（服装设计与工程专业论文）基于点云数据女紧身原型省道分布研究.pdf

苏州大学学位论文使用授权声明 r l l l i l l f ll lijllflllljtllijllflij i r j l lfflll y 17 3 2 610 本人完全了解苏州大学关于收集、保存和使用学位论文的规定， 即：学位论文著作权归属苏州大学。本学位论文电子文档的内容和纸 质论文的内容相一致。苏州大学有权向国家图书馆、中国社科院文献 信息情报中心、中国科学技术信息研究所( 含万方数据电子出版社) 、 中国学术期刊( 光盘版) 电子杂志社送交本学位论文的复印件和电子 文档，允许论文被查阅和借阅，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存和汇编学位论文，可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数 据库进行检索。 涉密论文口 。 本学位论文属 在年一月解密后适用本规定。 非涉密论文a 论文作者签名： 导师签名： 日 期：! 蔓呈 基于点云数据女紧身原型省道分布研究 中文摘要 基于点云数据女紧身原型省道分布研究 中文摘要 目前，非接触式测量技术已经在世界相关领域广泛应用，非接触式三维人体测量 仪已在服装业逐渐应用，推动了服装业的现代化。基于人体测量仪点云数据的二次开 发包括虚拟人台的建立、二维三维试衣、三维二维纸样自动生成三个方面。服装c a d 系统中，实现三维向二维服装衣片的转换也就是纸样自动生成是关键的一步。服装纸 样中，服装原型是纸样和人体联系的纽带。原型又分为紧身、半紧身和宽松三种原型。 本实验从“人体直接生成女紧身原型”这个理念出发，通过三维扫描数据测量分 析人体体表各种特征参数，将其转化为服装结构参数，实现女体体型参数到服装样板 省道转变的数字化过程，为三维- - 维样板自动生成提供理论方法和技术参考。 首先通过非接触式三维人体测量仪s y m c a d 测量并输出女体三维散点点云扫描数 据。在优化点云数据的基础上，利用逆向造型软件i m a g e w a r e 建立虚拟人体模型。 充分考虑人体体型特征和省道结构的关系，结合几何模型，从人体尺寸信息的提取出 发，最后通过软件s p s s 统计分析出省道分布规律，研究了三维二维纸样自动生成过 程中，女紧身原型省道分布，实验取得成果如下： ( 1 ) 以服装贴身造型为目的，研究分析了青年女上体体型特征，将与女装省道 结构相关的女上体分为四个部分：胸凸、前下胸围一前腰、后胸一后腰、背凸。分别 研究这四个部分三维体型特征与二维省道的关系。 ( 2 ) 胸凸部分：胸凸部分有明显的凸点，实验研究了胸凸部分紧身原型的胸省 省角的预测模型。大量数据分析统计说明上下半胸围差对二维纸样上省道角度影响最 大，同时胸高和上下胸围差与省道角度相关性显著。通过不同的分档分析比较，最后 得到最优分档模拟数学模型。最优胸省省角预测模型是按照上下半胸围差将女体分成 9 档，并得到各档对应纸样上胸省省角的最优数学模型。 ( 3 ) 前下胸围一前腰部分：这部分没有明显的凸点，呈带状分布，位置模糊，实验 研究了该部分省量分布规则。大量数据分析统计说明下胸围一前腰部无需设省。 ( 4 ) 后胸一后腰部分：这部分也没有明显的凸点，呈带状分布，位置模糊。实验采 身原型的肩省 较分析后得到 程 作者：袁卫娟 指导老师：刘国联 s t u d yo nd a r t so f2 dp a t t e r nb a s e do n3 ds c a n n e db o d yd a t a a b s t r a c t s t u d yo nd a r t s o fp a t t e r n b a s e do n3 ds c a n n e db o d yd a t a a b s t r a c t c u r r e n t l y , n oc o n t a c ts c a n n e dt e c h n o l o g yi sw i d e l yu s e d i ti sa l s ou s e di nc l o t h i n gi n d u s t r y m o r ea n dm o r es t u d i e sf o c u so n3 dg a r m e n td e s i g n i n gd i r e c t l yb a s e do nt h e3 ds c a n n e d b o d ya n dt h e ng e n e r a t i n g2 dp a t t e r n sv i af l a t t e n i n g3 dd a t a a c c o r d