專利名稱：一種基于混合插值參數(shù)化的人體模型設(shè)計方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及計算機輔助幾何設(shè)計(CAGD)領(lǐng)域，尤其涉及一種人體模型設(shè)計 方法。
技術(shù)背景參數(shù)化設(shè)計是計算機輔助設(shè)計(CAD)技術(shù)在實際應(yīng)用中提出的課題，它可使 CAD系統(tǒng)具有交互式或者自動繪圖功能，使得模型設(shè)計變得相當(dāng)靈活。在CAD領(lǐng) 域內(nèi)，參數(shù)化設(shè)計的適用范圍相當(dāng)廣泛，大至復(fù)雜模具小至簡單幾何形狀的設(shè)計， 均可體現(xiàn)其思想。利用參數(shù)化設(shè)計手段對模型產(chǎn)品進行設(shè)計，可提高設(shè)計速度、減少信息儲存量，并且能夠大幅度提高模型設(shè)計的靈活性和多樣性。鑒于上述原因， 利用參數(shù)化設(shè)計人體模型引起了人們極大的興趣。迄今為止，人們進行了許多關(guān)于參數(shù)化設(shè)計人體模型的研究。樣條(Spline)曲 線、曲面技術(shù)與細分方法等促使計算機輔助幾何設(shè)計(CAGD)逐步走向成熟。實 際應(yīng)用中，樣條技術(shù)可以解決大部分的造型問題，其不能解決的一些問題，例如非 張量積形式、光滑拼接和曲面拼接的縫隙問題等，可由細分方法解決。通過區(qū)分曲 線、曲面是否過控制頂點的不同，樣條與細分方法可分為插值型和逼近型兩種。前 者能夠被直接精確測量，而后者不能。在樣條中，自然樣條、Hermite、 Cardinal曲 線屬于插值型，Bezi6r、 B樣條曲線、曲面屬于逼近型。在細分方法中，Loop、 Catmull-Clark、 Doo-Sabin屬于逼近型，Bufferfly、 Kobbelt四邊形屬于插值型。以 上的樣條與細分方法均可設(shè)計為參數(shù)化形式。在參數(shù)化人體表面模型的研究中，模具參數(shù)化設(shè)計是其中的基礎(chǔ)環(huán)節(jié)。而現(xiàn)有 技術(shù)中的模具參數(shù)化設(shè)計方法一般為帶幾何約束的線性縮放方法。這些方法在規(guī)則的以及能用數(shù)學(xué)公式生成的模具上快捷有效，但并未解決模型參數(shù)化后的光滑問題。而在服裝行業(yè)需求驅(qū)動下，通過輸入特征尺寸得到對應(yīng)尺寸的光滑人體表面模型已成為目前急需解決的問題。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種基于混合插值參數(shù)化的人體 模型設(shè)計方法，使得人體模型作全局參數(shù)化后保持Cl連續(xù)性，并使得模型可作細 微的局部調(diào)整，從而解決了模型參數(shù)化后的光滑問題，并使得參數(shù)化后的人體模型能夠直接應(yīng)用于虛擬服裝模擬。本發(fā)明的目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)-本發(fā)明提供的一種基于混合插值參數(shù)化的人體模型設(shè)計方法，包括以下步驟(1) 測量人體的特征尺寸，分圍度與長度兩類圍度位于水平方向，其測量通過計算某一高度水平輪廓外凸包周長求得；長度 位于垂直方向，其測量通過計算點到點的距離求得；(2) 提取人體模型特征層特征層為包含特征點的水平層，由特征點所在高度的水平截面與模型求交所得;(3) 根據(jù)人體模版本身的特征尺寸以及對應(yīng)輸入的人體參數(shù)尺寸，計算出各相 應(yīng)特征層的縮放因子S;(4) 以特征層上的點作為控制點，非特征層上的點作為插值點，計算模型非特 征層的縮放因子s;(5) 根據(jù)非特征層的縮放因子，計算插值點新的坐標(biāo)值，從而實現(xiàn)人體模型的 設(shè)計。本發(fā)明在基于特征的參數(shù)化設(shè)計中使用插值型曲線，主要是對三維模型作整體 變形，即將模型模版作正規(guī)化變換后分解為垂直方向(縱向?qū)?yīng)Y軸)與水平方向 (橫向?qū)?yīng)XOZ平面)?？紤]對整體光滑性的影響，垂直方向通過定義高度的線性 插值函數(shù)，橫向通過定義圍度的非線性插值函數(shù)來實現(xiàn)對模型參數(shù)化設(shè)計。本發(fā)明可采取如下進一步措施-所述步驟(l)中圍度包括頸圍、胸圍、下胸圍、腰圍、臀圍；長度包括身高、頸 高、胸高、下胸高、腰高、臀高、跨高、肩寬、臂長；所述步驟(3)中各相應(yīng)特征層的縮放因子S:3^ ，其中Z)7，,ate為模版本身尺寸，",，,為對應(yīng)輸入的人體參數(shù)尺寸；所述步驟(4)中非特征層的縮放因子"在水平方向表現(xiàn)為水平方向的變化率" 釆用Cardinal樣條函數(shù)定義為s = Cfln/OSp&，&，^，/7，H，0 ，其中"為Cardinal樣條參數(shù)(0《"1)， f為張力因子，^，…A為樣條函數(shù)的四個控制頂點，即特征層縮放因 子，p為插值點垂直高度與模型高度的百分比；所述步驟(5)中結(jié)合垂直方向插值點的高度A以及水平方向的變化率^得出變化后新的坐標(biāo)值，其中垂直方向插值點的高度A二S(好H^-開^) +好^，其中的S為 特征層的縮放因子，及^、 F^為插值區(qū)域的邊界高度。