西南地區(qū)男青年標(biāo)準(zhǔn)人體三維模型的建立

鄧椿山+張龍琳+周莉

摘要：通過對(duì)我國(guó)西南地區(qū)男青年500個(gè)樣本的三維掃描數(shù)據(jù)采集，提取18個(gè)關(guān)鍵部位相關(guān)數(shù)據(jù)，運(yùn)用SPSS進(jìn)行數(shù)據(jù)模塊統(tǒng)計(jì)和分析，得出西南地區(qū)男青年標(biāo)準(zhǔn)人體各部位的加權(quán)平均線圈，導(dǎo)入3DMAX進(jìn)行人體網(wǎng)格完善，從而建立其標(biāo)準(zhǔn)人體三維模型，為推動(dòng)我國(guó)服裝業(yè)人體號(hào)型數(shù)據(jù)采集與分析工作的信息化提供一個(gè)新的思路。

關(guān)鍵詞：男青年；關(guān)鍵部位；人體網(wǎng)格；三維模型

中圖分類號(hào)：TS941.26 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

On Establishing 3D Model of Standard Human Body for Young Men in Southwest China

Abstract： In this article， the body measurements of 500 young men in Southwest China were obtained by 3D body scanning and the data of 18 key parts of human body were collected and analyzed by using SPSS software to obtain the weighted average circumference of each part of the standard human body， then a 3D mesh of human body profile was set up by introducing 3DMAX， thus establishing a 3D model of standard human body. It provides Chinas garment industry with a new way of thinking for introducing IT technology to collecting and analyzing human body size-related data.

Key words： young man； key part； 3D mesh of human body profile； 3D model

非接觸式人體測(cè)量技術(shù)在服裝行業(yè)的應(yīng)用，可以方便快速地獲得真實(shí)人體的三維人體點(diǎn)云數(shù)據(jù)。基于此類技術(shù)平臺(tái)，建立我國(guó)各地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)人體三維模型，推動(dòng)我國(guó)服裝業(yè)人體號(hào)型數(shù)據(jù)采集與分析工作的信息化是當(dāng)務(wù)之急。本課題研究的總體思路，是建立我國(guó)西南地區(qū)三維人體模型樣本庫(kù)、數(shù)據(jù)庫(kù)和分層標(biāo)準(zhǔn)人體三維模型庫(kù)，通過數(shù)據(jù)提取、分析，人體數(shù)字化建模，最終建立標(biāo)準(zhǔn)人體三維模型。

1 測(cè)量樣本及數(shù)據(jù)提取

1.1 測(cè)量樣本

根據(jù)分層二階抽樣法，對(duì)我國(guó)西南地區(qū)（云南、貴州、四川、重慶）男青年進(jìn)行樣本篩選，測(cè)量對(duì)象為500名男青年，年齡在18 ～ 25歲，主要完成的測(cè)量任務(wù)包括以下內(nèi)容。

（1）將掃描得到的三維人體模型進(jìn)行編號(hào)歸類，建立我國(guó)西南地區(qū)男青年三維人體模型庫(kù)。

（2）按照服裝學(xué)人體測(cè)量部位和三維人體測(cè)量要求進(jìn)行數(shù)據(jù)提取，優(yōu)化數(shù)據(jù)提取方案。

（3）對(duì)比三維人體的建模方法，并根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)進(jìn)行我國(guó)西南地區(qū)男青年標(biāo)準(zhǔn)人體三維建模。

1.2 關(guān)鍵部位

提取測(cè)量所得人體三維模型的18個(gè)關(guān)鍵部位的相關(guān)數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。包括頭（圍度、高度）、頸（圍度、高度）、肩（寬度、厚度、斜度、高度）、背（寬度、厚度）、身高、上身長(zhǎng)、下身長(zhǎng)、臂長(zhǎng)以及胸、腰、腹、臀、大腿根、膝、腳、臂、肘、手腕的高度、圍度、厚度和寬度。

1.3 數(shù)據(jù)處理技術(shù)

本課題采用北京博維恒信的3D CaMega光學(xué)掃描儀（人體六機(jī)），可在15 s內(nèi)自動(dòng)完成整個(gè)人體掃描過程，捕捉到人體數(shù)據(jù)點(diǎn)約180萬(wàn)個(gè)，測(cè)量精度 2 mm。

