三维人体建模 摘要：对当今广为应用的线框模型、体 模型和曲面模型等传统的三维人体建模 方法进行了研究和分析 , 本文通过对三 维人体建模的介绍，它的发展现况以及 它对服装行业的影响，来阐述三维人体 建模。 关键词 : 人体建模 , 发展，影响 学习文档 仅供参考 目录 一：人体〔三维〕建模定义和内涵 1.1. 三维模型〔定义〕 1.2. 三维模型的构成 1.3. 构建三维模型的方法 1.4. 人体三维建模〔定义〕 二：人体建模发展现状 2.1. “3D 人体扫描仪介绍” 2.2. 主要人体三维扫描仪 3D CaMega DCS系列〔人体数字化系统〕 三：对服装产业的影响意义 3.1. 三维服装仿真中的参数化人体建模技术 3.2.3D 试衣系统中个性化人体建模方法 3.3. 服装 CAD中三维人体建模方法综述 四．文献来源 学习文档 仅供参考 一：人体〔三维〕建模定义和内涵 1.1. 三维模型〔定义〕 是物体的多边形表示， 通常用电脑或者其它视频设备进行显示。 显示的物体是可以是现 实世界的实体，也可以是虚构的物体。任何物理自然界存在的东西都可以用三维模型表示。 1.2. 三维模型的构成 学习文档 仅供参考 〔1 〕网格 网格是由物体的众多点云组成的，通过点云形成三维模型网格。点云包括 三维坐标、 激光反射强度和颜色信息，最终绘制成网格。 这些网格通常由三角形、 四边形或 者其它的简单凸多边形组成， 这样可以简化渲染过程。 但是， 网格也可以包括带有空洞的普 通多边形组成的物体。 〔2 〕纹理 纹理既包括通常意义上物体外表的纹理即使物体外表呈现凹凸不平的沟纹 , 同时也包括在物体的光滑外表上的彩色图案， 也称纹理贴图， 当把纹理按照特定的方式映射 到物体外表上的时候能使物体看上去更真实。 纹理映射网格赋予图象数据的技术； 通过对物 体的拍摄所得到的图像加工后，再各个网格上的纹理映射，最终形成三维模型。 1.3. 构建三维模型的方法 目前物体的建模方法， 大体上有三种： 第一种方式利用三维软件建模； 第二种方式通过 仪器设备测量建模；第三种方式利用图像或者视频来建模。 三维软件建模 目前，在市场上可以看到许多优秀建模软件，比较知名的有 3DMAX,SoftImage, Maya,UG 以及 AutoCAD等等。它们的共同特点是利用一些基本的几何元 素，如立方体、球体等，通过一系列几何操作，如平移、旋转、拉伸以及布尔运算等来构建 复杂的几何场景。利用建模构建三维模型主要包括几何建模 (Geometric Modeling) 、行为建 模(KinematicModeling) 、物理建模 (Physical Modeling) 、对象特性建模 (Object Behavior) 以及模型切分 (Model Segmentation) 等。其中，几何建模的创建与描述，是虚拟场景造型的 重点。 仪器设备建模 三维扫描仪 (3 Dimensional Scanner) 又称为三维数字化仪 (3 Dimensional Digitizer) 。它是当前使用的对实际物体三维建模的重要工具之一。它能快速 方便的将真实世界的立体彩色信息转换为电脑能直接处理的数字信号， 为实物数字化提供了 有效的手段。它与传统的平面扫描仪、摄像机、图形采集卡相比有很大不同：首先，其扫描 对象不是平面图案， 而是立体的实物。其次， 通过扫描， 可以获得物体外表每个采样点的三 维空间坐标， 彩色扫描还可以获得每个采样点的色彩。 某些扫描设备甚至可以获得物体内部 的结构数据。而摄像机只能拍摄物体的某一个侧面，且会丧失大量的深度信息。最后， 它输 出的不是二维图像，而是包含物体外表每个采样点的三维空间坐标和色彩的数字模型文件。 这可以直接用于 CAD或三维动画。 彩色扫描仪还可以输出物体外表色彩纹理贴图。 早期用于 三维测量的是坐标测量机 (CMM)。它将一个探针装在三自由度 ( 或更多自由度 ) 的伺服装置上， 驱动探针沿三个方向移动。 当探针接触物体外表时， 测量其在三个方向的移动， 就可知道物 体外表这一点的三维坐标。 控制探针在物体外表移动和触碰， 可以完成整个外表的三维测量。 其优点是测量精度高；其缺点是价格昂贵，物体形状复杂时的控制复杂，速度慢， 无色彩信 息。人们借助雷达原理， 发展了用激光或超声波等媒介代替探针进行深度测量。 测距器向被 测物体外表发出信号， 依据信号的反射时间或相位变化， 可以推算物体外表的空间位置， 称 为“飞点法”或“图像雷达”。 学习文档 仅供参考 根据图像或视频建模 基于图像的建模和绘制 (Image-Based Modeling andRendering,IBMR) 是当前电脑图形学界一个极其活跃的研究领域。 同传统的基于几何的建 模和绘制相比， IBMR技术具有许多独特的优点。基于图像的建模和绘制技术给我们提供了 获得开云体育照片真实感的一种最自然的方式，采用 IBMR技术，建模变得更快、更方便，可以获得 很高的绘制速度和高度的真实感。 