（计算机应用技术专业论文）数字服装边界提取与编辑研究.pdf

浙江理工大学学位论文版权使用授权书 y 1 7 4 7 2 15 l u l i li iiiii ii ii i ii i l l l l l l l l l l! l l 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在年解密后使用本版权书。 不保密毗 学位论文作者签名：父i 老暂 日期：j , , i o ；月钼 。 指导教师签名： 吉童 日期：2l 年月、工1 3 浙江理工大学硕士学位论文 摘要 服装设计是服装企业在市场竞争中的制胜武器，传统的服装设计存在成本高、周期长、 资源得不到充分利用等缺点，服装c a d 的出现和发展为解决这些问题提供了可能。随着 虚拟现实技术的迅速发展和三维服装建模技术的长足进步，三维服装c a d 作为一种新兴 的服装设计模式，已经开始得到广泛的应用。目前，服装c a d 系统涵盖了服装款式设计， 样板设计、工业设计、面料花型设计以及成衣效果展示等产品设计阶段的各个环节。根据 三维服装c a d 的设计特点，开展数字服装网格模型的边界提取和编辑研究可以为三维数 字服装的造型、三维数字服装的款式设计、三维数字服装的外形多样化等实现过程提供理 论基础。 论文在三维服装c a d 理论基础上，利用计算机图形学等相关技术，对三维数字服装 的边界提取及编辑处理进行研究，如实现服装网格模型的边界延展和裁剪等效果，具体研 究内容如下： ( 1 ) 分析了三维数字服装编辑研究的研究现状和发展趋势，并指出其重要的研究意义 和广泛的应用前景。 ( 2 ) 对三维扫描测量设备输出的数字服装模型进行预处理操作，如判断和删除模型上 的孤立三角片；对存在的孔洞进行修补；使用改进的加权法向中值滤波法进行光顺，为后 续的数字服装模型编辑处理做好充分准备。 ( 3 ) 对计算机三维服装设计和虚拟服装试衣系统中常用的拾取操作进行研究，运用判 断射线与平面相交情况的针刺求交法对三维数字服装模型中的三维数据进行了交互拾取， 方便、快捷的得到相应拾取信息。 ( 4 ) 提出了一种对三维数字服装模型进行边界提取与延展处理的新方法。首先提取出 三维服装网格模型的边界点；然后利用三次非均匀b 样条曲线拟合其边界线，通过累加弦 长参数法计算出边界长度，用来提取三维数字服装的边界部位信息；再使用平行切面投影 边界点的方法新增数据点；最后通过三角剖分得到服装边界的适当延展曲面，实现三维数 字服装边界部位的向外延展编辑效果。 ( 5 ) 介绍了三维数字服装边界部位进行切割和裁剪编辑处理的新方法。首先对三维数 字服装边界进行了精确拾取；然后根据最大包容长方体建立切割面对服装模型进行切割并 求交，得到网格重建切割面左右独立的两部分；最后按切割面矢量反方向平移相应的服装 部位得到分离后的服装模型，移除多余的服装部位，较好地实现三维数字服装模型的边界 i 浙江理工大学硕士学位论文 切割及裁剪效果。 论文最后总结了本课题的工作，并对进一步研究方向做了展望。 关键词：服装c a d ；三角网格模型；边界提取；网格切割；服装编辑 i i 浙江理工大学硕士学位论文 b o u n d a r ye x t r a c t i o na n de d i t i n go nd i g i t a lg a r m e n tm e s hm o d e l s a b s t r a c t g a r m e n td e s i g ni sap o w e r f u lw e a p o ni nt h em a r k e tc o m p e t i t i o no ft h ec l o t h i n gp r o d u c t i o n i n d u s t r y t r a d i t i o n a lg a r m e n td e s i g ne x i s t ss o m es h o r t c o m i n g s ，f o re x a m p l e ，t h ep r o d u c t i o nc o s t i sh i g h , t h ep r o d u c t i o np e r i o di sl o n g ，t h er e s o u r c ei sw a s t e d ，e t c g a r m e n tc a dt e c h n o l o g y p r o v i d e st h ep o s s i b i l i t yf o rs o l v i n gt h e s ep r o b l e m s w i t ht h ed e v e l o p m e n to fv i r t u a lr e a l i t ya n d 3 dg a r m e n tm o d e l