i n gt ot h eg a r m e n t d e s i g np r i n c i p l e ，3 df l a t t e n i n gt o2 dp a t t e r nw i l lp r o m o t et h ec o m p u t e r i z a t i o no ft h e g a r m e n td e s i g no fc h i n a t h i se x p e r i m e n t st h e m ei st h a t2 dp a t t e r ni sd i r e c t l yf o r m e df r o m3 dh u m a nb o d y i nt h i s e x p e r i m e n t ，t h e3 ds c a t t e r e dp o i n tc l o u dd a t ao f t h es u b j e c t sc a nb eg o tb yn oc o n t a c t b o d y m e a s u r ee q u i p m e n tn a m e ds y m c a d a f t e ro p t i m i z i n gt h es c a np o i n tc l o u dd a t a ，t h e3 d s c a n n e db o d yi sb u i l tb yr e v e r s ee n g i n e e r i n gs o f t w a r e ，i m a g e w a r e t h i sp a p e rd i v i d e s b u s ta n dw a i s td a r t so f3 ds c a n n e db o d yi n t of o u rp a r t s i nt h e s ef o u rp a r t s ，t h ec o n d i t i o n s a n de x p e r i m e n t a ld a t ao f3 df l a t t e n i n gt o2 dp a t t e r na r es e p a r a t e l ya n a l y z e db yt h e p r i n c i p l eo fs p a t i a lg e o m e t r i c t h e n ，t h ee x p e r i m e n t a ld a t aa r em e a s u r e db yi m a g e w a r e f i n a l l y , t h ed a t ao f t h ef o u rp a r t sa r eg o ts t a t i s t i c a la n a l y s i sb ys p s s a f t e rc o m p a r i s ma n d a n a l y s i s ，t h eb e t t e rm a t h e m a t i c a lm o d e l so fe v e r yp a r ta r eg o t t h em o d e l sa r et h et h e o r y b a s i s3 df l a t t e n i n gt o2 dp a t t e r n t h er e s u l to ft h i se x p e r i m e n ti sa sf o l l o w s ： ( 1 ) t h i se x p e r i m e n ta n a l y s et h ec h a r a c t e ro ft h ey o u n gw o m e n su p p e rb o d yt h ea i mo f c l o t h i n gs o l i dm o d e l i n g t h ey o u n gw o m e n su p p e rb o d yi sd i v i d e di n t of o u rp a r t s ：b u s t ， t h ef r o n tl o w e rb u s t - - f r o n tw a i s t ，t h eb a c kb u s t - b a c kw a i s ta n dt h es h o u l d e rc o n v e x i t y t h e c o n d i t i o n sa n d e x p e r i m e n t a ld a t ao f3 df l a t t e n i n gt o2 dp a t t e r na r es e