基于物理建模的三維掃描服裝重用技術(shù).pdf

1、本文通過三維掃描儀對著裝人體進(jìn)行掃描以得到服裝的三維幾何模型，該模型精確地反映了真實服裝的三維數(shù)據(jù)，是最接近真實服裝形態(tài)的模型。但此時所獲得的幾何模型不能隨著人體的體型和姿態(tài)變化而同步變形，影響了該類模型的可重用性。掃描服裝這一特定的剛性外殼在應(yīng)用到其他人體模型上時不能產(chǎn)生相應(yīng)的變形，為了使其能夠隨著人體模型的變化而產(chǎn)生相應(yīng)的褶皺等效果，我們將這一剛性外殼轉(zhuǎn)化成柔性體也就是掃描服裝的可重用性。因此，本文從重用掃描服裝幾何模型的角度出發(fā)，

2、將其轉(zhuǎn)換為基于物理建模的柔性對象，以實現(xiàn)在人體模型上的進(jìn)一步著裝。這里的關(guān)鍵問題是處理服裝與人體的碰撞檢測與響應(yīng)，并保證在給定的應(yīng)變約束閥值內(nèi)服裝對象的變形接近真實服裝。所采用的技術(shù)包括幾何模型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)換、應(yīng)變約束、碰撞檢測和響應(yīng)技術(shù)，積分方法的選擇以及仿真效果的細(xì)化等。
　　 在掃描服裝幾何模型的建立過程中，一般從原始的掃描點云到初始的較為光滑的幾何模型需要經(jīng)過降噪、重建、補(bǔ)洞等操作，我們采用Geomagic表面處理軟件完

3、成這三方面的操作，得到一個完整的服裝幾何模型。由于此時得到的是高密度表面網(wǎng)格，在柔性對象的轉(zhuǎn)化過程中開銷巨大，所以需要算法降低網(wǎng)格表面密度，并盡可能保持原有幾何模型的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，而一般的簡化處理算法會導(dǎo)致網(wǎng)格的分布不勻，從而導(dǎo)致轉(zhuǎn)化為基于質(zhì)點一彈簧系統(tǒng)的物理模型時的一些潛在不穩(wěn)定性，為此我們設(shè)計規(guī)則化處理算法改變原始不規(guī)則網(wǎng)格的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，使其盡可能的均勻化。本文將服裝幾何模型轉(zhuǎn)化為可重用性模型的處理流程是:首先對服裝幾何模型的網(wǎng)格進(jìn)行規(guī)則

4、化處理以得到規(guī)則網(wǎng)格。然后根據(jù)質(zhì)點一彈簧系統(tǒng)將規(guī)則網(wǎng)格模型轉(zhuǎn)化為柔性對象。在這個過程中使用瞬時速度控制法約束服裝對象的尺寸穩(wěn)定性。為提高仿真過程中積分方程求解的數(shù)值穩(wěn)定性，在柔性對象的轉(zhuǎn)化過程中采用了隱式積分方法。在服裝轉(zhuǎn)化為柔性對象以后，使用AABB(AxisAlignedBoundingBoxes)包圍盒技術(shù)加速檢測柔性對象與人體之間的碰撞，從而減少了幾何碰撞單元之間交叉檢測的時間復(fù)雜度。并采用了兩種類型的碰撞處理方案:第一類型，檢

5、測真正發(fā)生碰撞的元素，通過求解碰撞時間，施加沖量防止碰撞的發(fā)生，但已經(jīng)發(fā)生的穿透不能僅依靠這一階段的處理完全恢復(fù)。第二類型，檢測到已經(jīng)發(fā)生穿透的元素，通過迭代過程解決已經(jīng)發(fā)生的穿透。最后為了提高仿真的視覺效果，對模擬結(jié)果進(jìn)行了表面細(xì)分，并通過迭代方法解決細(xì)分之后所產(chǎn)生的碰撞。本文的創(chuàng)新點如下:
　　 1、提出將服裝的三維幾何模型轉(zhuǎn)化為柔性對象以增強(qiáng)其可重用性，使用規(guī)則化網(wǎng)格處理技術(shù)將不規(guī)則網(wǎng)格轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定性更高的基于物理建模的柔性

6、對象，并通過實驗驗證證明規(guī)則化處理效果前后的網(wǎng)格在視覺效果上基本一致，細(xì)節(jié)損失可以忽略不計，規(guī)則化網(wǎng)格完全可以替代原有的掃描服裝幾何模型，并采用懸垂實驗驗證了規(guī)則化處理在柔性對象的轉(zhuǎn)化過程中的必要性，規(guī)則網(wǎng)格比不規(guī)則網(wǎng)格更能夠體現(xiàn)原有掃描服裝的穿著風(fēng)格，更能體現(xiàn)可重用性的初衷，分析不規(guī)則網(wǎng)格與規(guī)則網(wǎng)格之間產(chǎn)生這種效果差異的主要原因，通過對多種服裝模型分別作出曲率分布曲線和曲率分布圖來驗證原因分析的正確性。
　　 2、在碰撞檢測與

7、響應(yīng)的處理方法上，使用AABB加速柔性對象與人體之間的碰撞檢測，檢測到鄰近元素及實際發(fā)生穿透的元素。提出兩種類型方法進(jìn)行碰撞處理，第一類型的碰撞處理通過施加沖量有效防止鄰近元素的碰撞;第二類型的碰撞處理將已經(jīng)發(fā)生穿透的元素予以補(bǔ)償校正，通過兩種類型的碰撞處理有效去除服裝與人體之間的穿透。
　　 3、采用質(zhì)點-彈簧系統(tǒng)分別對織物和服裝進(jìn)行懸垂模擬，比較了幾種常見積分方法的穩(wěn)定性、網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、應(yīng)變約束控制方法等技術(shù)進(jìn)行了優(yōu)化組合，

8、綜合外觀視覺效果、模擬穩(wěn)定性和模擬速度得出在無碰撞條件下最適于織物模擬的組合為規(guī)則網(wǎng)格拓?fù)浣Y(jié)果下使用瞬時速度控制法控制應(yīng)變約束，利用VelocityVerlet積分方法對數(shù)值方程進(jìn)行求解。
　　 4、為提高仿真效果的逼真度，我們對于模擬后的結(jié)果進(jìn)行細(xì)分和平滑等處理，由于細(xì)分造成網(wǎng)格頂點的移動使無穿透狀態(tài)被破壞，細(xì)分網(wǎng)格與物體之間產(chǎn)生了新的碰撞，我們使用AABB包圍盒與連續(xù)碰撞方法結(jié)合來檢測這些碰撞，并對這些碰撞進(jìn)行響應(yīng)，使其移動