三维服装CAD中人体模型的建立和实现.pdf

中国纺织大学学报 J 0 U RNAL O F CHI N A TEXTI LE UN I VERSr r Y 第l 5 卷第6 期 09 8 9 年 Vo 1 1 5 No 6 1 9 8 9 1 辞l l 三维服装 CAD 中人体模型 的建立 和实现 昊 尔 超朱 辉励 泰 兴 服 装 幕 机械 工程 蕞 提 要 本文诈 为三雏服装 CAD方法的一十初 步探索 主要 讨论 了人体模 型的建立和实现 的方法 本方 法采用 B e z i e r曲面来模拟 人体的曲面 采用 了 3 3的 B e z l e r曲面堤作 为基奉曲面块 蛭过处理 使这些曲面堤在连接处保 持一阶导敷连续 从而保证 了莹个人体 曲面的光滑 在全面 考虑 了数据 处 理 速度 和 操 作是 活 性的 基础 上 井针 对 曲 面 拟夸 的方 法 谩讣 了一 套 分屡 的多 堆 越 据姑 构 奉文所描述的人体 曲面模型 能完成其局部修改 我们能方使地通过人体曲面模型的截面 曲线 的修 改束选到 人体 曲面的局部修 盘 奉支还提 出了视党极点 的概念 井 由此出发 建 立了一整每 人体 曲面袁示 的消瞻算法 关毽词 计算机辅助设计 曲面 熏 蓑 人体彤态学 建立模型 三雏 B e l i e r曲面 一 人体模型与三维服 装 CAD 的美 系 目前 国内外的服装 C AD 系统基 本 E 是 二 维 系统 即主要用于服装的衣片设计 推 挡 排料 等 但 随着 服装设 计的发展 要求反映服装 的立体 服用效 果 在 维 系统中 实现服 装款 式设计 与修 改 彩色嫂果 图等 然后 再转 向 维 系统 这 样的设 计要求 与过程将 与原 来 模拟 人工设计的二维系统有较大 的不 同 需要建立在三维设计基础要求上的新的 O AD 系 统 人体模型是进 行服装设计和反映服装效果首先要解决的问题 对人体模型曲面要有真实 性 光滑 连续性 以及 一定 的精度 同时 由于人体 形 状各异 因此 人体 曲 面模 型必须 适 应各种人体形状和比例尺寸 且便于进行修改 二 人体曲面的数 学模型 人体 曲面是 自由曲面 不规则曲面 因此 要采用一个连续 的 整体的函散式来描述人 体曲面是十分困难的 通常是用测量得到的离散数据来模拟人体形状 所以 我们就考虑采 本 文 于 1 9 8 8 年 月 l H收 到 一 l 5一 维普资讯 e r曲面来模 拟 人体 曲 向 Bc z i e r监面的关 系式 为 0 c N 二 占 i 1 疗m l 其 中 B 二 1一 口 I 1 1 l一 j 为 曲面 两个 方 向的参 数 为 曲确 阀 个方 向的 阶数 P 为 卒 间的某 控 制 向 量 为便 于控 制 B e e r衄面 保证 体 曲 由的模 拟 具有一 定 的精度 我们 对 人体 馥r f i 崔 拟 采用 了曲面块拼 台的 方法 现设 在 人体 上所采集到 的 4个 相邻 的数据点作 为一基 本 曲面抉 的边界控 制点 I 一 u 尸 尸 尸 考 虑到 所 形成 的 曲面块 既 要较 女 地模 拟 人体 局 部 形状 t璺便 J 理 从 而保 证曲面块 与 曲面块之 间 的光 滑连接 从 整 事 保证 人体 曲面的连 续光 滑 率 系靖 采用 3 3 B e e r 曲 面块 作为基 本的 曲 面块 其 方程为 口 w f 1 一 u 3 1 一 1 3 一 1 1 f 尸 2 P j 尸 jI P J 2 P f P f 圈 1 3 3 Bc z i c r曲面 块 Fi g l 3 Be l i e r c u r v e d s u r f a c e 是 勾了保 证 浚 曲 面块 与其 相 邻 曲 面块 具 价 导数连续 的光滑 的连接 通 过 尊得 到 的 f 中 闻的 4个 控 制 点尸 尸 P 址 理 星 使 3 3 B e z i e r曲 向快 刚 角 的 4十由控 制 点组 成 的 四边 形 为 行 匹 边 形 且 H 口 尸f I l 尸 l l J D1 了 J j f 尸l 2 7 J p 2 3 C了 j l P 3 见 图 1 经这 样处理后 的 曲面块 与其 它这类 曲商 块 连接后 就能保证 蛆面块 连接处 有 导数 的连 续 从 而保 证整个 人体 曲 面的 党滑 三 数据结构 本系 统考虑 了人体数据 的捌量 人体 曲面的数 学模 型 在人体 曲 丽模型 需爱 完成 的设 计 功能 数据 处理 速 度和 灵 活性等 因 素 设计 了 一个分层多 维数 组结构 见 图 2 其 中 为 寻址 数组 尸为 曲面块 控制 点数组 勾插八 点数组 这 种分层 多维 