測(cè)量共得到有效男青年三維點(diǎn)云模型文件500個(gè)，通過逆向軟件GS處理導(dǎo)入我國(guó)西南地區(qū)男青年人體模型庫(kù)點(diǎn)云文件、人體提線文件、OBJ文件格式的完整人體模型各500個(gè)。從人體模型上提線得到的數(shù)據(jù)分為18個(gè)模塊進(jìn)行分別處理，共包含數(shù)據(jù)27 000項(xiàng)（圖 1）。

2 關(guān)鍵技術(shù)探討

2.1 數(shù)據(jù)修復(fù)

由于掃描得到的人體原始三維數(shù)據(jù)不完整或還原度低，需要對(duì)模型進(jìn)行數(shù)據(jù)修復(fù)。主要在逆向軟件GS中使用除燥功能消除體外孤點(diǎn)，保證場(chǎng)中可識(shí)別的只有人體模型。點(diǎn)著色后進(jìn)一步檢查模型完整性，從拼接開始全局查看，對(duì)簡(jiǎn)單的漏洞使用基于曲率填空，對(duì)于復(fù)雜的漏洞采用搭橋進(jìn)行還原、面片光順即可。

2.2 數(shù)據(jù)提取

三維人體模型數(shù)據(jù)提取主要基于 2 種技術(shù)：模型自動(dòng)分段和基于人體輪廓線的特征判斷。本課題的研究，綜合以上 2 種技術(shù)的優(yōu)劣，通過自動(dòng)提取特征點(diǎn)方法適用于主體軀干及法平面穩(wěn)定部位的測(cè)量。為保證頸圍、頭圍、膝圍及腕圍的測(cè)量精度，則采用人工設(shè)置不同的切割法平面和截面數(shù)量提取，以保證曲面特征。模型線圈數(shù)據(jù)包括寬高和實(shí)長(zhǎng)，提取的線圈寬高采用GS測(cè)量工具，實(shí)長(zhǎng)采用ProE進(jìn)行測(cè)量（圖 2）。

2.3 標(biāo)準(zhǔn)人體建模

由于人體的各項(xiàng)數(shù)據(jù)并非完全具有線性關(guān)系，被測(cè)者的體型差異也非常大，結(jié)果比對(duì)分析所得的權(quán)值能夠反映當(dāng)代男青年體型現(xiàn)狀。對(duì)每一項(xiàng)人體數(shù)據(jù)的數(shù)值及其平面中心到地面位置高度進(jìn)行加權(quán)，求其加權(quán)平均值得到人體關(guān)鍵部位線圈（圖 3）。

曲面建模的重點(diǎn)是由給出的離散數(shù)據(jù)點(diǎn)構(gòu)成光滑過渡的曲面，使這些曲面通過或逼近這些離散。經(jīng)過前面的步驟，已經(jīng)具備了標(biāo)準(zhǔn)人體的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，通過數(shù)值直接建立人體模型缺少每個(gè)部位的細(xì)節(jié)。以標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中線圈的數(shù)據(jù)，取各部位最近似數(shù)值的線圈進(jìn)行調(diào)整。

在3DMAX中導(dǎo)入所有部位線圈，在身高、上身長(zhǎng)、下身長(zhǎng)及臂長(zhǎng)加權(quán)平均值的約束前提下，按照各部位高度的加權(quán)平均值進(jìn)行擺放。根據(jù)控制網(wǎng)格布線，因控制網(wǎng)格多為人體輪廓的凹凸點(diǎn)處，且每個(gè)線圈的控制點(diǎn)數(shù)為等值，連接所有相近控制網(wǎng)格，補(bǔ)充橫截面線條得到完整人體網(wǎng)格（圖 4）。

3 結(jié)論

解決好建模過程中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)，建立服裝行業(yè)各地區(qū)標(biāo)準(zhǔn)人體三維數(shù)據(jù)庫(kù)，是大數(shù)據(jù)時(shí)代行業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的體現(xiàn)。從數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)性出發(fā)，結(jié)合嚴(yán)密的三維數(shù)據(jù)邏輯，形成系統(tǒng)的人體數(shù)據(jù)與知識(shí)庫(kù)，才能成就真正意義上的技術(shù)與藝術(shù)完美結(jié)合的服裝產(chǎn)業(yè)，健全行業(yè)結(jié)構(gòu)和加速發(fā)展。

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