基于深度攝像頭的虛擬試衣系統(tǒng)

張藝穎 馮茹夢(mèng) 閆文莉 李千惠 代穩(wěn)

摘要：隨著時(shí)代與科技的發(fā)展，越來越多的科技元素融入到我們的生活中來。在人機(jī)交互方面，虛擬試衣系統(tǒng)為人們提供了便捷可靠的全新試衣模式，免去了在購物時(shí)的不便與煩瑣。本文回顧了到目前為止國內(nèi)外最新的虛擬試衣技術(shù)，并在此基礎(chǔ)上展開自己對(duì)所完成的虛擬試衣系統(tǒng)的技術(shù)點(diǎn)的論述。

關(guān)鍵詞：深度攝像頭;虛擬試衣;人機(jī)交互

中圖分類號(hào)：G642.0 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? 文章編號(hào)：1674-9324（2015）35-0212-02

一、緒論

（一）項(xiàng)目提出的背景及研究意義

就目前而言，人們大多采用的試衣方式是：先在店中選中自己喜歡的衣服而后逐一試穿，試衣者耗費(fèi)了大量體力和時(shí)間。現(xiàn)如今凡事都追求快速高效，若是能在更少的時(shí)間內(nèi)達(dá)成自己的訴求，必會(huì)獲得廣大消費(fèi)者的青睞。

隨著類似于微軟Kinect等可以檢測出深度的攝像頭的出現(xiàn)以及三維建模技術(shù)的成熟，為虛擬試衣系統(tǒng)的誕生提供了可能。該系統(tǒng)界面簡潔友好，使消費(fèi)者不用閱讀說明書就能較快上手，完成自己的試衣。

（二）國內(nèi)外研究及應(yīng)用現(xiàn)狀

虛擬試衣最先是以網(wǎng)頁2D虛擬替身類型出現(xiàn)的，這種類型的特點(diǎn)是成本低、開發(fā)時(shí)間短、技術(shù)手段相對(duì)成熟，僅需對(duì)真實(shí)模特和服裝的照片或者效果圖進(jìn)行簡單處理即可。2D類型的虛擬試衣雖然操作簡單，對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬和終端設(shè)備要求較低，一般僅能提供虛擬替身正面與背面兩組視角的試穿效果，因此對(duì)于服裝上身效果的細(xì)節(jié)并不能很細(xì)致地體現(xiàn)。

而之后發(fā)展出來的3D虛擬試衣在操作方式上與2D類似，都需要在試衣前選擇并設(shè)置用戶替身的身材比例，然后從網(wǎng)頁列表中選取并試穿服裝或者配飾后在預(yù)覽窗口中進(jìn)行瀏覽。所有的服裝模型均為三維模型，因此可提供360度全方位的視圖瀏覽。它的視角比2D虛擬試衣更為靈活，但是就用戶真實(shí)度和體驗(yàn)感來說而言仍是差強(qiáng)人意，原因是在3D虛擬試衣中每件服裝、配飾和虛擬模特都要進(jìn)行三維構(gòu)建。其次，三維服裝屬于柔體模型，易變形，達(dá)不到體驗(yàn)者對(duì)美觀的要求。

基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR（Augmented Reality）技術(shù)的服裝虛擬試衣是目前最新的應(yīng)用類型，其高效、直觀、真實(shí)的優(yōu)勢(shì)十分明顯，也是沉浸感和體驗(yàn)效果最優(yōu)的一種虛擬試衣體驗(yàn)類型。

二、基于深度攝像設(shè)備的人體姿態(tài)的捕捉與識(shí)別

（一）彩色視頻流的獲取

首先進(jìn)行人體信息的提取。Kinect有兩類攝像頭，近紅外攝像頭和普通的視頻攝像頭。視頻攝像頭提供了一般攝像頭類似的彩色影像。這種數(shù)據(jù)流是三種數(shù)據(jù)流中使用和設(shè)置最簡單的。因此我將他作為Kinect數(shù)據(jù)流介紹的例子。