p a r a t e l ya n a l y z e db y t h ep r i n c i p l eo fs p a t i a lg e o m e t r i c t h es c a n n e dh u m a nb o d i e sa r eb u i l tb yi m a g e w a r e a n dt h eb o d yp a r a m e t e r sa r em e a s u r e d ( 2 ) t h eb u s th a so b v i o u ss a l i e n tp o i n t ，s ot h ee x p e r i m e n th a sar e s e a r c ho nt h eb u s td a r t a n g l eo f2 dp a t t e r n b u s td a t aa r eg o ts t a t i s t i c a la n a l y s i sb ys p s s t h er e s u l ts h o w st h e d i f f e r e n c eo ft h ef o r m e rb u s ta n dl o w e rb u s th a v et h eg r e a t e s ta f f e c to nt h eb u s td a r ta n g l e o f2 dp a a e r n t h es u b j e c t sa r ec l a s s i f i e dt o9g r a d e sb yt h ed i f f e r e n c eo ft h ef o r m e rb u s t - l o w e rb u s t ，a n dt h eb e t t e rm a t h e m a t i c a le q u a t i o no fe v e r yg r a d ei sg o t ( 5 ) t h es h o u l d e rc o n v e x i t yh a so b v i o u ss a l i e mp o i n t ，s ot h ee x p e r i m e mh a sar e s e a r c ho n t h es h o u l d e rd a r ta n g l eo f2 dp a t t e m g r e a td e a l so fb u s td a t aa r eg o ts t a t i s t i c a la n a l y s i sb y s p s s t h es u b j e c t sa r ec l a s s i f i e dt o9g r a d e sb yt h ea n g l eo fs c a p u l a ，a n dt h eb e t t e r m a t h e m a t i c a le q u a t i o n so fe v e r yg r a d ea r eg o t k e yw o r d s ：p a t t e r n ，b o d i l yf o r m ，d a r t ，n oc o n t a c t ，s c a n n e db o d yd a t a ，r e v e r s e e n g m e e n n g i v w r i t t e nb yy u a nw e i j u a n s u p e r v i s e db yl i ug u o l i a n 目录 第一章绪论1 1 1 服装原型研究现状1 1 1 1 国内外服装原型研究应用现状1 1 1 2 服装紧身原型的研究现状2 1 2人体特征研究3 1 2 1 胸部3 1 2 2 肩部3 1 2 2 腰部3 1 3 人体测量技术4 1 3 1 传统测量技术4 1 3 2 人体自动测量技术4 1 4服装纸样自动生成技术5 1 4 1 二维服装纸样自动生成技术5 1 4 2 三维服装纸样自动生成技术6 1 5研究的目的意义7 1 6研究内容8 1 6 1 研究思路8 1 6 2 研究框架与过程8 第二章人体测量与研究方法1 0 2 1 非接触式三维人体测量1 0 2 1 1 实验仪器1 0 2 1 2 实验环境1 1 2 1 3 被测对象1 1 2 1 4 测量注意事项1 1 2 2 根据点云数据建立三维虚拟人模技术1 2 2 2 1 点云精简1 2 2 2 2 建立三维虚拟人模1 3 3 虚拟人模三维向二维展开的方法研究1 5 4 数据测量与处理方法的研究1 6 2 4 1 虚拟人模上数据测量1 6 2 4 2 数据统计分析方法1 8 5 