本發(fā)明主要是通過計算特征層的縮放因子，再計算非特征層的縮放因子，從而 求得垂直方向插值點的高度A以及水平方向的變化率^ ，最后求得變化后的坐標(biāo)。 本發(fā)明所述人體模版可以采用由POSER6導(dǎo)出的三角面與四邊面混合模型。 本發(fā)明具有以下有益效果本發(fā)明方法數(shù)學(xué)原理簡要明晰，參數(shù)易于控制，結(jié) 合垂直方向及橫向而采用混合插值參數(shù)化設(shè)計，利用樣條拼接原理使得模型作全局 參數(shù)化后保持Cl連續(xù)性，而且具備整體縮放與局部細微調(diào)整效果，從而解決了模 型參數(shù)化后的光滑問題。由于直接對特征層進行參數(shù)化操作，使得參數(shù)化后的人體 模型能夠直接應(yīng)用于虛擬服裝模擬。


下面將結(jié)合實施例和附圖對本發(fā)明作進一步的詳細描述 圖1是本發(fā)明實施例的工作流程框圖； 圖2是本發(fā)明實施例普通三次樣條的示意圖； 圖3是本發(fā)明實施例Cardinal樣條與正切向量的示意圖； 圖4是本發(fā)明實施例Cardinal樣條的張力因子f示意圖； 圖5是本發(fā)明實施例根據(jù)輸入的人體參數(shù)尺寸所生成的人體模型示意圖。
具體實施方式
圖1 圖5所示為本發(fā)明的實施例。本實施例基于混合插值參數(shù)化的人體模型 設(shè)計方法，如圖1所示，包括以下步驟(1) 測量人體的特征尺寸，分圍度與長度兩類圍度位于水平方向，包括頸圍、胸圍、下胸圍、腰圍、臀圍，其測量通過計算 某一高度水平輪廓外凸包周長求得；長度位于垂直方向，包括身高、頸高、胸高、 下胸高、腰高、臀高、跨高、肩寬、臂長，其測量通過計算點到點距離求得；(2) 提取人體模型特征層特征層為包含特征點的水平層，由特征點所在高度的水平截面與模型求交所得；(3) 根據(jù)人體模版本身的特征尺寸以及對應(yīng)輸入的人體參數(shù)尺寸，計算出各相應(yīng)特征層的縮放因子S-》L，其中Z^，^為模版本身尺寸，","，為對應(yīng)輸入的"TV—ate人體參數(shù)尺寸；(4)以特征層上的點作為控制點，非特征層上的點作為插值點，計算模型非特 征層的縮放因子s，其在水平方向表現(xiàn)為水平方向的變化率采用Cardinal樣條函數(shù)定義為<formula>formula see original document page 7</formula>，其中《為Cardinal樣條參數(shù)(0《"《1)，'為張力因子(見圖4)， 為樣條函數(shù)的四個控制頂點， 即特征層縮放因子，p為插值點垂直高度與模型高度的百分比。在樣條函數(shù)中間兩 個控制點A、 ^之間的插值點用上述函數(shù)求得，例如當(dāng)s是腰部和臀部間的縮放因 子時，則<formula>formula see original document page 7</formula>當(dāng)s是頭部和頸部間的縮放因子時，則<formula>formula see original document page 7</formula>以下定義Cardinal函數(shù)的具體計算方式。如圖2所示，普通三次樣條函數(shù)定義為:<formula>formula see original document page 7</formula>指定Cardinal樣條的邊界條件(見圖3): <formula>formula see original document page 7</formula>則P(w)的向量及導(dǎo)數(shù)形式為<formula>formula see original document page 7</formula>3)令<formula>formula see original document page 7</formula>，由2)、 3)式得:<formula>formula see original document page 8</formula>求得系數(shù)<formula>formula see original document page 8</formula>因此，將求得的系數(shù)代入3)式，Cardinal樣條函數(shù)可表示為以下形式:<formula>formula see original document page 8</formula>
其中M.為Cardinal矩陣<formula>formula see original document page 8</formula>