i n gt e c h n i q u e s ，3 dg a r m e n tc a da san e w g a r m e n td e s i g nm e t h o dh a sb e e n a p p l i e dw i d e l y n o w , 3 dg a r m e n tc a di n c l u d e se a c hs t e pd u d n gt h eg a r m e n td e s i g np h a s es u c h a sc l o t h i n gs t y l ed e s i g n , g a r m e n tp a t t e r nd e s i g n , p r o d u c t i o nl i n ed e s i g n , f a b r i ci m a g ed e s i g n , v i r t u a lc l o t h i n gt r y - o n a c c o r d i n gt ot h ed e s i g nf e a t u r e so f3 dg a r m e n tc a d ，t h er e s e a r c ho n b o u n d a r ye x t r a c t i o na n de d i t i n go nd i g i t a lg a r m e n tm e s hm o d e l sc a np r o v i d et h et h e o r e t i c a l f o u n d a t i o no n3 dd i g i t a lg a r m e n tm o d e l i n g ，d i g i t a lc l o t h i n gs t y l ed e s i g na n dt h es h a p ed i v e r s i t y o f3 dd i g i t a lg a r m e n t s b a s e do nt h et h e o r yo f3 d g a r m e n tc a d ，t h i st h e s i su s e sk n o w l e d g eo fc o m p u t e rg r a p h i c s a n do t h e rr e l a t e dt e c h n o l o g i e st oh a v et h er e s e a r c ho nb o u n d a r ye x t r a c t i o na n de d i t i n go fd i g i t a l g a r m e n t ss u c ha sr e a l i z i n gt h eb o u n d a r ye x t e n s i o na n dc u t t i n ge f f e c to n3 dd i g i t a lg a r m e n tm e s h m o d e l s n l ed e t 撕l e dc o n t e n ti sa sf o l l o w s ： ( 1 ) i tc o m p r e h e n s i v e l ya n a l y z e sc u r r e n tr e s e a r c hs i t u a t i o na b o u t3 dd i g i t a lg a r m e n te d i t i n g ， p o i n t so u ti t si m p o r t a n tr e s e a r c hs i g n i f i c a n c ea n dw i d ea p p l i c a t i o np r o s p e c t s ( 2 ) i td o e st h ep r e t r e a t m e n tf o r3 dg a r m e n tm e s hm o d e l se x p o r t e df r o m3 ds c a n n i n g e q u i p m e n t , s u c ha sj u d g i n ga n dr e m o v i n gi s o l a t e dt r i a n g l e s ；r e p a i r i n gt h eh o l e si ng a r m e n tm e s h m o d e l s ；u s i n gi m p r o v e dm e a nf i l t e ra l g o r i t h mt os m o o t h3 dg a r m e n tm o d e l s t h i sp r e t r e a t m e n t i su t i l i