具体转化方式如下；
[0017][0018]l
i
＝||p
i
p
next(i)
||
[0019]next(i)＝(i+1)mod n
[0020]pre(i)＝(i
‑
1+n)mod n
[0021]通过(θ,l)表示每个控制点p的坐标表示为：
[0022][0023][0024][0025]根据模拟完成后的网格的数据和CAD版片的角度计算出目标角度和长度
[0026]目标角度和边长如下：
[0027][0028][0029]e是模拟完成后的网格上对应当前CAD版片边的每一个三角形上对应版片边缘的边长度；
[0030]对于设定成曲线的CAD边的处理，将对应曲线用控制点之间的直线代替；
[0031]对于第i条CAD边的曲线上的每个点j，将其计算为两个比例值，代表从起始控制点到当前点的向量在点p
i
到p
nrxt(i)
的向量上的投影的长度与边长l
i
的比例，代表从当前点到从p
i
到p
next(i)
的向量的距离与边长l
i
的长度的比例：
[0032][0033][0034]曲线中每个控制节点的坐标表示为：
[0035][0036]用p
i
和p
next(i)
代表该曲线的首控制点坐标和末尾控制点坐标，根据控制点坐标计算出垂直于控制点线段的单位向量控制点线段的长度l
i
；
[0037]对于曲线边的目标长度，按照直线边做相应比例的换算：
[0038][0039]是控制点之间曲线的长度；
[0040]记录对称信息，对于含有对称信息的CAD版片，根据对称的点的信息，找到其对应的对称的角度和边长，对于对称的点p
i
和p
j
，有角度和边长约束：
[0041]θ
i
＝θ
j
[0042]l
i
＝l
pre(j)
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.合身度驱动的服装CAD版片多约束自适应调整优化方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、将CAD版片网格化：所述CAD版片是由n个二维的控制点p
i
(u
i
,v
i
)和两个相邻的所述控制点之间的边组成的环形结构，其中的边包含直线边和曲线边,其中曲线边由多段线表示,所述多段线由若干曲线控制点cp(u,v)及点之间的直边组成；通过Delaulay三角网格剖分过程，将CAD版片的控制点的坐标序列转化成由若干三角形组成的网格，作为原始网格，所述原始网格包括：网格中每个点的坐标和拓扑结构，所述拓扑结构为每个三角形的坐标索引,所述原始网格中有m个质点和t个三角形；步骤2、评估服装的合身度；采用弹簧质点模型，将原始网格模拟运行到人体形状的碰撞模型上，输出与原始网格相同拓扑结构的模拟网格，并得到网格上每个点的坐标在运行结束后的位置坐标，作为模拟完成后的网格的坐标；通过向量叉乘取模的方法求出原始网格和模拟网格上每个三角形的面积，分别将原始网格和模拟网格上每个三角形的面积加和，得到原始网格的表面积与模拟网格的表面积，将原始网格的表面积与模拟网格的表面积相除，得到表面积拉伸比例，并设置拉伸期望域值，根据所述表面积拉伸比例与所述拉伸期望域值的差异来判断服装的合身度，当表面积拉伸比例小于拉伸期望域值时，进入步骤3步骤3、处理模拟完成后的网格的数据通过对相邻边的夹角计算与对相邻点的边长计算，将CAD版片的控制点(p1,p2…
p
n
)转化成：由每个点相邻边之间的角度θ(θ1,θ2…
θ
n
)和每条边的边长l(l1,l2…
l
n
)组成的集合(θ,l)；；具体转化方式如下；l
i
＝||p
i
p
next(i)
||next(i)＝(i+1)modnpre(i)＝(i
‑
1+n)modn通过(θ,l)表示每个控制点p的坐标表示为：通过(θ,l)表示每个控制点p的坐标表示为：通过(θ,l)表示每个控制点p的坐标表示为：
根据模拟完成后的网格的数据和CAD版片的角度计算出目标角度和长度目标角度和边长如下：目标角度和边长如下：e是模拟完成后的网格上对应当前CAD版片边的每一个三角形上对应版片边缘的边长度；对于设定成曲线的CAD边的处理，将对应曲线用控制点之间的直线代替；对于第i条CAD边的曲线上的每个点j，将其计算为两个比例值，代表从起始控制点到当前点的向量在点p
i
到p
next(i)
的向量上的投影的长度与边长l
i
的比例，代表从当前点到从p
i
到p
next(i)
的向量的距离与边长l
i
的长度的比例：的长度的比例：曲线中每个控制节点的坐标表示为：用p
i
和p
next(i)
代表该曲线的首控制点坐标和末尾控制点坐标，根据控制点坐标计算出垂直于控制点线段的单位向量控制点线段的长度l
i
；对于曲线边的目标长度，按照直线边做相应比例的换算：对于曲线边的目标长度，按照直线边做相应比例的换算：是控制点之间曲线的长度；记录对称信息，对于含有对称信息的CAD版片，根据对称的点的信息，找到其对应的对称的角度和边长，对于对称的点p
i
和p
j
，有角度和边长约束：θ
i
＝θ
j
l
i
＝l
pre(j)
l
pre(i)
＝l
j
将对称信息记录为两组点和边的索引步骤4、构建优化问题方程4.1设置优化目标：需要求得的目标为CAD版片点的内角集θ
res
和CAD版片每条边的长度集l
res
；根据需要优化的目标长度和角度，构建出优化目标为：α+β＝1.0，α，β≥0通过设置归一化参数α和β的参数来决定优化目标是倾向于保持形状还是保持大小；
4.2设置约束条件：根据多边形的内角和定理设置角度约束：根据CAD版片的封闭特性，CAD版片第n+1个点的坐标和第一个点的坐标重合，设初始点p1(u1,v1)的坐标为(0,0)，设置坐标值约束：)的坐标为(0,0)，设置坐标值约束：)的坐标为(0,0)，设置坐标值约束：对于CAD的版片的对称约束，设相等的角度对数为s，相等的边的对数为d，设置每一对的角度和边长相等的约束为：的角度和边长相等的约束为：的角度和边长相等的约束为：和代表第i对对称的角度的索引，ι1(i)和ι2(i)代表第i对对称的边的索引；步骤5、计算该优化问题5.1使用拉格朗日乘数法将步骤4中构建的所述优化问题转化为增广目标函数；5.2使用牛顿法计算上述增广目标函数，求得最优化问题的结果集,所述结果集包括：CAD版片对应多边形的角度和边长集(θ
res
,l
res
)；步骤6、根据步骤5优化方程得到的CAD版片对应多边形的角度和边长，还原CAD版片每个控制点的坐标步骤7、更新CAD版片对应的原始网格中每个点的坐标x，返回步骤2。2.如权利要求1所述的合身度驱动的服装CAD版片多约束自适应调整优化方法，其特征在于，所述步骤2具体包括以下子步骤：基于八叉树方法生成所述人体碰撞模型的八叉树结构OT，其中，八叉树结构OT表示一个正方形空间是否在人体碰撞模型的内部或者外部，若无法判断，则当前八叉树结构OT继续细分为8个子...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐岗，郑星友，曹弘逸，潘家炜，顾人舒，
申请(专利权)人：杭州电子科技大学，
类型：发明
国别省市：