基于服裝3D軟件技術的三維人體模型格式的研究

蔡柳萍

（廣東職業(yè)技術學院，廣東 佛山 528000）

1 三維人體模型構建的理論研究

關于人體建模技術的研究始于20世紀70年代末。在目前的研究領域中，常見的算法主要有曲面建模、基于物理特性建模和基于解剖學的分層建模方法。曲面建模又稱表面建模，這種建模方法的重點是由給出的離散數(shù)據(jù)點構成光滑過渡的曲面，使這些曲面通過或逼近這些離散點。N MThalmann和D Thalmann（1987）最早使用多邊形表面生成虛擬人Marilyn Monroe，之后又提出JLD算符（Thalmann et al.1988,Thalmann an－Thalmann 1990）用于對人體表面的變形，將分層B樣條技術用于三維人體建模。Douros et al（1999），使用B樣條曲面重構三維掃描人體模型，盡管曲面建模技術已經(jīng)能夠完整地描述人體的幾何信息和拓撲關系，但對于人體動態(tài)建模仍有一定的局限性。為使三維人體動畫仿真效果更佳，A H Barr（1987）提出了基于物理特性的建模（Physically-Based Modeling）思想，將人體的物理特性加入到其幾何模型中，通過數(shù)值計算對其進行仿真，人體的行為則在仿真過程中自動確定。為了進一步體現(xiàn)人體生理結構的層次性，Chadwick et al.（1989）提出了“人體分層表示法”的概念，在此基礎上，Thalmann et al.（1996）提出一種更加高效的基于解剖學的分層建模算法來實現(xiàn)人體的建模與仿真。通過這種方法建立的人體模型從生理學和物理學角度都能實現(xiàn)更加逼真的效果（4）。

3D服裝CAD系統(tǒng)是建立在三維人體模型上的尺寸信息提取、服裝設計、虛擬試衣、動畫模擬及基于互聯(lián)網(wǎng)的訂做、銷售和展示等技術的集成與綜合（5）。由于服裝設計的特殊性，對人體建模提出了更具體的要求：（1）為了提高系統(tǒng)的運行效率，虛擬人體要在保證表面特征尺寸精確度的前提下盡量簡化網(wǎng)格結構。（2）能夠?qū)崿F(xiàn)簡單且高效的人體動態(tài)建模。

2 三維人體建模在服裝3D軟件中的實現(xiàn)方法

12方法一：利用軟件自帶人模，結合人體測量所得數(shù)據(jù)，構建所需的三維人體模型。在本文研究的服裝3D軟件里，都自帶不同類型的人模，且人模的總體及細部尺寸都可調(diào)節(jié)，使用者可根據(jù)需求選擇人模類型，再調(diào)節(jié)尺寸得到理想廓形的三維虛擬人模。這個方法簡單快捷，易于操作，但是如對人模有特殊要求（如人模姿勢，特體,甚至非人體的模型如汽車座椅等），該方法則無法實現(xiàn)。

方法二：通過三維人體掃描構建所需人模。三維人體掃描技術已經(jīng)普遍運用在服裝生產(chǎn)中，在MTM領域中該技術發(fā)揮著不可替代的作用。近年來，服裝3D軟件技術也獲得了飛速發(fā)展，多個服裝3D軟件產(chǎn)品已經(jīng)可以實現(xiàn)將三維人體掃描出來的人模直接轉化成3D服裝CAD軟件中的人模，最大程度地滿足了用戶的需求。但是該方法操作起來較為繁瑣，需要特定的的人模格式，且導入的人模出錯的概率也較高，即使導入成功，也需要對人模進行相關的設置后才能用于服裝虛擬試衣，因此耗費使用者的時間和精力會比較多。