数组 的 毁 埔 构 冉 下面 4个特 点 由 于采用 了寻址 数组 井 使 人体 曲面模 型的控制点 和插入点 分别成 为寻址 数圭 H 的 F 独立的数组 其寻址能力较强 由控制点到插人 氨的计算 卜分方便 由于控 制 点 插人 点是分别 独寺的 敬鲥 对 I 体 曲面模 型实 现局 部修 改 分 方便 一 I l 一 f L E t 1 1 w j 2 w 一 一 一 主 1 J 3 r L X P 维普资讯 由f有 较强 的寻 址能 力和数据处 理能 力 此 能较好地 实 现人 体曲 面模 型的 隐藏线 的 消 除 在数据结 构 中加 人 人体测量精度 造挣 j人体 曲面插人 精度选择 这两 个功能 使 这种分 层多维 数组 能满足不 同精度 要 求的人 体曲 而的模拟 具有 定的 灵活性 从 实 际使 用效果 来看 这 种分 屡 多维敞维 数 结 构是较 为理想 的 圈 2数据 结构 矧 Fi g 2 Dat a g t r l l C t u r 四 人体 曲面模型 的局部修 改 人体 曲面模蠼实现的 一 熏要 玎面 是要求我们对人体 面具有良好的修改功能 即既 要能 方便 她 进行局 部修 政 j 己 要能 在修 改后 伪保持 曲面的连 续性 如我们要对 曲面模型的某一区域实施修改 我们只要修改该区域所对应的曲面头和 为保 证 曲面连接 光滑 而修改 相邻 的有 关 曲 面块 具体 的修改方 式是采 用人体截 面修 改的方 式 即 通过 人体 的横 截 面 与竖截 面来 输人 某 些修 改信 鼠 通过 相 应层 次 来 修 改人 体的某 些部分 见图 3 一 l 7 一 帮 一 露 凳 维普资讯 3人体 局部 修 改 禹 Fi g 3 M od i f y i n g a l o c a l p a r l o f b u m a nb v d 五 人体模型 中的隐藏线消去 较 为理想 的视觉效 果必颁 消 圭 体 向模 型中的不 可见部分 要 完成人 体 曲面模 型 淌 隐 必 须对组成 人体 曲面模型 的 曲面坍 现自 效的分 类 以区分 可见 曲面块 不 町 雌向块 和处 一 部 分司 见部分 不可 见的 界 盐面蛱 图 4 了 这样 的 区分 后 我 们 就 l 1 丁 儇 臂 n 见 曲 面块 消 蠢 u J 见 曲 耐块 而 对 娅 j 苜 I 翻 J 的i J j 界 曲面块 刚再作分 类 直 垒区 打消楚 为 此 宴现 曲新块几 何分类 t键 足 蜷找 H 边辫 曲面块 断谓边 曲 块 一 扣角艘 来看 是指视 觉端点和 魂觉极 点卫 砖州 所 的 曲面块 视 觉极点是 指视 蘸 线 物 体截 面轮 廓 曲线相 切的 点 视傲端 点 是最 外侧 韵械 收点 见 图 5 z 方由是羞 冉齄疆 图 4 消隐过程图 Fi g 4 Pr oc e s s of e l i m i n a t i n g hi de l i ne s 一 视觉 光线 圈 5 消 隐方法 示 意 巨 Fi g 5 Sk e t c h s h owi n g a m o t h o d o l L r e i n a t i n g hI de i nc s 在 图 5中 口 e h 为视觉 极点 6 c d L k为视觉极 点的对 应 电 其q h 为可见 视觉 极 点 为可 见 视觉 极点 P的对应 点 口 h位置 在最外 面 故 卫称视 苑端 判 别边界 曲面块 可 以通 过判别 这些 可见视觉极 和它 的对应点 以及视 觉端点 来进行 我们 可 以通过 一 系列连 续 的 平行f 观 觉圯线 的 萄 与人体 曲面模 型相 交 啦得截 交 面中的 可见视觉 极点 和它 的对应点 视觉端 点等 从 而根据 它们的 关系判别 出截 交线 的 f 见 部分 实现 曲面块 的 几何分 类 再对 可见部分 实现 莲接 就 能最 终 完成 人体 曲面模 的消 隐 根据 上 述思 想 来对 人体 曲面 实现 消 隐 有 两个 问题 首先 人体 曲面模 型 是用 B e z i e r 曲面块拼合而成的 B c z i e r 曲面是一种插值 曲面 它与平面的求交 比较困难 为了解决这 个 同题 我们 就设 想从人 体 曲面模 型上 的某 一已知点 出发 去寻 找人 体 曲面模 型 的其它插 值 点 使这 些点都 集 中于某 一平 行于视 觉 光线的平 面中 故 而都 可视 为 曲面 与 述 平 f i 酌 交 线 t的点 因 为这 些 点都 是 已知 的 就 可避 免 甲 面 B e z i c r曲面的直 接求 交 采取 过 一 l 8一 维普资讯 的步 骤 后 又会 出 现另 一个 问题 