z e df o rt h ef o l l o w i n gb o u n d a r ye x t r a c t i o na n de d i t i n g ( 3 ) i th a st h er e s e a r c ho np i c k u po p e r m i o nw h i c hi sf r e q u e n t l yu s e do ng a r m e n tm e s h m o d e ld e s i g na n dv i r t u a lc l o t h i n gt r yo ns y s t e m h e r ew eu s et h en e e d l ep u n c t u r i n gm e t h o db y j u d g i n gt h ei n t e r s e c t i o ns i t u a t i o nb e t w e e nt h er a ya n dt h ep l a n et oi n t e r a c t i v e l yp i c ku p3 dd a t a f r o m3 dg a r m e n tm o d e l s i tc a nc o n v e n i e n t l ya n dr a p i d l yc a p t u r ep i c k u pi n f o r m a t i o n 1 i i ( 4 ) i tp r e s e n t san e wm e t h o df o re x t r a c t i n ga n de x t e n d i n gb o u n d a r ya r e a so f3 dg a r m e n t m e s hm o d e l s w ef i r s t l ye x t r a c tb o r d e r p o i n t s ，t h e nu s et h en o n - u n i f o r mb - s p i n ec a l v eo fd e g r e e t h r e et oi n t e r p o l a t et h e ma n dc a l c u l a t et h el e n g t ho fe a c hb o u n d a r yl i n et og e tr e l e v a n tg a r m e n t i n f o r m a t i o n f i n a l l y ，w ec o n s t r u c tap a r a l l e lt a n g e n tp l a n eb a s e do nb o r d e rp o i n t st oa d dn e w p o i n t sa n dc r e a t et h ee x t e n d e db o r d e rs u r f a c eb yt h et r i a n g u l a t i o np r o c e s s i tc a l lg e tg o o d b o u n d a r ye x t e n d i n ge f f e c tf o rg a r m e n tm o d e l s ( 5 ) i ti n t r o d u c e san e wb o u n d a r yc u t t i n gm e t h o do n3 dg a r m e n tm e s hm o d e l s w ef i r s t l y p i c ku pb o u n d a r ya r e ao fg a r m e n tm e s hm o d e l sa n db u i l dt h ec u t t i n gp l a n ea c c o r d i n gt ot h e m a x i m u m b o u n d i n gb o xt od oc u ta n di n t e r s e c t i o no p e r a t i o n t h eg a r m e n tm o d e li st h e nd i v i d e d i n t ot w od e p e n d e n ts e c t i o n sa f t e ri n t e r s e c t i o no p e r a t i o nb e t w e e nt h ec u t t i n gp l a n ea n dt r i a n g l e s a n dm e s hr e c o n s t r u c t i o no p e r a t i o nf o rt h o s ec u tt r i a n g l e s f i n a l