样本量的确定1 8 6 点云测量方法的验证1 9 第三章基于三维点云数据的女紧身原型胸省角确定2 1 3 1 女体胸部特征点线的定义2 l 3 2 实验几何模型的建立2 1 3 3 虚拟人模胸部特征点线的确定以及测量方法2 2 3 3 1 虚拟人模胸部特征点线的确定2 2 3 3 2 本章测量项目：2 4 3 4 数据处理2 5 3 5 预实验2 6 3 5 1a 体预实验2 6 3 5 2b 体预实验2 7 3 5 3 预实验结果分析2 8 3 62 9 2 人胸部整体数据分析3 0 3 7 按胸高与乳下半径比值h r 分档建立数学模型3 2 3 8 按前上下胸围差d f 分档建立数学模型3 3 3 9 本章小结3 5 第四章基于三维点云数据的女紧身原型腰省省量分布研究3 7 4 4 1 前下胸围一前腰部分4 2 4 4 2 后胸一后腰部分4 3 4 5 本章小结5 2 第五章基于三维点云数据的女紧身原型肩省省角研究5 3 5 1 肩部特征点线角的定义5 3 5 2 实验几何模型5 3 5 3 虚拟人模肩部测量方法5 5 5 3 1 虚拟人模上肩部特征点线的确定：5 5 5 3 2 测量项目5 6 5 3 3 虚拟人模肩部数据测量步骤5 6 5 4 肩部数据处理及分析5 7 5 4 1 测量人数5 7 5 4 2 肩部几何公式确定5 7 5 4 3 肩部整体数据分析5 8 5 4 4 按照肩胛角分档分析5 9 5 5 本章小结6 4 第六章结论与展望6 5 6 1 结j 沦6 5 6 2 局限性与未来研究方向6 6 6 2 1 不足6 6 6 2 2 展望6 6 参考文献6 8 攻读硕士学位期间发表的论文7 l 致谢7 2 l 基于点云数据女紧身原型省道分布研究第一章绪论 第一章绪论弟一早珀比 计算机的广泛应用，给各个行业带来了前所未有的发展，计算机化也推动了服装 业的发展。服装c a d 技术的广泛应用、非接触式三维人体测量设备在服装业的应用 都推动了服装业的现代化。 为满足消费者的个性化需求和定制服装的发展，基于非接触式三维人体测量技术 的三维人体模型建立，服装尺寸信息的提取，以及在此基础上设计服装，进行二维 三维虚拟试衣，三维- - 维纸样自动生成，都是服装业不可避免的发展趋势。本实验 根据个体点云数据建立三维虚拟人模，从提取服装尺寸信息出发，研究了三维z 维 纸样自动生成过程中女紧身原型省道分布规则。 1 1服装原型研究现状 1 1 1国内外服装原型研究应用现状 服装原型是以人体测量尺寸为基准的间接构成法，对人体围度部位设计基本空隙 量，实现复杂的人体转换成平面图形而制成的最简单的服装板型。服装原型的测量人 体尺寸通常以净胸围、背长、净腰围、臂长、净臀围等部位为主【。 原型形式多样，各个国家和地区都有不同的原型。国外，欧美、日本等发达国家 都有属于本国国民体型特征和穿着习惯的服装原型。同时，按照原型构成方法的差别， 或者原型的立体形态的差异，形成了各种流派。 欧美原型是根据西方女性体型特征形成的。西方女体有体型高大、立体、丰满、 三围尺寸差别大等特点，属于圆体体型。同时，欧美国家服装具有贴合度大造型风格， 服装展现人体曲线美。所以，欧美原型采用了贴合型结构构成原型，即用肩胸省和腰 省的方法体现服装的立体效果 9 1 - 1 1 1 。 日本原型则根据其日本本土女体矮小、丰满度小、三围尺寸差别小等体型特征， 日本女体属于扁体，所以日本原型采用梯形法结构法，即浮余量采用下放量的形式加 以消除 9 1 - 1 1 】。日本服装原型的流派很多，如日本的文化式原型、登丽美式原型和田中 式原型。日本文化原型对服装界的影响最大、最广泛【l 】。日本的文化式原型从明治、 大正、昭和的战前和昭和的战后以及至今，随着人体体型的变化、流行趋势的变化、 1 1 2 服装紧身原型的研究现状 服装原型分为紧身原型、半紧身原型和宽松原型。紧身原型是对人体最直接二维 平面绘图，可运用于文胸，泳衣等紧身版型服装中，也可以作为基础样板变化纸样。 所以紧身原型是必不可少的。 李明菊马良结合了日本文化式原型和高级定制服装的欧美版型的优点，采用了直 线、圆弧和b e z i e r 曲线等约束方式并结合o p e n g l 函数调用，使一些复杂的算法通过 函数调用实现紧身原型的自动绘制【9 】。 冀艳波将比例法、原型法、紧身原型变化纸样三者立体效果进行比较，探讨紧身 服装原型纸样的制作方法，应用紧身原型纸样变化获得成衣结构制图通过实际验证及 与其它构成方法比较，最后研究表明通过紧身原型变化得到的纸样可以得到较好的造 型效果【8 1 。 国际上对文胸等紧身服装版型的c a d 设计系统开发并不多，目前日本t o r a y 公司和美国c d i 公司取得了一定的研究成果【9 1 。 