若 我们 由 已知点 出发 要找到 平 面与 曲面的 交线形状 井都 集 中于这个 平面 的足够 多的 已知插值 点 是不可能 的 为此 我们 进行 了 一些修正 h m 0 图 6 消 隐 方法 示意 图 Fi g 6 S k e t c h s h o wi n g a no t h e r me t ho d o f J 控制部 斧 l l 平 扳的堡 点 匝亟受 囫 匝 匦 t r 一 I墨 兰 坚 塞 竺 堡 三 J l 兰 塑 喜 堡 j 匡 面 凋 丽 丽 I Y 1 I l Y I 匦 一 觉楹点搜寻是否完成 担觉艇点擅寻是否完成 r Y I 爿 可 见 枧 置 簧 点 I l 别 可 见 视 觉 扭 点 l 晋些 丝 苎 J 可 见 华 觉 概 点 堆 栈 卜 i l 0 l 塑 皇 皇 唑 墨 至 堕 坐兰 可 见 邦廿的连 接 Fi g 8 Fl owc har t oI e l i m in at i ng hi d e l i n e s of h u m an b o dv 圈 7消 隐技果 圈 Fi g 7 Effe c t o fe l i m i n a t i n g h i d e l i a e s o f hu m a n bo d y 对 于 图 6所 示 的 B e z i e r曲面块 如 插值 步 长 为 I 并 且 把 曲 面块 的边 界 线 也 看 成 插 入 线 那 么 曲 面 块 在 两 个 w 方 向上分 别有 n l 条 插 入 线 它 们是 按 序排 列 的 现 过 m 插人 线 t 的 点 去求 它相 邻插 入 线 w 上 的 个插入 点 这条插 人线 可 以是 本 曲面 块 的 也 可以是 其 它 曲面块 的J 使 两 Y坐 标 值 满 足 I Y 一Y I A tom 如 果 这种寻找 沿着一 个方 向进 行 下去 由这 些 点 组成 的不 一平 面 而是 块 平板 设 为乎 扳的厚 度 则 l i m Af 0 现 若 把 这种 平 板 视 作 为 前面 所 述 的 平 面 我们就 可避免直 接 求交而得 到近 似 的一系列截交 线 再按 照 前面所述 的消 隐思想 来对 人体 曲面模 型进 行处 理 就能 达 到消隐 的 目的 在此 我们通过一系列的措施简化了 计算判别的过程 从而使我们可以在 般 的 P C 微型计 算机 上处理 人体 曲面模 型 的 消 隐 根据服装 设计 的需 要 我们实现 了 人 体 I l I j 面绕 Y轴 旋转 井 附之 于消隐处 理 一 1 9 维普资讯 见图 7 图 8是 人体 曲面模 型捎 隐算法框 图 参考文献 i 罗杰斯 J A 垂l当新著 北京工程宙掌台翻译 计 算机彤学的羲掌基础 北京 人民教育出版牡 1 9 8 2 j 一l 私 j 1 4 m 跫 N a g a a h J a S Su z uki K 眈 at An P pr OI c h t o Eva l ua t he Su r f ac e M o de l ef H a m a n Tr un k n r o c e e d l n g t l j n e t n a 血 卫 c啊I E n 糟 o nB n 擎蹦材 0 丑 dc m 她T G伯p h 王 埔 B 西 t 鲫再 2 2 2 t 2 3 0 i 兢无麒 敷据结构 丑京 暗盎工业出版牡 1 9 8 1 g 8 r REALI ZE AN D ES TA BLI SH A HU M AN BoDY M OD EL i N TH REE DI M EN S 1 O AL CAD F0R G ARM ENT WuEr c h a o Zh uHu i f Ta x n R 0 t lmr t mmt o f M a a a h e a l E i g h t e e r Abst r act Th i s p a p e r i s a p r i ma r y r e s e a r c h e s p c c i a l i y f or t h e mc t h o ds o fr e a l i z i ng a nd e s t a b l i s hing a h u ma t t b o 曲 mo d e l i n t h e t h 碡e d i me n s i o n a l CAD f o r g a r me t t L Us i n g p r o c e s s e d 3 3 Be z i e r c u r v e d S Ur l a c e pi e c e s a n d c o ns i d e r i n g