l yw et r a n s l a t ec o r r e s p o n d i n g g a r m e n tp a r t sa l o n gt ot h eo p p o s i t ed i r e c t i o no fc u t t i n gp l a n et oo b t a i nt h es e p a r a t e dg a r m e n t m o d e la n dr e m o v er e d u n d a n tp a r t so fg a r m e n tm o d e l i tc a no b t a i ng o o db o u n d a r yc u t t i n gr e s u l t s f o r3 dg a r m e n tm o d e l s i nt h ee n do ft h i sp a p e r , i ts u m m a r i z e sc u r r e n tw o r ka n dg i v e st h ed e v e l o p m e n t p r o s p e c to f t h i sr e s e a r c h k e y w o r d s ：g a r m e n tc a d ；t r i a n g u l a rm e s hm o d e l ；b o u n d a r y e x t r a c t i o n ；m e s h c u t t i n g ； g a r m e n te d i t i n g i v 浙江理工大学硕士学位论文 目录 摘要i a b s t r a c t i i i 目录v 第一章绪论1 1 1 研究背景与意义1 1 2 数字服装边界编辑研究现状2 1 2 1 国内外服装c a d 研究现状2 1 2 - 2 服装c a d 的发展趋势与应用4 1 2 3 服装边界的提取及研究现状5 1 3 本文的工作6 1 3 1 主要研究内容和成果6 1 3 2 论文的组织结构7 第二章数字服装模型的预处理9 2 1 孤立三角片的去除9 2 2 孔洞区域的修补1 0 2 2 1 孔洞的定义和孔洞部位的检测l l 2 2 2 孔洞多边形特征面的建立和孔洞边界边的投影1 2 2 2 3 构造新增三角片1 3 2 2 4 新增三角片合法性检查1 4 2 3 数字服装模型的光顺处理1 6 2 4 本章小结。1 9 第三章数字服装模型的拾取2 0 3 1 视点坐标系中射线的形成2 0 3 2 射线在场景坐标系下的表示：2 2 3 3 射线在物体局部坐标系下的表示_ 2 3 3 4 拾取数字服装模型上的任意点2 5 3 5 应用实例2 7 3 6 本章小结2 8 第四章数字服装边界提取与延展2 9 4 1 边界点的提取2 9 4 2 边界点归类和样条曲线型值点的选取3l 4 3 反算样条曲线控制点及边界曲线的构造3 2 4 4 边界长度计算3 3 4 5 服装边界区域曲面延展3 3 4 6 应用实例3 5 4 7 本章小结。3 7 第五章数字服装边界切割和裁剪3 8 5 1 编辑区域的拾取3 8 5 2 切割面的形成与求交3 9 5 3 服装模型的三角网格分离和重建：4 1 5 4 应用实例4 3 5 5 本章小结4 4 第六章总结展望4 5 v 浙江理工大学硕 6 1 研究工作总结 6 2 进一步展望 参考文献 致谢 攻读学位期间的研究成果 v i 浙江理t 大学硕士学位论文 数字服装边界提取与编辑研究 第一章绪论 本章介绍了三维服装c a d 和服装边界提取的研究现状，服装c a d 的发展 趋势与应用，最后阐述了本论文的主要研究内容和组织结构。 1 1 研究背景与意义 随着计算机技术的不断发展，社会经济的逐步繁荣，人们生活水平的提高， 人们对服装的质量和合体性、个性化的要求也变的越来越高，现有的二维服装 c a d 技术已经不能满足纺织服装业的c a d 应用要求，服装c a d 迫切需要由目 前的平面设计发展到立体三维设计【i 】。因此，近年来国内外均在三维数字服装 c a d 、虚拟现实服装设计等方面开展理论和实践应用研究，其中三维数字服装 的造型、三维数字服装的款式设计、三维数字服装的外形多样化更是关注的热点。 三维数字服装造型技术的研究，是发展三维数字服装c a d 系统，提高三维 数字服装设计精确度和效率的基础。服装造型是用一定的物质材料，按审美要求 塑造可视的平面或立体的形象。物体处于空间的形状，是由物体的外轮廓和内结 构结合起来形成的。服装是一种由三维空间所表示的物体，可以从空间上下、左 右、前后任何一个角度观察它的立体形态，研究它的美感。点、线、面、体是服 装构成的造型要素。服装构成主要是通过点、线、面、体的基本形式进行分割、 组合、积聚、排列，从而产生形态各异的服装造型。