2 基于点云数据女紧身原型省道分布研究 第一章绪论 1 2人体特征研究 人体特征分析是以服装造型为目的。人体按自身的结构分为头、躯干、上肢、下 肢四个部分。躯干是人体的主要部分，是凹凸不平的曲面，主要包括胸凸、背凸、臀 突及腹突4 个大的突面，此外，还有其它大大小小的曲面。胸凸、背凸、臀突及腹突4 个大的突面，是服装造型研究的主要方向。 1 2 1 胸部 胸部是人体躯干部位最复杂的部位。 从正面看，青年女体胸凸形态是圆盘形、半球形，青年女体的胸凸可以看作圆锥。 从侧面看，随着年纪的增长，胸凸会变形，成为纺锤形、下垂形 1 6 】。 俯视图中，前胸具有二峰性，同时男女胸部形状不相同，峰值差别很大。横向部 位的胸围对服装各部位的影响非常大，如日本文化式女装原型是以胸围来推算其他各 部位结构尺寸，中国比例式大多数也是以胸围为主要部位来推算其他各部位结构规格 【7 】 0 邹平提出在横向部位中腰围对女胸小体女上装各部位影响最大，在胸小体女上装 中腰围的显著性比胸围高出4 8 倍2 5 1 。 1 2 2 肩部 人体肩部分为前肩、后肩两部分。 田伟、周捷提出人体前肩部分为上凸、下凹和平面三种形态并设计了对应的服装 肩部结构1 7 1 。 人体后肩部，背凸是由于肩胛骨的突出形成的凸形曲面，形成了服装结构的后肩 省。背凸可看作l 4 圆锥。 1 2 2 腰部 由于人体体型的因素，男、女体型的前后腰节长是不相同的。男子的后腰节要比 前腰节稍长，而女体测量时前腰节比后腰节稍长。女子体型胸部凸起，背部略平， 使前后腰节的长度差值较小，有时前腰节还会略长于后腰节【1 8 】。同时，人体腰部没有 直观，不足是费时、费力，易引起被测者不适等。 常用的传统测量工具有人体测高仪、软尺、马丁测量仪等。 1 3 2 人体自动测量技术 1 3 2 1 非接触式二维测量技术 对人体进行 方法简单、 非接触式测量技术国外研究较早，始于2 0 世纪8 0 年代初。非接触式人体自动测 量技术包括二维和三维自动测量技术。 非接触式二维人体自动测量技术一般都采用照片测量系统。人体测量技术是使用 2 d 的照相术获得人体的外形数据，它是由大型栅格墙、一系列日光灯管和一架瞬间 照相机组成【凋。这种方法不需要使用非接触式三维人体测量仪，节约了成本。但是这 种类型系统并不反映个体的真实人体，只能采取围度拟合等方法重建人体数据。 h i l t o n 、l e e 、和匡才远等人使用了不同角度的得到人体照片，重建人体模型，进行 二维非接触式照片测量系统。比较成熟的是b o s s - 2 1 系统，该系统是非接触式的身体 测量系统。它已经为加拿大军队应用，为军人提供人体尺寸的测量，并已经用于合体 制服制催3 - 1 4 1 。 4 基于点云数据女紧身原型省道分布研究 第一章绪论 1 3 2 2 非接触式三维测量技术 目前，国际上通常使用的非接触三维人体测量方法有立体摄影测量法、激光测量 法、莫尔条纹测量法、t c 分层轮廓测量法、l o u g h b o r o u g h 人体阴影扫描装置、c y b e r 全身扫描系统、投影条纹相位测量法c c d 或c m o s 成像光电扫描法等。 立体摄影测量法、激光测量法、莫尔条纹测量法、白光相位法、远红外射线法都 是以非接触式光学测量为基础，使用视觉设备捕获物体外形，然后提取扫描数据。 投影条纹相位测量法采用的是非接触式c c d 或c m o s 成像光电扫描法。这种方 法精确精确度更高，是非接触式人体测量技术新的方向【1 3 】1 1 4 】。 国际上常用的非接触式三维人体扫描仪有t e l m a t 的s y m c a d 、t u r b o f l a s h 3 d 、 t c 2 2 3 t 6 、h u m a n s o - - - l u t i o n ( t e c h m a t h ) 、c y b e r w a r e 2 w b 4 、v i t r o n i c 2 v i t u s 等【2 8 i 。 1 4服装纸样自动生成技术 1 4 1 二维服装纸样自动生成技术 二维服装纸样自动生成技术主要有以下3 种数字化实现方法：传统放码技术、参 数化设计和人工智能的应用。 ( 1 ) 基于传统放码方法的个性化样板修改将传统的打板技术计算机化，半自动 化。 ( 2 ) 基于参数化设计的自动打板方法。 很多方法从输入人体特征数据出发，再结合服装使传统的手工测量，继续得到应 用。这两种方法基本能够实现定制服装样板的个性化设计，但是许多设计参数或修改 量需要根据打板师的经验进行确定。 ( 3 ) 基于人工智能的服装样板设计：一些学者应用人工神经网络( a n n ) 和模糊 逻辑( f l ) 于服装人工智能技术纸样设计。 