使用Kinect數(shù)據(jù)流也有三步。首先是數(shù)據(jù)流必須可用。一旦數(shù)據(jù)流可用，應(yīng)用程序就可以從數(shù)據(jù)量中讀取數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和展現(xiàn)。一旦有新的數(shù)據(jù)幀可用，這兩個(gè)步驟就會(huì)一直進(jìn)行。我們使用Kinect彩色視頻攝像頭獲取視頻流信息，即看到的人像與背景。使用紅外攝像頭來獲取人體的骨骼信息與深度信息。

為了實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)播放視頻流數(shù)據(jù)，在Kinect_ColorFrameReady方法中，我們首先通過打開或者獲取一個(gè)frame來提取Frame數(shù)據(jù)。ColorImageFrameReadyEventArgs對(duì)象的OpenColorImageFrame屬性返回一個(gè)當(dāng)前的ColorImageFrame對(duì)象。這個(gè)對(duì)象實(shí)現(xiàn)了IDisposable接口。調(diào)用CopyPixelDataTo方法可以填充像素?cái)?shù)據(jù)，然后將數(shù)據(jù)展示到image控件上。這樣在屏幕上就會(huì)出現(xiàn)一個(gè)實(shí)時(shí)錄制現(xiàn)實(shí)場景的視頻。

（二）手勢(shì)識(shí)別

對(duì)于Kinect來說，目前可以使用的有8個(gè)通用的手勢(shì)：揮手（wave）、懸浮按鈕（hover button）、磁吸按鈕（magnet button）、推按鈕（push button）、磁吸幻燈片（magnetic slide）、通用暫停（universal pause）、垂直滾動(dòng)條（vertical scrolling）和滑動(dòng)（swipping）。我們的系統(tǒng)里采用了push button，vertical scrolling和swipping。

打開程序，進(jìn)入界面，在kinect攝像頭前揮手，機(jī)器自動(dòng)識(shí)別出手勢(shì)并映射在界面上。此時(shí)不進(jìn)行任何操作。

1.確認(rèn)選擇的Push Button。下壓按鈕（Push Button）。手掌張開向前，在形式上有點(diǎn)像動(dòng)態(tài)鼠標(biāo)。下壓命令執(zhí)行的結(jié)果就是用戶選擇的衣服將試穿在用戶身上。

2.用于瀏覽的Vertical Scrolling與Swip。左邊衣物選擇欄使用的是垂直滾動(dòng)條（Vertical Scrolling）。當(dāng)抬起或者放下手臂時(shí)會(huì)使得屏幕的內(nèi)容垂直滾動(dòng)，滾動(dòng)的方向和大小由手臂和水平方向的夾角來確定。

使用劃動(dòng)手勢(shì)（Swip）進(jìn)行操作。SwipeTime和SwipeDeviation分別提供了劃動(dòng)手勢(shì)經(jīng)歷的時(shí)間和劃動(dòng)手勢(shì)在y軸上的偏移閾值，在一定閾值范圍內(nèi)對(duì)手部骨骼數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤。檢測出劃動(dòng)手勢(shì)時(shí)滾動(dòng)條將進(jìn)行相應(yīng)的響應(yīng)。（如圖1）

3.用于抓取的握拳手勢(shì)。當(dāng)使用者在瀏覽衣櫥的時(shí)候，需要上拉或者下拽。在使用者將手握拳抬起或者放下手臂時(shí)會(huì)使得屏幕的內(nèi)容垂直滾動(dòng)，是便于使用者確定瀏覽抓取點(diǎn)的設(shè)計(jì)。

三、虛擬衣物模型的建立

（一）衣物模型的選擇與建立

將衣物進(jìn)行分類，分為上裝、下裝和全身裝。基本衣物的建模過程如下：

一些簡單的無袖裙裝、高跟鞋、短褲等，可以先建立一個(gè)類似的長方體，根據(jù)具體需要修改參數(shù)（包括長、寬、高，以及長寬高上的分段數(shù)），然后將整體轉(zhuǎn)化為可編輯多邊形;之后選中不需要的面片刪掉，剩下的即基本形狀。然后用合適的、方便操作的選取方法選中所需要調(diào)整的關(guān)鍵點(diǎn)，進(jìn)行位移上的推拉。除此之外，還可以使用修改器中的球形化、擠出、彎曲、扭曲、噪波等。