点的移动轨迹形成线，线的 移动轨迹形成面，面的回转与结构组合形成体，服装造型设计就是根据形式美的 法则将各种构成要素有目的的合理运用。当服装造型的主观艺术感觉要素、客观 物质材料要素和主客观应用技术要素、色彩与款式、面料与装饰物、人工设计技 能与科学系统设计技能和装备有机地结合，便形成完整的系统，从而呈现出千姿 百态变化无穷的服装式样。 网络试衣系统也就是试衣设计系统( f i t t i n gd e s i g ns y s t e m ) 是三维服装c a d 的重要组成部分【2 】。经济的发展，人们生活的不断改善，使得人们的着装要求也 浙江理t 大学硕士学位论文 进一步提高，向着时装化、时尚化、个性化、高品位发展。服装生产方式也向高 质量、多样化、小批量发展。这一切给整个网上购买服装的发展带来了新的思维。 一方面，顾客在网上购买服装的同时不仅希望能看到服装的三维立体着装效果， 还想按照自身身体的外形，个人的着装品位时尚来进行“d oi ty o u r s e l f ，通过一 些适当的编辑产生服装新的款式，满足个人的喜好，然后把编辑好的款式、大小 等效果发给厂家，定购衣服；另一方面，企业可以通过三维服装的展示，根据顾 客的不同需求对服装进行适当修改，然后投入生产，实现设计和销售一体化。所 以适当的编辑操作功能在网络试衣系统中变的相当的重要【3 】。 三维数字服装边界提取与编辑操作就是三维数字服装造型及网格试衣中的 一个重要组成部分。我们可以按照自身身体的外形，个人的着装品位和个人的时 尚感对三维数字服装做适当的边界部位编辑，通过编辑产生新的服装款式，比如 长短裤或长短裙变化等，满足个人的喜好，还可以提取出三维数字服装的边界信 息，判断出相应服装所属的合适人群以及其他相关信息。随着网上购买服装不断 兴起和流行，人们对网络试衣系统的要求也越来越高，三维数字服装c a d 的不 断发展更新，对三维服装造型的要求也变得越来越高。三维数字服装边界提取与 编辑作为三维数字服装造型及网格试衣中的一个重要组成部分，因此对它的研究 具有其必然性和紧迫性。本文就是在遵循三维数字服装造型的设计条件下，开展 了对三维数字服装边界提取与编辑的研究，为进一步的三维数字服装的造型、三 维数字服装的款式设计，三维数字服装的外形多样化等实现过程提供了设计基 础。 本文结合三维服装c a d 特点，使用曲线和曲面造型方法提取和扩展三维数 字服装边界部位，并使用平面切割方法对三维服装模型边界裁剪，最终达到了较 好的服装边界部位编辑效果。 1 2 数字服装边界编辑研究现状 1 2 1 国内外服装c a d 研究现状 服装c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 技术，即计算机辅助服装设计技术，是利 用计算机的软、硬件技术对服装新产品、服装工艺过程，按照服装设计的基本要 求，进行输入、设计及输出等的一项专门技术，是一项综合性的，集计算机图形 2 浙江理工大学硕士学位论文 学、数据库、网络通讯等计算机及其他领域知识于一体的高新技术，用以实现产 品技术开发和工程设计1 4 , 5 l 。它被人们称为艺术和计算机科学交叉的边缘学科， 是以尖端科学为基础的不同于以往任何- 1 7 艺术的全新的艺术流派。服装设计传 统上为手工操作，效率低，重复量大，而c a d 借助于电脑的高速计算及储存量 大等优点，使设计效率大幅度提高，具有关的数据统计和企业的应用调查显示， 使用服装c a d 可以比手工操作提高效率2 0 倍。目前服装c a d 技术已经涉及到影 视创作、游戏开发、虚拟现实、服装的真实感仿真 6 1 等等。 世界上最早出现在的服装c a d 系统是美国在1 9 7 2 年研究发明的m a r c o n 系统，经过商业产品化，美国g e r b e r 公司率先把这套服装c a d 系统推向市场， 成为国际上关于服装c a d 系统的先驱。在接下来的短短不到几年的时间内，法 国、日本、西班牙等国家也纷纷推出类似系统，服装c a d 系统的完善性渐渐地 成为衡量一个国家的企业的服装设计水平和质量的重要标志。其中美国、法国、 加拿大等国家研究开发的三维服装c a d 软件比较先进，如美国格柏( g e r b e r ) 公司 的服装设计系统和a c c u m a r kv - s t i t c h e r 软件、美国p g m 公司的p g m 服装设计 系统、法国力克( l e c t r a ) 系统及它的m o d a r i s3 df i t 系统、加拿大p a d 的三维立 体样衣系统( s y s t e m3 ds a m p l e ) 等等 7 , 8 1 。 国内最初的服装c a d 的研究开发是在国家“六五”规划时期，是在引进、消化、 吸收国外服装c a d 系统的基础上进行的。