常使用的二维服装纸样自动生成技术是服装p d s ( p a t t e md e s i g ns y s t e m ) 纸样自动 生成专家系统是指把服装结构中常见的样板，按照一定的逻辑结构和数据结构进行修 改。这是一种人机交互式的二维纸样半自动生成系统。此种方法很大程度上依赖操作 人员专业知识以及经验，而且系统开发工作量大，更新比较麻烦 2 0 - 2 1 1 。 服装p d s ( p a t t e md e s i g ns y s t e m ) 二维纸样自动生成专家系统是在分析特征点、特 5 基于点云数据女紧身原型省道分布研究 【2 0 - 2 h 础上建立起与款式库相对应的纸样库，同时结合样板推板机制所形成的系 本的n a c 7 0 0 ，国内的a r i s a 、爱科等都具备不同程度的自动生成样板功能 1 4 2 三维服装纸样自动生成技术 三维服装样板自动生成与三维服装设计紧密相连的，即三维服装到二维衣片的自 动转化。该领域是一个三维虚拟人模研究的热点。三维- 维的展开现有方法主要包 括几何展开法、网格平面法和物理模型法等。 ( i ) 几何展开法 将曲面离散三角片逐一变换到指定的平面上。采用几何展开法一般会产生较大的 累计误差和较多的裂纹。该方法将人体特定的区域抽象成基本几何模型，然后利用几 何造型原理，将其分步骤、近似地展开成平面。大连轻工业学院的杨继新等、浙江理 工大学的李旭等采用该类方法进行了研究 2 2 - 2 3 】。杨继新，李鹤双在边框空间曲线之间 构造可展面，逼近三维服装原型复杂曲面，实现三维二维的转换。 ( 2 ) 网格平面法 该方法将服装曲面划成四边形网格面，将每一个单元用相应的四边形来代替，并 考虑面料的弹性和压缩性能等，由省道线开始逐一向外扩展，直至形成衣片平面网格 映射图，再用样条函数方法拟合出衣片边界。这类方法的优点是简洁、直观，缺点是 定义切割线缺少依据，具有一定的随意性，随着曲面形状复杂性的增加，形状变形加 剧将使展开结果变得不合理。 ( 3 ) 物理模型法 主要是能量模型，也就是力学展开方法。由平面三角化网格建立1 个弹簧质点系 统，系统中的物理量与几何量相对应。樊劲提出的基于弹簧质点变形模型，能较好地 解决计算机辅助服装设计中二维三维映射问题。香港中文大学w a n g 等采用三角片模 型来表达一个曲面，然后建立一个基于能量的模型将三维曲面展开为二维衣片。东华 大学陆永良等利用基于能量模型的曲面展开算法，研究了服装曲面上省道的添加方 法，解决曲面的展开问题【6 】调。 发达国家对三维- - 维服装纸样自动生成技术这项技术进行严谨的研究和开发， 其中美国c d i 公司推出了c o n c e p t 服装设计系统，提供了三维服装到二维衣片的展 6 基于点云数据女紧身原型省道分布研究 第一章绪论 开和二维衣片到三维服装的综合变换功能。日本东洋纺织集团( t o y o b o ) 数字时 装株式会社花十年开发的软件d r e s s i n g s i m 系统建立- j 3 d 电子模特，还可以将立体设 计展开成平面衣片。法国、日本、瑞士等国的专家对人体的三维- - 维展开行了理论 分析。a s a h i 3 d 的三维服装基型法，可使用户通过交互式光标直接在三维服装基型的 基础上进行修改得到新的三维服装纸样1 3 1 - 1 5 1 。 国内，纸样自动生成系统主要着重于理论研究，在三维纸样自动生成系统只取得 阶段性的成果。在国内，中国纺织大学( c t u ) 在8 0 年代率先开始对三维服装c a d 系统 进行研制，在三维人体建模的研究中取得了阶段性成果。华中理工大学的计算机辅助 三维服装设计系统g a r m e n t l o 中设计生成了三维服装人体模型【1 1 1 。 i 5研究的目的意义 随着数字化技术的发展以及人们生活水平的提高，服装业要求企业以大批量生产 的成本生产出满足客户多样化和个性化需求的产品。根据个体体型定制服装( m t m 服装) 是服装行业一个不可避免的趋势。 传统的手工测量将会浪费过多的人力、物力和时间，而且不适应服装现代化的发 展趋势。非接触式三维人体扫描技术应用于服装人体测量领域适应了服装个性化、快 速化以及现代化的发展趋势。非接触式三维人体扫描技术有其显著的优势：可在数秒 内产生人体的几十个线性和非线性测量数据；比传统的身体测量更精确；能产生数字 化的结果，易于集成到服装c a d 系统中；可建立人体数据库，追踪研究客体群组的 整体变化情况，为服装号型的更新、修订及人体体型细分提供理论依据。 本课题组正在研究的便捷式人体测量与服装样板自动生成系统课题，是中国纺织 工业协会指导性项目。其中样板自动生成系统之一是基于非接触式三维人体测量点云 数据，使用反向工程的方法进行测量仪的二次开发，实现量身定制的样板的自动生成， 满足客户多样化和个性化需求。 