人体与服装

人台是人体的替代品，反映着人体的体型特征，是服装立体裁剪设计、服装的生产加工、后期质量评价及虚拟试衣的载体。数字化人台是在计算机虚拟环境 中对某一特定人的体型特征具有细致描述的人体模型的仿真。数字化人台的构建主要由两种方式：参数化构建及逆向工程方法构建。参数化的构建方法通过赋予不同 的参数数值，能快速实现系列化及个性化数字化人台的模拟。逆向工程方法构建是在三维人体扫描数据的基础上，对人体扫描点云进行去噪、对称、空洞补点等一系 列操作，快速实现基于用户人体的数字化人台的生成。

（1）数字化人台的必要性。在服装网络服务的调查中发现，不论是设计师还是消费者，在设计、制作、购买服装时都需要服装网络服务中的数字化人台服务。当前，设计师在进行在线量身定制时，由于客户对个人信息描述不够清楚，设计时缺少尺寸依据，造成设计出的服装要经过反复修改，、浪费人力、物力、财力。同时，消费者在进行网络购物时，由于缺少试衣环节，常常造成消费者对购买的服装不满意的现象。研究中，通过与服装行业的专家及设计师的访谈，得出这样的结论。不论对设计师还是消费者，提供服装网络服务中的数字化人台服务，在其上进行服装款式虚拟设计及虚拟试衣，可以大大提高服装的合体性，缩短服装制作周期、节约成本、提高客户满意度。

（2）数字化人台的参数提取。数字化人台的参数化建模由人体躯干部建模及四肢部建模构成。通过分析人体不同部位的特征形态，运用分层构建的思想，将人体第 七颈椎点至脚踝处，用55条水平截面分为不同形态的水平截面线，并在线上提取相应的特征点。

（3）数字化人台的参数化建模。利用特征参数对特征点进行三维坐标的参数化表示，采用参数化样条曲线对人体特征点拟合人台特征曲线，生成人体网格曲面，最终建立数字化人台。

（4）借助UG\\Open Grip二次开发工具实现基于网络服务的数字化人台的开发。通过测量170/90A试衣用人台主要尺寸作为数字化人台的缺省值，借助GRIP语言，按照由点到线、由线到面的方式进行数字化人台的参数化实现。同时对数字化人台中应用的逆向处理过程进行编程，实现三维人体扫描数据生成数字化人台的过程。

当前在服装人体建模中主要使用的方法有以下四种：基于特征的服装人体曲面建模；参数化的曲面建模；多面体建模；以网格边界线为连续条件的三维人体建模。

3.1多面体建模

多面体建模是从构造多面体开始，对多面体的任意一个面、棱边、顶点进行局部修改，从而构造一个与实体外形相似的多面体（即基本立体），然后通过类似于磨光的处理，自动产生自由曲面的控制顶点，并拼接成所需的形状。它是一种根据设计者的构思来进行局部处理并生成人体模型的方法。用多面体建模可以灵活地进行人体形状设计。

多面体人体建模的步骤如下： （1）首先它将产生一个由直线和平面所组成的基本立体，作为人体形状的原型。 （2）由基本立体产生曲线模型。（3）曲面的产生：在曲线模型的基础上，用参数曲面进行拟合。

由于CAD系统中曲面是用小三角片逼近的方法绘制的，用OpenGL开发这样的显示曲面非常方便。数据模型可以以图形交换文件（*.DXF）存储。通过DXF可实现不同CAD系统之间的图形信息交换。DXF文件分成多个节（SECTION），每个节均由多个组（GROUP）组成。从Poser系统中获取DXF文件，从文件中读出三角形各个顶点的三维坐标值，将三角形片的各个顶点连接，可得到三维人体网格。

3.2基于特征的服装人体曲面建模

根据人体的整体结构，将人体模型划分为十个基本的结构特征。即头、上中下部躯干、左右手、左右脚、每部分有各自的数据结构和造型方法。造型特征分为主要造型特征和辅助造型特征。该方法的优点在于：它使得人体模型的曲面建模更加灵活，可以针对人体模型不同部位的几何特征，选择最适合的曲面建模方法，而不必拘泥于某一种曲面表达方式此外，还可较方便地改进人体模型建模方法。 根据人体模型尺寸表，可定义一系列的特征曲线，曲线的生成通过相关特征点（根据人体物理特性定义的点）和模型样本点（根据人体模型曲面造型需要定义的点）来得到。

仅靠特征曲线还不足以表达人体模型的所有几何形状，需补充定义几何造型曲线，与特征曲线共同构造出一曲线网络。网络曲线采用三次B样条曲线表达：

()∑ == n ikiiuNpuC0 ,); 特征曲线可在VC++6.0环境下，调用OpenGL函数显示NURBS曲线来实现。

人体曲面模型的构建采用B样条曲面。多个B样条曲面的连接只需满足G0连续即可。其中每个曲面片的方程为： ∑∑=== min jl jkij ivN uNP vus0 0 .,,). ()(),( Pi,j(I=0,1,…,m；j=0,1,…,n)是测量实体得到的(m+1)×(n+1)个空间点列，Ni,k(u)和Nj,l(v)是k次和l次的B样条基函数。

3.3参数化的曲面建模

参数化建模又称为变量建模，它采用几何约束来表达人体模型的形状特征，从而获得一簇在形状上或功能上相似的设计方案。

在建模过程中应结合人机工程学原理，利用人体各部分固有的比例关系，从人体模型工业标准指定的众多特殊尺寸中提取出起决定性作用的参数，如身高、上肢长度、肩峰至头顶高度、后腰高、身高、胸围、腰围、臀围、膝围、踝围和脚掌周长。一但几何特征参数确定下来，系统将根据人机工程学原理，修改相应的主要造型特征，使其满足新的尺寸要求。同时，利用人体模型主、辅造型特征间的关联结构，修改相关的辅助造型特征，获得新的人体模型造型特征，对新的人体模型造型特征进行曲面造型，最终得到用户所需的人体模型。

参数化建模是基于传统的几何建模方法上的一种更为抽象化的建模方法，它以抽象的特征参数表达复杂人体的外部几何特征，依托于常规的几何建模方法，使设计人员能够在更高更抽象的层面进行人体设计。 目前，参数化作为一种新的几何建模发展方向，受到越来越多的重视，在许多大型通用的系统中都体现了参数化建模的思想。

3.4以网格边界线为连续条件的三维人体建模

用表面造型法作为人体造型的主要框架，结合样条曲线和三角面片的拼接实现以网格边界线为连续条件的三维人体重构。通过构造横向和纵向的B样条曲线，形成三维的空间样条体系，由两个轴向的B样条曲线离散化出构造三维人体曲面造型的三角面片的基元的各个顶点。通过这些顶点利用具有法向量的三角面片重构出三维人体，在此基础上进行人体的显示和后续处理。