3 不同服裝3D軟件的人體模型構建格式的對比

本文研究的服裝3D軟件及版本如下：CLO-3D 5.1，V-Stitch 4.40，3D-Fit V8-R1，OptiTex10。

3.1 不同服裝3D軟件的人體模型格式對比

不同品牌的虛擬試衣系統(tǒng)自帶的虛擬人模格式各不一樣，具體格式見下表。

由表1可見不同的軟件自帶人模的格式都是特有的，自帶的人模只能在自身軟件上才能使用。過去各大虛擬試衣系統(tǒng)都無法實現(xiàn)將三維人體掃描所得的數(shù)字化人模導入本系統(tǒng)生成虛擬人模直接使用，這一缺陷在很大程度上限制了使用的便捷性，使得用戶無法得到精確的數(shù)字化人模。如表1所示，許多的虛擬試衣系統(tǒng)的產(chǎn)品已經(jīng)攻克了這一難關，并且支持多種格式的導入導出。

表1 不同品牌的虛擬試衣系統(tǒng)自帶的虛擬人模格式

3.2 不同通用格式的3D文件的特點

obj是較為通用的三維模型文件，CIO-3D,3D-Fit，OptiTex都支持這個格式的導入導出。obj格式的三維模型文件可以通過三維掃描儀掃描人體或物件生成，也可通過3D-MAX和MAYA這些主流的三維建模和動畫軟件構建。虛擬試衣系統(tǒng)能夠?qū)雽С鰋bj文件，便捷了使用者獲得模型的方法，增加了獲得模型的渠道，大大提高了虛擬試衣系統(tǒng)虛擬人模構建模塊的實用性。且obj格式可以是人模、物體或者場景，使用者可通過obj格式導人模進行試衣，導入沙發(fā)等模型進行家具設計，導入場景豐富，具有表現(xiàn)力。而且obj格式的導入還可選擇不同的導入模式，如在CLO-3D里導入obj格式，導入時勾選導入的是人模，則服裝會掛在上面，即系統(tǒng)默認該物體為虛擬縫合的模特；如選擇背景/小品，布料會穿過，即系統(tǒng)默認該物體為背景，虛擬縫合無法在該物體上穿著，如圖2。

圖2 場景

然而，雖然obj是較為通用的格式，但是該格式的信息量較少，obj格式的虛擬模型不帶骨骼數(shù)據(jù)，如若在虛擬試衣系統(tǒng)中導入一個obj格式的虛擬人模，由于該格式不帶骨骼數(shù)據(jù)，則在虛擬試衣系統(tǒng)中無法改變?nèi)四５淖藙荩@會限制試衣效果，對于一些能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬人模走秀功能的軟件，無法用obj格式的人模實現(xiàn)走秀功能。

fbx，collada類型文件、maya的MC、MAC文件都是帶骨骼的文件，在虛擬試衣系統(tǒng)中導入該類型文件就可以得到帶骨骼的人模，控制人模的動作，而這類文件的數(shù)據(jù)較大，導入導出時出現(xiàn)錯誤的機會也較多

3.3 通用格式的3D文件使用時存在的問題

雖然現(xiàn)在許多虛擬試衣系統(tǒng)都已經(jīng)實現(xiàn)了多種格式的導入導出，但是筆者在使用導入的人模時仍存在一定的問題。原因主要有：1.導入的人模不具備如自帶人模般的調(diào)節(jié)功能。2.導入的人模在試衣過程中，系統(tǒng)無法識別人模的方位，如無法識別導入人模的前面和后面，而前后的自動識別恰好是在虛擬縫合時必須的；又如當衣服需要彎曲后虛擬縫合時（如clo-3d），導入的人模無法實現(xiàn)。再如Modaris V8R1導入外來格式的人模后需要調(diào)整，翻轉人模的位置，縮放人模尺寸，創(chuàng)建人模身體對應衣服的點才能實現(xiàn)后續(xù)的虛擬縫合。因此，導入的人模在大部分情況下，都需要進行一定的加工處理才能使用，部分加工的程序可以在虛擬試衣系統(tǒng)中完成，部分需要借助第三方軟件實現(xiàn)。