本论文为该课题的子课题，主要任务是研究女紧身原型不同类型的省道的位置、 省量、省角。研究中将分析人体体表各种特征参数，将其转化为服装结构参数，实现 女体体型参数到服装样板省道转变的数字化过程，为三维- - 维样板自动化生成提供 理论依据。 7 基于点云数据女紧身原型省道分布研究 三维二维展开过程中，女紧身原型省道分布规则。 ，需要通过人体测量将其详细定量的描述，也就是体型分类。同时 人体体表与二维省道分布之间存在着一定的相关关系。本研究首先进行人体体表参数 测量，再从各个角度分析人体特征，研究人体体表与二维省道的相互关系，进而确定 出可以简化描述省道分布的替代参数项目。 以形成女紧身原型的省道为目的，将女体特征分为胸凸、前腰收进、后腰收进、 背凸四个部分。从这四个部分出发，结合几何原理，研究了三维人体参数与二维纸样 上这四部分省道的相互关系，最终取得各部分省道分布的最优数学模型。 1 6 2 研究框架与过程 本文研究框架如图1 _ 1 所示，主要从女体体型特征出发，将女紧身原型的省道分 为胸省、前腰省、后腰省、后肩省四个部分，进行女紧身原型这四个部分省道分布规 则研究。研究过程如下： ( 1 ) 非接触式人体测量：使用非接触式人体测量仪测量人体。 ( 2 ) 虚拟人模的建立： 通过非接触式人体测量仪输出每个实验对象的散点点云数据。然后，使用逆向工 程软件进行点云处理，建立虚拟人模。 ( 3 ) 人体体型参数的测量： 应用虚拟人模，分别建立胸凸、背凸、前下胸围一前腰部、后胸围一后腰部这四 部分人体体型几何模型，使用逆向工程软件，测量这四部分的人体体型参数。 ( 4 ) 预测模型研究： 首先，通过统计分析软件s p s s 对人体体型参数与二维纸样上省道数据进行相关 性分析，然后进行回归分析，最后验证比较得到各部分省量省角最优的参数对应关 最终基于点云数据得到青年女紧身原型省道分布规则。研究内 基于点云数据女紧身原型省道分布研究 第一章绪论 图11 研究框架 9 响。它具有下列优点： ( 1 ) 自动完善的精度校准 ( 2 ) 测量时间短，被测者感觉舒适 ( 3 ) 物理白光1 0 0 安全 ( 4 ) 无接触式测量人体 该仪器的主要技术参数如表2 _ 1 所示： 表2 1s y m e a d 系统测量技术 扫描技术物理白光投影和光栅三维测量 扫描区域1 0 5 8 英寸 系统尺寸 l w h ：4 8 7 * 1 6 0 * 2 3 5 m 数据点密度x 轴( 水平方向) 1 1 m m ( 二维和三维) y 轴( 垂直方向) 1 1 m m ( 二维) 4 4 m m ( 三维) z 轴( 深度方向) 1 0 m m ( 三维) 扫描的平均数据点从2 5 ，0 0 0 到18 0 ，0 0 0 个点 输入电压 2 0 0 v 一2 4 0 v 扫描时间 2 5 s 总共处理时间 3 0 s ( 数据处理时间) 1 0 基于点云数据女紧身原型省道分布研究 第二章人体测量与研究方法 输出数据格式* o b j * d x f * u n v * s t l 等多种格式 冰i v v r m l ( 三维) a s ci i ( 测量) 操作环境暗室，正常环境光 操作系统 w i n 2 0 0 0 ，x p 与服装c a d 的连接 a s s y s t ，l e c t r a s y m c a d 仪器自动扫描人体后，能够自动计算出9 0 个尺寸数据。同时，该仪器能 够输出人体体表的散点点云数据，也就是人体体表的三维坐标点数据。 s y m c a d 仪器的二次开发，可通过仪器输出的散点点云数据建立个性化三维虚拟 人模，虚拟三维试衣系统，三维向二维纸样自动生成系统。目前，随着反向工程、散 乱数据处理研究的深入和人体扫描设备的广泛应用，利用扫描人体点云数据反求人体 模型的方法取得了较好的进展，并且将成为今后发展的重要方向。 2 1 2 实验环境 根据仪器正常工作所需要的外部环境和人体感觉舒适最适宜的温度条件，本实验 实验环境为： t = 2 5 士2 ，r h = 6 5 土5 2 1 3 被测对象 被测对象是1 9 - 2 6 岁青年女大学生。女体体型覆盖范围为华东、华北、华南地区， 测量时间2 0 0 6 - - 2 0 0 9 年。 2 1 4 测量注意事项 为了减少人为误差，使输出数据更加精确，在进行非接触式测量时，需要统一着 装以及站姿。 2 1 4 1 着装注意事项 ( 1 ) 被测对象穿着浅色内衣站在测量区域内；深色会导致输出点云数据缺失。 ( 2 ) 内衣包括淡色薄型贴身胸罩、内裤； 低快速反应的 基于点云数据女紧身原型省道分布研究第二章人体测量i 孑研究方法 包围盒法对表面不复杂、曲率变化不大的物体的散乱点云数据精简很有效。