到了2 0 世纪8 0 年代就将服装c a d 系统 的研制和开发正式列入了“七五”国家星火项目，8 0 年代中期开始在引进国外c a d 系统基础上进行服装c a d 的研制开发，技术水平虽与国外发达国家相比虽然尚 有一段距离，但发展速度较快。到目前为止，二维的服装c a d 技术已比较成熟， 在二维的服装c a d 系统各功能模块的开发和配置上已经达到国外的同等水平， 至今已有5 0 余套系统通过了各种形式的鉴定并提交用户使用，软件功能较齐全， 应用领域较广泛，在一定程度上可与国外高水平软件相媲美。国内的三维c a d 起步较晚，但在三维c a d 的应用上的研究已取得初步进展，实现了仿三维c a d 设计。国内网络上的“三维试衣”一般都是通过f l a s h 技术，帮助网友挑选合 适的搭配，其中的服装和人体都是平面照片，即使能够旋转的，也是多个 平面照片的粘合而已，距离国际上通行的三维试衣技术还有一定的距离， 不过近几年，经过中国各研究人员的努力，国内也出现了些比较出色的三 浙江理工大学硕士学位论文 维试衣系统。现在国内比较有名的服装c a d 系统与试衣系统主要有：中国航天 工业总公司7 1 0 研究所的a r i s a 系统、杭州的爱科系统、北京和炫科技有限公司 的和炫三维试衣软件等等。 1 2 2 服装c a d 的发展趋势与应用 目前的三维服装c a d 正沿着从二维到三维、静态到动态、近地到远程、服 装设计过程的一体化、服装设计的自动化、服装设计的便捷化、服装设计的虚拟 化、服装设计的个体化的方向发展9 , 1 0 】。重点包括三维人体模型的型体测量、个 性化服装设计、三维服装造型研究、立体裁剪、立体缝合、虚拟试衣】、动画模 拟以及基于互联网的订做、销售和展示等等。总结下来主要有下面几个发展趋势： 网络共享化：随着全世界互联网的高速发展，网络服装设计逐渐成为主流。 在越来越专业化、全球化的生产经营模式下，服装c a d 开发商、经销商和用户 将通过网络相互联系，共享资源，针对一些问题相互讨论，相互学习【1 2 】。企业 基于网络的c a d 系统实现数据的共享和标准化，产品的并行设计也将为c a d 系统的高效快速发展提供支持【1 3 , 1 4 】。如今顾客可以进入网络的虚拟现实环境中购 买服装，任意选择最适合的服装【1 5 】。 智能化t 服装c a d 产品将朝着智能化的方向发展，通过建立更多的服装样板 模块及设计向导为设计人员提供智能支持，这些智能支持包括自学习、自组织。 自适应、自纠错、并行搜索、联想记忆、模式识别、知识自动获取等多种智能技 术的支持。也许以后我们只要给定服装各部位尺寸数据，按照一定款式模型，系 统就可以自动生成样板图，然后通过服装设计师进行创新设计，在最短的时间内 得到最佳设计方案并生成样衣。 三维立体化：三维服装c a d 技术的立体化，可以使服装设计人员利用网络传 输功能与三维虚拟现实设计技术在虚拟的三维环境下进行服装设计工倒1 6 1 。根 据平面样板生成的三维服装图、在人台上进行立体裁剪并自动生成样板图。 标准化：目前服装c a d 没有一个统一的标准，都是各自为政。随着各大系 统朝着智能化、从二维的服装c a d 到三维服装c a d 的快速变化，需要有规范统 一的技术准则【1 7 1 。以后随着服装c a d 系统逐步成熟，进行了标准化建设，使得 各个c a d 系统能够统一输入输出格式，有利于企业的管理。 4 浙江理工火学硕士学位论文 国内外市场上的三维服装c a d 的应用主要有两类： 一是用于服装设计：针对特定客户人体的参数测量及其对服装款式的特定要 求( 如放松量、长度、宽度等方面的喜好信息) ，进行服装设计，再生成相应的 平面服装样片。此类产品是专业的三维服装c a d 处理系统，主要面向的人群是 专业的服装设计或制作者，不利于普通消费者使用。其中以美、英、法、德、日、 瑞士的系统较为先进。 二是用于模拟试衣系统：通过对顾客体型的三维测量，调用后台数据库中的 基本三维人体模型，作适当的调整，模拟顾客的体型，试穿服装，也就是我们平 常所说的三维试衣系统。这类应用可利用互联网进行电子商务的远程控制实现， 适合普通消费者网上购物，如美国的l a n d s e n d 公司在互联网上可建立顾客的人 体虚拟模型，通过顾客的简单操作，可试穿该公司所推出的服装，还可进行适当 立体互动设计，直到顾客满意为止。 1 2 3 服装边界的提取及研究现状 服装作为接近离人体表面最近的“环境”，影响和决定着我们个人生理上的、 心理上的舒适感，然而在服装生产工业中，最终制成服装的成衣规格虽然来源于 人体尺寸，但它其实不等同于具体的人体尺寸。由于人体体型具有的复杂性，大家 很难在多种规格尺寸中找到量身定做的效果。正因为如此，人们往往买不到合身 的服装，服装边界提取和编辑可以为我们解决这个问题，对服装边界提取可以方 便地判断出该服装所属的合适人群及其他相关信息。服装边界部位的提取与编辑 如此重要，所以国内外很多学者都对它做了研究。