基于服装3D软件技术的三维人体模型格式的研究

蔡柳萍

（广东职业技术学院，广东 佛山 528000）

1 三维人体模型构建的理论研究

关于人体建模技术的研究始于20世纪70年代末。在目前的研究领域中，常见的算法主要有曲面建模、基于物理特性建模和基于解剖学的分层建模方法。曲面建模又称表面建模，这种建模方法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点。N MThalmann和D Thalmann（1987）最早使用多边形表面生成虚拟人Marilyn Monroe，之后又提出JLD算符（Thalmann et al.1988,Thalmann an－Thalmann 1990）用于对人体表面的变形，将分层B样条技术用于三维人体建模。Douros et al（1999），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，A H Barr（1987）提出了基于物理特性的建模（Physically-Based Modeling）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。为了进一步体现人体生理结构的层次性，Chadwick et al.（1989）提出了“人体分层表示法”的概念，在此基础上，Thalmann et al.（1996）提出一种更加高效的基于解剖学的分层建模算法来实现人体的建模与仿真。通过这种方法建立的人体模型从生理学和物理学角度都能实现更加逼真的效果（4）。

3D服装CAD系统是建立在三维人体模型上的尺寸信息提取、服装设计、虚拟试衣、动画模拟及基于互联网的订做、销售和展示等技术的集成与综合（5）。由于服装设计的特殊性，对人体建模提出了更具体的要求：（1）为了提高系统的运行效率，虚拟人体要在保证表面特征尺寸精确度的前提下尽量简化网格结构。（2）能够实现简单且高效的人体动态建模。

2 三维人体建模在服装3D软件中的实现方法

12方法一：利用软件自带人模，结合人体测量所得数据，构建所需的三维人体模型。在本文研究的服装3D软件里，都自带不同类型的人模，且人模的总体及细部尺寸都可调节，使用者可根据需求选择人模类型，再调节尺寸得到理想廓形的三维虚拟人模。这个方法简单快捷，易于操作，但是如对人模有特殊要求（如人模姿势，特体,甚至非人体的模型如汽车座椅等），该方法则无法实现。

方法二：通过三维人体扫描构建所需人模。三维人体扫描技术已经普遍运用在服装生产中，在MTM领域中该技术发挥着不可替代的作用。近年来，服装3D软件技术也获得了飞速发展，多个服装3D软件产品已经可以实现将三维人体扫描出来的人模直接转化成3D服装CAD软件中的人模，最大程度地满足了用户的需求。但是该方法操作起来较为繁琐，需要特定的的人模格式，且导入的人模出错的概率也较高，即使导入成功，也需要对人模进行相关的设置后才能用于服装虚拟试衣，因此耗费使用者的时间和精力会比较多。

3 不同服装3D软件的人体模型构建格式的对比

本文研究的服装3D软件及版本如下：CLO-3D 5.1，V-Stitch 4.40，3D-Fit V8-R1，OptiTex10。

3.1 不同服装3D软件的人体模型格式对比

不同品牌的虚拟试衣系统自带的虚拟人模格式各不一样，具体格式见下表。

由表1可见不同的软件自带人模的格式都是特有的，自带的人模只能在自身软件上才能使用。过去各大虚拟试衣系统都无法实现将三维人体扫描所得的数字化人模导入本系统生成虚拟人模直接使用，这一缺陷在很大程度上限制了使用的便捷性，使得用户无法得到精确的数字化人模。如表1所示，许多的虚拟试衣系统的产品已经攻克了这一难关，并且支持多种格式的导入导出。

表1 不同品牌的虚拟试衣系统自带的虚拟人模格式

3.2 不同通用格式的3D文件的特点

obj是较为通用的三维模型文件，CIO-3D,3D-Fit，OptiTex都支持这个格式的导入导出。obj格式的三维模型文件可以通过三维扫描仪扫描人体或物件生成，也可通过3D-MAX和MAYA这些主流的三维建模和动画软件构建。虚拟试衣系统能够导入导出obj文件，便捷了使用者获得模型的方法，增加了获得模型的渠道，大大提高了虚拟试衣系统虚拟人模构建模块的实用性。且obj格式可以是人模、物体或者场景，使用者可通过obj格式导人模进行试衣，导入沙发等模型进行家具设计，导入场景丰富，具有表现力。而且obj格式的导入还可选择不同的导入模式，如在CLO-3D里导入obj格式，导入时勾选导入的是人模，则服装会挂在上面，即系统默认该物体为虚拟缝合的模特；如选择背景/小品，布料会穿过，即系统默认该物体为背景，虚拟缝合无法在该物体上穿着，如图2。

图2 场景

然而，虽然obj是较为通用的格式，但是该格式的信息量较少，obj格式的虚拟模型不带骨骼数据，如若在虚拟试衣系统中导入一个obj格式的虚拟人模，由于该格式不带骨骼数据，则在虚拟试衣系统中无法改变人模的姿势，这会限制试衣效果，对于一些能够实现虚拟人模走秀功能的软件，无法用obj格式的人模实现走秀功能。

fbx，collada类型文件、maya的MC、MAC文件都是带骨骼的文件，在虚拟试衣系统中导入该类型文件就可以得到带骨骼的人模，控制人模的动作，而这类文件的数据较大，导入导出时出现错误的机会也较多

3.3 通用格式的3D文件使用时存在的问题

虽然现在许多虚拟试衣系统都已经实现了多种格式的导入导出，但是笔者在使用导入的人模时仍存在一定的问题。原因主要有：1.导入的人模不具备如自带人模般的调节功能。2.导入的人模在试衣过程中，系统无法识别人模的方位，如无法识别导入人模的前面和后面，而前后的自动识别恰好是在虚拟缝合时必须的；又如当衣服需要弯曲后虚拟缝合时（如clo-3d），导入的人模无法实现。再如Modaris V8R1导入外来格式的人模后需要调整，翻转人模的位置，缩放人模尺寸，创建人模身体对应衣服的点才能实现后续的虚拟缝合。因此，导入的人模在大部分情况下，都需要进行一定的加工处理才能使用，部分加工的程序可以在虚拟试衣系统中完成，部分需要借助第三方软件实现。