通過4)式求出的戶(")即為非特征層水平方向的變化率s ; (5)垂直方向插值點的高度定義為其中S為特征層的縮放因子，E*A、開^為插值區(qū)域的邊界高度 結(jié)合以上水平方向和垂直方向的插值點的計算方式4)、 5)所得出的水平方向變 化率s以及垂直方向插值點的高度/i，根據(jù)以下坐標(biāo)行列式6)計算得出變化后新的坐標(biāo)值<formula>formula see original document page 9</formula>左邊為模型頂點參數(shù)化后的新坐標(biāo)，從而實現(xiàn)人體模型的設(shè)計。本實施例作為參數(shù)化設(shè)計的人體模版采用由POSER6導(dǎo)出的三角面與四邊面混 合模型，利用Visual C十+和OpenGL開發(fā)應(yīng)用程序?qū)嵤?。?所示為對應(yīng)輸入的人 體參數(shù)尺寸，根據(jù)表1的輸入?yún)?shù)制作的人體模型如圖5所示。表l對應(yīng)輸入的人體參數(shù)尺寸模型身高頸胸下胸腰臀(cm)高圍高圍高圍高圍高圍(a)19116649142111137101116839996(b)17415143130131125121106819093(c)182161501369113187111729476(d)1611404912011111599981188398(e)1981744614714014212712081102114(f)1761555913115112614110712091113本發(fā)明方法與模型的拓撲結(jié)構(gòu)無關(guān)，參數(shù)易于控制，利用樣條拼接原理使得參數(shù)化后的模型保持樣條原有的CI連續(xù)性，并具備整體縮放與局部調(diào)整效果，參數(shù)化后的人體模型能夠直接應(yīng)用于虛擬服裝模擬。本發(fā)明方法也可應(yīng)用于人體模型以 外的其他模型。
權(quán)利要求
1、一種基于混合插值參數(shù)化的人體模型設(shè)計方法，其特征在于包括以下步驟(1)測量人體的特征尺寸，分圍度與長度兩類圍度位于水平方向，其測量通過計算某一高度水平輪廓外凸包周長求得；長度位于垂直方向，其測量通過計算點到點的距離求得；(2)提取人體模型特征層特征層為包含特征點的水平層，由特征點所在高度的水平截面與模型求交所得；(3)根據(jù)人體模版本身的特征尺寸以及對應(yīng)輸入的人體參數(shù)尺寸，計算出各相應(yīng)特征層的縮放因子S；(4)以特征層上的點作為控制點，非特征層上的點作為插值點，計算模型非特征層的縮放因子s；(5)根據(jù)非特征層的縮放因子，計算插值點新的坐標(biāo)值，從而實現(xiàn)人體模型的設(shè)計。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于混合插值參數(shù)化的人體模型設(shè)計方法，其特征 在于所述步驟(l)中圍度包括頸圍、胸圍、下胸圍、腰圍、臀圍；長度包括身高、頸 高、胸高、下胸高、腰高、臀高、跨高、肩寬、臂長；所述步驟(3)中各相應(yīng)特征層的縮放因子S =》L ，其中D ,。te為模版本身尺Temp/ate寸，D,，,為對應(yīng)輸入的人體參數(shù)尺寸；所述步驟(4)中非特征層的縮放因子"在水平方向表現(xiàn)為水平方向的變化率" 采用Cardinal樣條函數(shù)定義為^Om/(&，A，S3，S4，p，"，0，其中"為Cardinal樣條參數(shù)(0《"1)， Z為張力因子，S，，…，^為樣條函數(shù)的四個控制頂點，即特征層縮放因子，p為插值點垂直高度與模型高度的百分比；所述步驟(5)中結(jié)合垂直方向插值點的高度A以及水平方向的變化率"得出變 化后新的坐標(biāo)值，其中垂直方向插值點的高度"S(開^,-開^) +好^，其中的S為特征層的縮放因子，及^,、 R^^為插值區(qū)域的邊界高度。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于混合插值參數(shù)化的人體模型設(shè)計方法，其特征在于所述人體模版采用由POSER6導(dǎo)出的三角面與四邊面混合模型。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于混合插值參數(shù)化的人體模型設(shè)計方法，主要是以特征層上的點作為控制點，非特征層上的點作為插值點，通過計算特征層的縮放因子，再計算非特征層的縮放因子，從而求得垂直方向插值點的高度h以及水平方向的變化率s，最后得出變化后的坐標(biāo)。本發(fā)明數(shù)學(xué)原理簡要明晰，參數(shù)易于控制，結(jié)合垂直方向及橫向而采用混合插值參數(shù)化設(shè)計，利用樣條拼接原理使得模型作全局參數(shù)化后保持C1連續(xù)性，而且具備整體縮放與局部細微調(diào)整效果，從而解決了模型參數(shù)化后的光滑問題。由于直接對特征層進行參數(shù)化操作，使得參數(shù)化后的人體模型能夠直接應(yīng)用于虛擬服裝模擬。
文檔編號G06T17/40GK101216957SQ200810025740
公開日2008年7月9日 申請日期2008年1月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年1月10日
發(fā)明者衛(wèi)維恕, 崢 李, 羅笑南, 莫滿春 申請人:中山大學(xué)