IBMR的最新研究进展已经取得了许多丰硕的成果，并有 可能从根本上改变我们对电脑图形学的认识和理念。由于图像本身包含着丰富的场景信息， 自然容易从图像获得照片般逼真的场景模型。 基于图像的建模的主要目的是由二维图像恢复 景物的三维几何结构。 由二维图像恢复景物的三维形体原先属于电脑图形学和电脑视觉方面 的内容。 由于它的广阔应用前景， 如今电脑图形学和电脑视觉方面的研究人员都对这一领域 充满兴趣。 与传统的利用建模软件或者三维扫描仪得到立体模型的方法相比， 基于图像建模 的方法成本低廉，真实感强，自动化程度高，因而具有广泛的应用前景。 4. 人体三维建模〔定义〕 涉及一种基于图像的人体三维建模方法。 它针对现有人体三维模型代表皮肤变形的参数 过多的不足和缺点， 提出了一种新的旋转圆锥曲面建立人肢体三维模型的方法， 在技术方案 中首先使用双目立体视觉系统拍摄人体摆姿势的图像序列， 并从双目图像序列中提取、 匹配 标记点或图像轮廓， 根据标记点和图像轮廓以及体积不变的约束条件， 估计人体三维变形和 运动参数 , 最后使用圆球体和旋转圆锥曲面绘制人体模型。 本项发明在医学图像、 生物医学、 手势识别、视频会议、视频游戏、自动新闻播放、电影制作、材料变形、图像压缩等方面都 有实际应用价值。 二：人体建模发展现状 2.1. “3D 人体扫描仪介绍” 〔一种新型科学仪器， 用来侦测和分析人类个体的形状与外观数据。〕 〔1 〕主要特点 扫描速度快 3 秒极速扫描，三维数据自动匹配融合，一分钟后可看到拍摄成果。 系统精度高 多传感标定精度能够达万分之一， 3D 彩色打印 600 万色、精度 0.1mm。 真实感纹理融合 获取高分辨率彩色纹理， 纹理融合， 获得真实感模型， 与线%以上。 智能化操作 人体三维数字化实现一键操作，多套传感设备实现数据交互 〔2 〕原理 学习文档 仅供参考 人只要站在 3D 人体扫描仪的电动旋转盘上缓缓旋转几分钟后，就可以在电脑上建立出三维 的数据模型，再使用连接好的 3D 打印机便可以打印出来，人工上色后连脸上的痘痘等细节 都能反映出来。 应用领域包含 服装设计、虚拟试衣、个性化量身定做。 2.2. 主要人体三维扫描仪 3D CaMega DCS系 列〔人体数字化系统〕 3D CaMega DCS系列人体全身 ( 半身 ) 扫描系统是国内首套具有自主知识产权的人体三维 数字化测量系统。 3D CaMega DCS系列人体全身 ( 半身 ) 扫描系统充分利用光学三维扫描的快速以及白光对 人体无害的优点人体三维模型，在 3— 5 秒内对人体全身或半身进行多角度多方位的瞬间扫描。人体全身 ( 半身 ) 扫描系统通过电脑对多台光学三维扫描仪进行联动控制快速扫描， 再通过电脑软件实 现自动拼接，获得精确完整的人体点云数据。 人体全身 ( 半身 ) 扫描系统获取的人体点云数据包含了完整人体各个部位的准确的三维 信息〔整体精确到达 0.5mm〕。基于人体点云数据即点云数据模型可生成完整的人体网格模 型即面片模型； 基于人体点云数据， 通过人体参数化数字处理软件可获得不同部位的准确人 体参数尺寸。 人体三维扫描系统也称三维人体测量系统，人体数字化系统，广泛应用于服装，动画， 人机工程以及医学等领域。是发展人体〔人脸〕模式识别，特种服装设计〔如航空航天服， 潜水服〕，人体特殊装备〔人体假肢，个性化武器装备〕，以及开展人机工程研究的理想工 具。 2.2.1 主要特点 1 、安全可靠 采用普通白光光源 〔非激光〕，对人体和人眼没有任何伤害， 可睁眼测量； 2 、瞬间测量 单次测量时间 0.4 — 0.1 秒， 多机测量时间 3.0 — 5.0 秒， 快速扫描能有效 防止人体晃动造成的误差； 3 、自动拼接 多机系统从前后不同方向依次自动快速完成人体三维数据的采集， 自动拼 接完成不同方位的点云数据，形成统一的点云模型； 4 、真实色彩 系统不仅可以获得人体外表精确的空间信息〔 X、Y、Z〕，而且同时获得 每一个像素点对应的色彩信息 (R、 G、B) ，防止了利用贴图的方式而产生的色彩和位置发生 错位的现象； 学习文档 仅供参考 5 、多种格式输出 ASC,OBJ,WRL,STL,TXT,IGS 等，可以和 UG,PRO/E,CATIA,Geomagic,Imageware,MAYA 等软件接口； 2.2.2 应用范围 1 、建立人体尺寸标准库、军队制服型号分析； 2 、服装设计、虚拟试衣、个性化量身定做； 3 、美体塑身行业体型分析评价； 4、三维影视动画线、医学工程、生理解剖； 6、人机工效学、工业设计； 7、专业人群选材 ( 运发动、特种部队、艺术专业 ) ； 2.2.3 应用案例 案例 1——宁波某纺织 该公司看准人们对服装大批量定制的市场， 推出服装量身定制车， 通过我公司的数字化 三维人体测量技术实现了缝前段自动化和缝制段自动化的高科技信息转换及自动排版剪

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