在提取边界点方面，谈正等人 【1 8 】提出了一种网格曲面数据中的特征区域边界自动提取与显示方法；q i u 等人【1 9 】 利用正负半邻域关系判断聚类边界的边界点检测算法；e m e l y a n o v 等人【2 0 1 通过建 立点云的三角网格模型提取边界特征等。得到服装模型的边界点后，可以计算出 服装模型上的边界线长度。徐继红等人【2 1 】用三次多项式分段拟合曲线对人体曲 线和服装曲线进行分段拟合；李晓久等人1 2 2 】采用对数函数拟合臀围横截面曲线 并建立了以臀宽和臀厚为变量的曲线拟合方程；盛家川【2 3 】根据人体几何形状特 征尺寸包括身高、肩宽、胸围、腰围、臀围等生成所需要的控制点，然后用b 6 z i e r 曲线和曲面拟合服装模型相应部位区域；w a n g 等人【2 4 j 用手工测量人台胸围、腰 浙江理工大学硕士学位论文 围的横截面标志点坐标，用正弦和余弦函数拟合人体和上装之间的不同宽松量的 配置公式等。 当三维服装模型的袖口、裤口等边界部位太长时或需要改变边界款式时，我 们可对其进行切割处理。国内外许多学都对三角网格切割处理进行了研究，例如 付妍【2 5 1 等人提出的一种任意封闭三角网格的切割与保角映射的算法；李基拓【2 6 1 等人提出的基于优化切割路径树的网格曲面自动切割算法等；s a n d e r t 2 7 1 等人用一 个贪心法的面片合并算法将模型切割分成若干部分；w e i s k o p f t 2 8 】等人通过深度缓 存实现闭合曲面在三维模型上的切割运算。得到切割面后，可以用求交算法求出 相应的切割面和网格模型的交点。李吉平【2 9 1 等人用一种用于矢量与扫描体之间 求交的有效算法求出有向线段和三角片的交点；x u 3 川等人提出了可以方便地应 用于一般多边形网格的光线与三角网格求交运算的有效剔除算法；l e e 等人【3 l 】 根据最小原则( m i n i m ar u l e ) 和局部特征( p a r ts a l i e n c e ) 实现了自动和半自动 切割。求出交点后，可以对相应的服装模型部位进行网格重建和分离。黄洁【3 2 】 等人利用修改a i f ，实现网格重建，获得新的三角形网格和拓扑结构，然后用a i f 与 树型搜索算法实现对切割后独立三角形网格群的提取，获得切割分离的效果； v i e t 3 3 1 等人通过对三角形或者四面体网格的重建来完成切割运算等。 1 3 本文的工作。 1 3 1 主要研究内容和成果 本课题得到了国家自然科学基金和浙江省自然科学基金等项目资助。课题研 究期间，本人以第一作者身份在e i 检索会议及纺织学报上发表论文2 篇， 作为主要完成人在计算机辅助设计与图形学学报上录用论文l 篇。主要研究 内容有： ( 1 ) 三维数字服装模型通过三维扫描设备得到，但即使是高精度的三维扫描 仪，由于各种原因得到的网格数据仍存在着一些孤立三角片，孔洞区域和各种噪 声等，这些缺陷不利于后续的数字服装模型编辑处理。本文对三维扫描测量设备 输出的数字服装模型进行了预处理操作。首先判断和删除模型上的孤立三角片， 然后对存在的孔洞进行修补，最后使用改进的加权法向中值滤波法来进行光顺， 为后续数字服装模型编辑处理做好充分的准备。 6 浙江理工大学硕士学位论文 ( 2 ) 在三维数字服装预处理和服装模型数据点进行拾取的基础上，提出了一 种三维数字服装模型边界提取与延展的新方法。首先提取出三维服装网格模型的 边界点；然后利用三次非均匀b 样条曲线拟合边界线，通过累加弦长参数法计 算出边界长度，用来提取三维数字服装的边界部位信息；最后使用平行切面投影 边界点的方法新增数据点，通过三角剖分得到服装边界的适当延展曲面，实现服 装边界向外延展的编辑效果。 ( 3 ) 介绍了三维数字服装边界部位进行切割和裁剪编辑处理的新方法。首先 精确的拾取需要编辑处理的切割部位；然后建立可调节的相应切割面进行切割和 求交，得到网格重建切割面左右独立的两部分；接着向切割面矢量反方向平移顶 点参数得到分离的服装模型，移除不需要的服装部位；最后得到较好的三维数字 服装切割和裁剪效果。 ( 4 ) 结合v c 编程和o p e n g l 建模功能实现上述相关算法，为三维数字服装的造 型、三维数字服装的款式设计、三维数字服装的外形多样化等实现过程验证了理 论基础。 。 1 3 2 论文的组织结构 。全文共分为七章。各章的内容分别简要介绍如下： 第一章，阐述了三维服装c a d 和服装边界编辑的研究现状，服装c a d 的 发展趋势与应用，最后简要的介绍了本文主要的工作内容和论文的组织结构。 第二章，针对数字服装三角网格数据有时存在的一些缺陷，运用一些计算机 图形学算法对数字服装三角网格模型进行适当预处理操作，为后续的数字服装模 型的编辑处理做准备。 