基于Geomagic的三维人体建模技术.pdf
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1、第2 9 卷第5 期 2 0 0 8 年5 月 纺织学报 J o u r n a lo fT e x t i l eR e s e a r c h V 0 1 2 9N o 5 M a y2 0 0 8 文章编号:0 2 5 3 9 7 2 l 【2 0 0 8 1 0 5 0 1 3 0 0 5 基于G e o m a g i c 的三维人体建模技术 李燕,黄凯 ( 武汉科技学院机电工程学院,湖北武汉4 3 0 0 7 3 ) 摘要根据现代计算机辅助服装设计过程中对三维人体模型的要求,针对人体的结构特点,探索一种在非接触 测量技术基础上快速构建个性化三维人体N U R B S 曲面模型的实用
2、方法,即通过激光三维人体扫描设备获得的点云 数据平台,利用逆向工程软件G e o m a g i eS t u d i o 实现快速建模。较为详细地阐述了在人体曲面重构过程中人体点云 数据的优化处理方法,介绍人体多边形和人体曲面片的实用编辑处理技术。此方法所构建的三维人体模型逼真、 精美,能满足服装业对人体模型精度和利用效价的要求。 关键词 人体点云数据;G e o m a g i c ;N U R B S 曲面;人体模型 中图分类号:T P3 9 1 ;T S9 4 1 1 7文献标识码:A T e c h n i q u eo f3 一Dh u m a nb o d ym o l d i
3、n gb a s e do nG e o m a g i c L IY a h 。H U A N GK a i ( C o l l e g eo fM a c h i n ea n dE l e c t r o n i c ,W u h a nU n 西e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y ,W u h a n ,H u b e i 4 3 0 0 7 3 ,C h i n a ) A b s t r a c t A c c o r d i n gt ot h er e q u e s to ft h em o d e mc o
4、 m p u t e ra i d e dg a r m e n td e s i g nf o r3 Dh u m a nb o d ym o d e l t h i sa r t i c l ee x p l o r e dap r a c t i c a lt e c h n i q u et h a tc a nc r e a t ep e r s o n a l i t y3 - Dh u m a nb o d yN U R B Sc u r v em o d e l r a p i d l yb a s e do nn o n - c o n t a c t i n gm e a
5、s u r i n gm e t h o d ,i e ,u s i n gt h ep l a t f o r mo fd a t ac l o u dg a i n e db yl a s e r3 一D h u m a nb o d ys c a n n e r ,t h er e v e r s i n ge n g i n e e r i n gs o f t w a r eG e o m a g i cS t u d i oW a su t i l i z e df o rm o d e l i n g T h ep a p e r e x p a t i a t e dh o w
6、t oo p t i m i z eh u m a nb o d yd a t ac l o u dd u r i n gt h ep r o c e s so fr e c o n s t r u c t i n gt h eh u m a nb o d yc u r v e a n di n t r o d u c e ds o m ea p p l i e de d i t i n gt e c h n i q u e sf o rt r e a t i n gt h ep o l y g o no fh u m a nb o d yo rb o d yc u r v es l i c
7、e T h e3 - Dh u m a nb o d ym o d e lc r e a t e db yt h i sw a yi sc h a r a c t e r i z e db yr e a l i t ya n de x q u i s i t e n e s s ,w h i c hs a t i s f yt h e r e q u e s to ft h eg a r m e n ti n d u s t r yi nm o d e lp r e c i s i o na n du t i l i t yv a l u e K e yw o r d s h u m a nb
8、 o d yd a t ac l o u d ;G e o m a g i c ;N U R B Ss u r f a c e ;h u m a nm o d e l i n g 三维人体数字模型是三维服装设计的基础。从 2 0 世纪7 0 年代末开始,经过学者几十年的努力探 索,三维人体建模技术己从最初的线框建模、实体建 模、曲面建模,发展到基于物理的建模特性建模和基 于解剖学的分层建模,所得到的数字模型在不同领 域得到了广泛应用。 早期三维人体模型构建方法的主要特点表现 为:线框模型运算速度快,但模型真实感较差,容易 产生二义性;实体模型在建模效率和真实感方面都 较好,但对人体曲面形态拟合