不过， 当物体曲面变化较大时，该曲面的精简就不能很好保持原有表面的特征。 ( 2 ) 三角形网格法 基于三维扫描点云的人体重构技术通常是先将扫描的人体点云重构成三角化人体， 再对人体表面的三角化平面片进行精简，最后根据精简的点集得到最终的重构人体。 ( 3 ) 直接精简法 不进行人体重构，使用b 6 z i e r 曲线法、b 样条曲线法和n u r b 曲线等方法，直接依 据点云中各个点所在曲线上的权值对点云进行精简1 3 1 1 - 3 4 1 。 本实验采用直接精简的方法，3 d - b 样条曲线法，直接依据点云中各个点所在曲 线上的权值对点云进行精简。上下层点之间没有任何关系。 2 2 2 建立三维虚拟人模 建立3 d 虚拟人模也就是个体人模的重构技术，是在虚拟人模上进行数据测量、 虚拟三维服装设计的最关键、最复杂的一环，是后续产品加工制造、快速成形、工程 分析和产品再设计的基础。 2 2 2 1 理论基础 采用线框模型和三角片模拟曲面模型等方法重构模型。 线框模型用于构造曲率变化不大的模型，由于人体表面曲面非常复杂，所以线框 模型重建三维虚拟人体曲面效果不好。三维虚拟人模的重建常使用点云的三角多边形 化重建人模。基于线扫描所得到的准有序点云数据，s h u n - r e n l i a n g 提出了一种在相邻 两列扫描线之间构造三角网格的剖分方法【5 】 三角形法的算法有最短斜线、最大体积、轮廓走向法等。其中轮廓走向法考虑到 了上下扫描层关系和轮廓走向等各种因素，这种方法比较好1 6 。 2 2 2 2 实现工具 一种是编程。通常编程是以c + + 为编程环境，o p e n g l 用于展示人体三维立体效 果。编程技术将耗费大量的时间精力用于系统的建立。 另一种方法是直接使用逆向工程软件。 第二章人体测量与研究方法 基于点云数据女紧身原型省道分布研究 逆向工程也就是反向工程。反求技术包括影像反求、软件反求及实物反求等三方面。 目前研究比较多的反向技术是实物反求技术。它是研究实物c a d 模型的重建和最终产品 的制造。狭义来说，三维反求技术是将实物模型数据化成设计、概念模型，并在此基础 上对产品进行分析、修改及优化等技术。本实验中三维虚拟人体建模是对真实人体的三 维立体效果反求。常用于车身扫描、牙模扫描、工程检测和文物数字化等领域。世界四 大逆向工程软件：i m a g e w a r e 、g e o m a g i cs t u d i o 、c o p y c a d 、r a p i d f o r m t 2 4 1 。 本实验使用比较成熟的逆向工程软件i m a g e w a r e 软件精简点云，建立三维虚拟 人模。i m a g e w a r e 由美国e d s 公司出品，是最著名的逆向工程软件，正被广泛 应用于汽车、航空、航天、消费家电、模具、计算机零部件等设计与制造领域。该软 件拥有广大的用户群，国外有b m w 、b o e i n g 、g m 、c h r y s l e r 、f o r d 、r a y t h e o n 、t o y o t a 等著名国际大公司，国内则有上海大众、上海交大、上海d e l p h i 、成都飞机制造公 司等大企业【1 9 1 。 本实验直接利用功能强大齐全的反向工程软件i m a g e w a r e ，将节约了大量的时 间和精力，否则该论文止步于虚拟人台的建立。，论文后续无法进行大量数据测量统 计分析。 本实验，首先通过非接触式三维人体测量仪s y m c a d 输出散点点云数据。通过 s y m c a d 输出的点云数据分为五个部分，它们分别代表：头躯干、左臂、右臂、左腿 和右腿，显示出来如图2 - 2 ( a ) 所示。然后，使用i m a g e w a r e 精简躯干部点云，最 后将点云数据多边形化，建立虚拟人模( 图2 - 2 ( b ) o 磊 9 。i = 嚣 固稚 w 萤警 搿黧 j一!一m一_一 !o一!一-一_一 !o!e h m 一 !o-!|! ”科_黼 ：，誉警名囊囊 1 4 对于服装造型本身而言，省能使平面结构变成立体。省道由省顶点、省量、省角和 省长四部分组成的( 图2 - 3 ) 。胸省在移动到其它省道过程中，省顶点不变，但随省的位 置的变化，省长和省量会而发生变化，只要省道总角度和不变，可达到相同的服装造 型效果。省道是二维平面向三维转换的枢纽，省道的运用使女性的曲线美得以更好的 展现。紧身原型，可作为基本原型，或者直接用于贴合型服装，所以紧身原型对省道 要求更高。本实验研究的是基于点云数据的女紧身原型的省道分布规则。 省r 垂点 图2 - 3 二维纸样上省道 本实验以贴合型服装造型为目的，分析女体体型特征。女体躯干部分是一个凹凸 不平的曲面，主要有胸凸、背凸、