第三章，对计算机三维服装设计和虚拟服装试衣系统中常用的拾取操作进行 研究，详细的描述了三维数字服装网格模型中三维数据点的拾取操作过程。 第四章，提出了一种在三维数字服装模型上进行边界提取与延展处理的新方 法，并介绍了其中的各个实验步骤，最后得到了较好的三维数字服装模型边界部 位的局部修改和曲面延展的处理效果。 第五章，具体介绍了本文中三维数字服装边界部位进行局部切割和移除多余 服装部件的方法以及各个实验步骤。通过实验验证得到了较好的三维数字服装裁 剪处理实验结果。 第六章，总结本文 浙江理工入学硕士学位论文 第二章数字服装模型的预处理 三维数字服装模型可以通过三维扫描设备得到，三维扫描设备是一种光学的 三维测量系统，由一个或多个光源，一台或多台捕获装置，一套计算机系统以及 可以显示采集数据的监视器组成。三维扫描设备的基本类型有激光型、白光型、 表面跟踪型等，不同类型的三维扫描设备的差别很大，分辨率、技术参数和速度 各不相同。测量数据的处理工作使用三维扫描设备的配套软件完成，它可以将扫 描获得的数据进行转换，包括编辑原始数据和重建三角形网格结构、合并不同的 扫描部分等。配套软件还能输入输出不同格式的外部三维文件，用来作为软件自 带的文件格式的补充。三维扫描设备可以生成具有一定数据量的，表面结构均匀 的三角形网格模型，但即使是高精度的三维扫描仪，由于顶点数据量巨大，点的 分布不均匀，测量环境的振动和镜面反射等各种原因得到的三角网格模型难免会 存在着一些缺陷，比如出现孤立三角片，孔洞区域，各种噪声和扰动等，所以在 对三维数字服装进行编辑处理之前需要对其进行适当的预处理操作。 2 1 孤立三角片的去除 由于服装模型复杂的几何拓扑形状或测量手段的限制，所以在三维扫描设备 输出的网格模型中往往会有不符合要求的三角片，本文称之为孤立三角片，这种 孤立三角片是在扫描数据点的时候出现的孤立点，如图2 1 所示的点g ，通过它的 两条边和正常三角形的一条边形成一个三角形片，使整个三角网格模型成为非流 形，需要去除。仔细观察会发现正常情况下三角网格模型中的一条三角边具有两 个或一个邻面，而非正常三角片中的会有三个或更多三角片共同占有一条三角 边，如同图2 1 中的边彤。 图2 1 非正常三角网格 9 d 浙江理工大学硕士学位论文 这类三角片的存在会直接影响到后续边界点的查找及数字服装的编辑，我们 需要预先删除它。 删除此类孤立三角片的具体步骤如下： 1 ，建立可以存放或标记所有顶点，边，三角形的数据数组或指针和用来存取顶 点，边，三角形的邻近关系的相关数据结构。 2 ，读取模型文件，遍历所有顶点，三角形索引号。把顶点，边，三角形的相关 信息放入相应数据或指针指向的空间，并在相关数据结构中存入顶点，边，三 角形的邻近关系信息。 3 ，在存放边和三角形的关系的数据结构中查找边是否具有两个以上的邻面，把 满足情况的边存入一个新的数据结构e e r r o r e d g e 当中。 4 ，数据结构e e r r o r e d g e 中，遍历所有共占这些边的三角形，将其中与正常三角 片无关的边和顶点找到( 比如图中的边居和g c ，还有点g ) 。在存放顶点和边 信息的数组或指针指向的空间中把相关顶点和边信息删除。 5 ，更新数字服装模型的数据，重新组合画出数字服装三角网格模型。 图2 2 为除去孤立三角片前后的效果图。 ( a ) 除去孤立三角片前 ( b ) 相同部位除去孤立三角片后 图2 2 孤立三角片的去除 2 2 孔洞区域的修补 三角网格模型是非常通用的一种数据模型。利用测量设备获得的点云数据， 经过采样、配准、三角化一系列步骤就可以得到一个三角网格模型。但是由于测 量设备的限制或待测模型自身形状的特点，测量设备生成的点云数据经常包含有 各种无法测量到的区域，即存在一些孔洞，如下图2 3 所示。点云数据孔洞区域的 存在将直接导致三角网格模型出现孔洞，这些孔洞不仅影响三维模型的视觉效果， 1 0 浙江理工大学硕士学位论文 更会影响后面基于网格模型的系列操作。孔洞会给后续的服装模型边界提取和 编辑操作造成不便，所以需要事先对服装模型进行孔洞检测修补。 图2 3 带有孔洞的三角网格 国内外许多学者都对孔洞修补问题进行了深入的研究，并取得了一定的成 果。张丽艳等人l 3 4 】提出了一种三角片自然增长的修补算法，该算法通过建立空 间孔洞多边形的特征面，把对空间孔洞多边形的三角划分问题投影到平面上进行 处理，然后根据投影后的孔洞多边形边界的夹角关系不断生成新增的三角片来填 充孔洞。该算法使被填充区域的三角片形状较为优化，避免了狭长及错误三角片 的出现，而且新产生的修补三角片的形状及密度、三角片大小与孔洞周围原有三 角网格相协调；杜佶等人【35 】提出了一种对三角网格曲面中孔洞的修补算法，在对 孔洞多边形进行填补后，使用径向基函数建立孔洞曲面的隐式方程，然后把新增加 的三角片顶点映射到曲面上。由于在修补时不仅考虑了对孔洞多边形的三角划分 问题，还考虑了孔洞周