修改器調(diào)整好整體形狀以后，需要通過細(xì)化、網(wǎng)格平滑、nurms細(xì)分等來使得對(duì)象更加平滑，適當(dāng)?shù)卦黾拥螖?shù)可以達(dá)到更加滿意的效果，但迭代次數(shù)太高會(huì)導(dǎo)致電腦功率加大造成負(fù)擔(dān);最后可以適當(dāng)?shù)卦谌寡b上采用松弛修改器來增加垂墜感。

（二）解決衣物與試衣者緊密貼合問題

在使用者試衣的過程中，一定會(huì)移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)身體來體驗(yàn)所試的衣服穿上身的效果。所以衣物與身體的貼合度的解決方案是將所建的模型進(jìn)行截圖，并按照旋轉(zhuǎn)角度分幀來進(jìn)行圖片的保存。在與Kinect結(jié)合的時(shí)候預(yù)先對(duì)使用者的身體轉(zhuǎn)向進(jìn)行判斷，然后使用相對(duì)應(yīng)的圖片對(duì)使用者相應(yīng)的身體部位進(jìn)行貼圖處理。（如圖2）

四、基于深度攝像頭的虛擬試衣系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

（一）衣物的分類及它們與控件之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系

首先將衣服分為三類：TOPS，PANTS，TOPS，分別表示裙裝、下裝、上裝。KinectRegion里面不同的KinectTileButton代表不同的衣服，通過按鈕上的LABEL屬性獲取當(dāng)前用戶選擇的衣服類型，三種不同的衣服屬性分別對(duì)應(yīng)三張待替換的圖片IMAGE控件。

（二）衣服與待替換的圖片的關(guān)系

PANTS以hipcenter的坐標(biāo)為參考點(diǎn)，即PANTS圖片的左上角與hipcenter的映射坐標(biāo)對(duì)齊。

TOPS和DRESS以shoulderLeft的坐標(biāo)為參考點(diǎn)，即TOPS和DRESS圖片的左上角與shoulderLeft的映射坐標(biāo)對(duì)齊。

另外，當(dāng)選中某一衣服時(shí)，程序通過獲取屬性類型，調(diào)用后臺(tái)準(zhǔn)備好的相應(yīng)的衣物說明信息，當(dāng)用戶試穿該衣服時(shí)，衣服信息將通過WPF相關(guān)組件的功能顯示在屏幕右方的一塊panel上。至此為止衣物信息獲取結(jié)束。

（三）用戶狀態(tài)信息獲取

當(dāng)前用戶狀態(tài)的判斷方法：Joint類型可以獲取用戶骨骼的坐標(biāo)信息。

根據(jù)左右肩膀骨骼Z值，來判斷此時(shí)人體究竟是左側(cè)更靠近屏幕還是右側(cè)更靠近屏幕，即向右轉(zhuǎn)還是向左轉(zhuǎn)。判斷結(jié)果將影響我們從界面里看到的所試穿衣服的角度。

當(dāng)用戶選擇要試用的衣物時(shí)，衣服就會(huì)以適當(dāng)?shù)慕嵌葴?zhǔn)確舒適地貼合人體，達(dá)到良好的試衣效果（如圖3）。

五、總結(jié)與展望

隨著科技的進(jìn)一步發(fā)展與人們更快節(jié)奏的生活，我們項(xiàng)目小組的同學(xué)都認(rèn)為虛擬試衣這個(gè)課題還有很大的發(fā)展空間。為人們提供更加高效便捷的購物環(huán)境與全新的生活方式。

參考文獻(xiàn)：

[1]余濤.Kinect應(yīng)用開發(fā)實(shí)戰(zhàn)：用最自然的方式與機(jī)器對(duì)話[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社.