三维人体建模与显示.doc

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1、基于单目视觉测量的人体建模与显示盛光有1，姜寿山1，欣2(1.工程大学电子信息学院，710048;2.工程大学服装与艺术设计学院，710048)摘要：以一种基于单目视觉测量原理的三维人体扫描装置获得的人体数据为来源，运用三角面片法构建人体表面，并把人体模型保存为一种标准的模型格式文件OBJ文件，获取了三维人体模型。然后在VisualC++的编程环境中采用OpenGL（OpenGraphicsLibrary）作为三维图形接口,编程实现了三维人体模型，获得了可视化的人体模型。关键词：三维人体模型；虚拟试衣；OpenGL；人体显示随着人们对服装的舒适性，合体性和款式的个性化的要求越来越高。传统的二维

2、服装CAD软件暴露出了种种不足之处,如号型难以适应不同形态的人体,不能在衣片设计阶段就看到成衣后的效果,需要反复修改等。根据个人体型进行单量单裁的量身定制方式(MadeToMeasure，简称MTM)应运而生，由于能满足个性特殊需求，这种方式深受人们欢迎。法国力克公司推出了一种服装量身定制系统[1]，按照客户具体要求量身定制,做到量体裁衣,使服装真正做到合体舒适.德国TechMath公司的FitNet软件系统针对该顾客的体型,从人体数据库中直接搜索出相近的体型及配套服装样板,并提供了进一步根据顾客体型和穿着习惯修改样板的功能[2]。还有英国的BairdMenswear西服公司，其销售到国和国际

3、市场的西服中有80％是通过量身定制系统完成的，并且服装系列涵盖了不同款式、颜色和规格的组合[3]。而国的三维服装CAD技术远远落后于西方发达国家，近几年来国的一些院校和公司也都在研究这方面的技术。其中获得可视的三维人体模型的是三维虚拟试衣系统和三维服装CAD系统中的关键技术。本文以一种人体扫描仪所获取的三维人体数据为数据为基础，采用三角面片法构建了人体表面模型，并编程实现了人体模型的真实感显示。1三维人体模型构建1.1数据获取目前，获取用于三维人体模型重建的数据，主要用两种途径。一种是从Poser,Maya和3DSMax等软件系统导出人体模型数据，另外一种是采用非接触测量方法，通常是采用非接触

4、式人体扫描仪获取人体表面的三维数据。本为获取数据的方法属于第二种。本文中人体建模用到的数据来源于一种基于单目视觉的双扫描头人体扫描仪所测得的[4]。由于获得的原始数据点云数量很大，并且排列不太规则，因此对原始点云进行了一定的处理，有效地减少了数据点云的数量和增加了点云数据的规律性。关于数据处理的细节不是本文的所讨论的重点，在此不讨论。处理之后的点云如图1所示。、图1经过处理的人体点云1.2人体模型构建方法的选取人体模型主要分为划分为线框模型、表面模型、实体模型、基于物理的模型等[5]。使用线框模型的方法对人体建模时，它是将人体轮廓用线框图形和关节表示，由于包含的信息有限，因此该建模方法无法实现

5、三维人体模型的真实感显示；表面模型是用组成物体的表面来表示物体。使用这种方法对人体建模时，曲面模型能提供三维人体的表面信息，并进行隐藏线消除和真实感三维人体模型显示；用实体模型的方法对人体建模时，由于它增加了三维人体的实心部分表达，使其信息更加完备，但是计算量大，稳定性差。基于物理的模型在建模过程中引入了人体自身的物理信息，所以基于物理的模型具有更加真实的表达效果，能对人体的动态过程进行有效地描述，但和前面几种相比，在计算上要复杂得多。综合了几种模型的优缺点，本文采用表面模型表达人体。使用三角面片、BEZIER曲面、NURBS曲面等都可以构成物体的表面，其中用得比较多的是NURBS曲面，但考虑

6、到NURBS技术的复杂性，本文采用小三角面片表示人体曲面。这种方法具有表达简单、计算方便等优点。1.3人体模型的构建前面已经介绍本文将采用一系列三角面片来表示人体表面，通过三维数据点集去构建这些三角面片的过程就叫做三角剖分，也称为三角网格化[6]。目前，关于三维散乱点集的三角剖分理论和算法尚不能尽如人意。然而由于本文中的点云已经处理为图1的形式，此时的人体表面是用一层层的轮廓线描述的。因此只要设法将人体相邻两截面用三角面片连接起来，就完成了三角网格化的过程。构造连接相邻两截面轮廓线的三角面片的过程也叫做轮廓连接。连接的方法有许多，目前常用方法主要有最短对角线法，最大体积法，相邻轮廓线同步前进法

7、。由于相邻轮廓线同步前进法，只需要沿着轮廓线进行同步前进，灵活性较好并且计算不复杂，也很少出现狭长三角形等较差表面，因此本文选用这种方法来构建人体模型。这一方法的主要思想是，在用三角面片连接相邻两条轮廓线上的点列时，使得连接操作在两条轮廓线上尽可能同步进行。如图2所示，假设上下轮廓分别为P、Q，Pi、Qj(0≤i