9、不够理想,体素之间的 拓扑关系复杂;曲面建模的重点是由给出的离散数 据点构成光滑过渡的曲面,使这些曲面通过或逼近 这些离散。NMT h a l m a n n 和DT h a l m a n n 最早使用多 边形表面生成虚拟人,M a r i l y nM o n r o e 之后又提出将 J L D 算符用于对人体表面的变形,F o r s e y 将分层B 样 条技术用于三维人体建模。D o u r o s 等人使用B 样 条曲面重构三维扫描人体模型。尽管曲面建模技术 已经能够完整地描述人体的几何信息和拓扑关系, 但对于人体动态建模仍有一定的局限性。 为使三维人体动画仿真效果更佳,AHB
10、a r r 提 出了基于物理特性的建模( p h y s i c a l l y - b a s e dm o d e l i n g ) 思想,将人体的物理特性加入到其几何模型中,通过 数值计算对其进行仿真,人体的行为则在仿真过程 中自动确定。医学研究领域需要的人体模型还要求 收稿日期_ :2 0 0 7 0 5 0 7修回日期:2 0 0 7 1 1 1 2 基金项目:湖北省数字化纺织装备重点实验室资助项目( 1 Y I l 2 0 0 6 0 7 ) ;湖北省教育厅科研重点资助项目( D 2 0 0 7 1 7 0 0 2 ) 作者简介:李燕( 1 9 6 2 一) ,女,教授,项士。研
11、究方向为计算机三雏建模与逆向工程技术。F _ , - m a i l :h y a n w u h a n 1 2 6 c o m 。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 第5 期 李燕等:基于C 七o m a s i c 的三维人体建模技术 1 3 1 能够体现人体生理结构的层次性,C h a d w i c k 等人和 T h a l m a n n 等人提出并发展了基于解剖学的分层建模 算法,由此催生了“数字虚拟人”,把数字化人体模型 推到一个新
12、的高度旧1 。 随着人们生活水平的提高,对服饰的要求呈现 多样化和个性化趋势,需要建立大量能反映人体真 实特征的个性化三维人体模型,以满足个性化服装 设计和虚拟试衣要求,但是,上述几种人体建模方法 理论性强,过程复杂,对从事服装设计开发的技术人 员来讲,需要长时间的学习和实践才能掌握,建模周 期也较长。服装工业专用的三维数值人体模型要求 方便快速,真实感强,便于修改,因此对快速建立服 装业所需的三维人体模型方法的探索是必须的。 非接触式人体测量技术的发展,使得方便快速 地获得真实人体的三维人体点云数据成为现 实b 5 。】,同时,商业化的逆向工程设计软件( 如 I m a g e w a r
13、e 、G e o m a g i c 、C o p yC A D 以及R a p i dF o r m ) 正迅 速推广,其中由美国R a i n d r o p 公司出品的逆向工程 软件C , e o m a g i cS t u d i o 可轻易地从扫描所得的点云数 据创建出完美的多边形模型和网格,并可自动转换 为N U R B S 曲面,建模效率高,非常适合用于构造复 杂的人体曲面。 本文尝试利用G e o m a g i c 软件在三维扫描数据 的基础上构造人体曲面模型,探索一种利用 G e o m a g i c 软件获得逼真的三维人体模型实用方法, 用以满足服装业对人体模型精度、
14、速度和效价的 要求。 1 三维人体点云模型的获取 在人体三维模型重构的过程中,数据采集是非 常关键的环节。点云数据质量好,分布均匀,则一次 成像较为完整,可省去不必要的后续修补工作,保证 三维重构的精确度和工作效率。目前,非接触式三 维人体测量方法主要有摄像法、扫描法和光栅法;国 际上常用的人体扫描仪有T e l m a t 的S Y M C A D 、T u r b o F l a s h 3 D 、T C 2 - 3 T 6 、T e c h M a t h R A M S I S 、C y b e r w a r e W B 4 、V i t r o n i c V i t u s 等,
15、这些三维非接触式扫描系统 具有扫描时间短,精确度高,测量部位多等多种优于 传统测量技术和工具的特点H 】。 项目采用的是T e l m a t 的S Y M C A D 非接触式三 维人体扫描仪,可在2 0s 内自动完成整个人体扫描 过程,捕捉到人体5 0 00 0 0 个数据点,测量精度达到 0 2c m 。所测数据可以文件格式输出,但所输出 的I V 文件不能被C e o m a g i c 软件直接读取,可利用文 本编辑软件打开文件,把文件头和文件尾修改为 W R L 文件格式: # V R M LV 1 0a s c i i S e p a r a t o r C o o r d i
16、n a t e 3 p o i n t P o i n t S e t s t a r t l n d e x0 n u m P o i n t s l 并保存为W R L 格式的文件就可以被G e o m a g i c 软件 读出。图l 示出了人体点云数据,可清晰地看出,所 测数据完整、清晰,有利于后续数据的转换处理。 图1 人体点云数据 F i g 1 H u m a nb o d yd a t ac l o u d 2 三维人体曲面的重构 2 1 人体三维曲面重构的3 个阶段 运用G e o m a g i c 软件实现人体三维曲面重构可 分为3 个阶段H o 。 1 ) 点阶段( p
17、 o i n tp h 弱e ) 将读入的三维人体 点云数据运用G e o m a g i c 的降噪特性以及编辑和过 滤工具,实现人体数字模型的优化。 2 ) 多边形阶段( p o l y g o np h a s e ) 运用 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 1 3 2 纺织学报 第2 9 卷 G e o m a g i c 的多边形编辑( p o l y g o ne d i t i n g ) 、基于曲率 的孔填充( c u r v a t
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