一種衣物褶皺基線提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種衣物褶皺基線提取方法，屬于柔性織物仿真技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在衣物仿真領(lǐng)域，褶皺是衣物布料不可忽視的主要細(xì)節(jié)，褶皺的添加能增強衣物 模擬的視覺真實性，對褶皺的模擬仿真是實現(xiàn)真實性柔性衣物模擬中不可或缺的一部分。 目前的大部分基于幾何的衣物褶皺模擬方法分為兩個步驟：首先在衣物網(wǎng)格上生成褶皺基 線，描述褶皺的大致走向；然后根據(jù)已定義的褶皺基線，生成三維的衣物褶皺。
[0003] 有關(guān)裙皺基線的提取作為關(guān)鍵的技術(shù)難點，Larboulette等人和Wang Yu等人采 用邊長保持不變的原則，在用戶定義的褶皺線上添加褶皺。Li等人由圖片提取人臉皺紋曲 線，并把曲線從2D投射到3D人臉模型，通過對皺紋剖面形狀的曲線函數(shù)調(diào)整得到立體的皺 紋形狀，并通過曲面細(xì)分進(jìn)一步細(xì)化皺紋模型。Cutler等人在衣物表面相應(yīng)位置標(biāo)定褶皺 基線，并根據(jù)這些褶皺基線按照定義的褶皺形狀及可調(diào)節(jié)的參數(shù)-褶皺形狀半徑最后生成 立體裙皺。Rohmer等人采用與其相同的概念，在裙皺基線的基礎(chǔ)上進(jìn)一步模擬裙皺。不同 的是，Rohmer等人的方法中，褶皺基線的位置是程序根據(jù)分析粗仿真結(jié)果而得到，以一種自 動后處理方法取代人為干涉。
[0004] 以往褶皺基線的提取方法存在以下問題：
[0005] (1)沒有成熟的褶皺基線自動生成方案，大部分的褶皺生成方法依靠具有專業(yè)技 能的藝術(shù)人員在衣物網(wǎng)格上手工添加褶皺基線。
[0006] (2)目前的褶皺基線提取方法往往比較復(fù)雜，計算量大，需要耗費較多的計算資 源。
[0007] 針對以上問題，本發(fā)明對褶皺基線提取方法作了進(jìn)一步研宄，提出一種新的基于 網(wǎng)格變形分析的褶皺基線提取方法。該方法的核心內(nèi)容可以總結(jié)為：通過對初始網(wǎng)格和變 形網(wǎng)格的變形分析，跟蹤提取三角網(wǎng)格中的邊線作為初始基線，然后進(jìn)行光滑處理得到褶 皺曲線。將褶皺曲線與褶皺區(qū)域進(jìn)行融合，調(diào)整三維網(wǎng)格以得到最終的褶皺基線，從而實現(xiàn) 更具視覺真實性的褶皺基線。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種衣物褶皺基線提取 方法。
[0009] 本發(fā)明采用的技術(shù)方案：將連續(xù)介質(zhì)力學(xué)中定義的變形張量運用在三維衣物網(wǎng)格 上，對三維衣物網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格變形分析；把三維衣物網(wǎng)格進(jìn)行平面展開，并在展開的平面 上，根據(jù)網(wǎng)格頂點的拉伸量信息進(jìn)行初始褶皺基線的跟蹤尋找；基于粗網(wǎng)格提取的初始褶 皺線通常是折線，運用Laplacian方法進(jìn)行光滑處理形成光滑的褶皺曲線；采用質(zhì)心坐標(biāo) 概念獲得褶皺曲線的三維坐標(biāo)，并用Delaunay方法把曲線上的頂點嵌入褶皺區(qū)域的網(wǎng)格 中去。
[0010] 該方案實現(xiàn)的步驟，如圖1所示：
[0011] (1)對三維衣物網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格變形分析；
[0012] (2)對三維衣物網(wǎng)格進(jìn)行平面展開，并在展開平面上進(jìn)行褶皺基線的跟蹤尋找；
[0013] (3)對提取的褶皺基線進(jìn)行光滑處理，獲得褶皺曲線；
[0014] (4)將褶皺曲線與褶皺區(qū)域進(jìn)行融合，調(diào)整三維網(wǎng)格以得到最終的褶皺基線。
[0015] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的有益效果是：
[0016] 基于衣物網(wǎng)格本身的屬性作為提取參數(shù)，更簡潔自動，免去了專業(yè)技術(shù)人員手工 添加褶皺基線的麻煩，減少了褶皺基線提取的難度和專業(yè)度。具有更高的效率，占用資源 少，能得到更具有視覺真實性的褶皺基線。
【附圖說明】
[0017] 圖1 一種衣物褶皺基線提取方法步驟示意圖；
[0018] 圖2裙皺基線跟蹤不意圖；
[0019] 圖3 Laplacian光滑方法示意圖；
[0020] 圖4質(zhì)心坐標(biāo)的說明不意圖；
[0021] 圖5采用Delaunay方法插入新頂點的步驟示意圖；
[0022] 圖6上衣正面分塊的展開平面上的初始褶皺基線示意圖；其中，（a)顯示了頂點的 拉伸量與尋找的褶皺基線的對應(yīng)關(guān)系，（b)則清晰地單獨顯示了提取出的褶皺基線；
[0023] 圖7上衣背面分塊的展開平面上的初始褶皺基線示意圖；其中，（a)顯示了頂點的 拉伸量與尋找的褶皺基線的對應(yīng)關(guān)系，圖（b)則清晰地單獨顯示了提取出的褶皺基線；
[0024] 圖8不同Laplacian迭代次數(shù)后的順滑結(jié)果圖；其中，（a)、（b)、（c)和⑷分別為 Laplacian光滑迭代次數(shù)分別為1、2、4和5時的效果；
[0025] 圖9上衣正面分塊的褶皺基線光滑效果圖；其中，（a)是光滑前效果，（b)顯示光 滑后效果；
[0026] 圖10上衣背面分塊的褶皺基線光滑效果圖；其中，（a)是光滑前效果，（b)顯示光 滑后效果；
[0027] 圖11融合光滑褶皺曲線的細(xì)化褶皺區(qū)域效果圖；其中，（a)和（b)為上衣三維衣 物網(wǎng)格模型的正面的一個褶皺區(qū)域，（c)和（d)為上衣三維衣物網(wǎng)格模型的背面一個褶皺 區(qū)域。
【具體實施方式】
[0028] 下面結(jié)合附圖及【具體實施方式】對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0029] (1)對三維衣物網(wǎng)格進(jìn)行網(wǎng)格變形分析和平面展開
[0030] 將連續(xù)介質(zhì)力學(xué)中定義的變形張量運用在三維衣物網(wǎng)格上，對三維衣物網(wǎng)格進(jìn)行 三角形基元變形分析；采用Pennec等人提出的定義在張量空間、基于仿射不變性的黎曼度 量的插值方案，由三角形變形量插值出網(wǎng)格頂點的變形量。為了降低褶皺基線查找的計算 復(fù)雜性，需要把三維衣物網(wǎng)格信息轉(zhuǎn)換到二維平面上，因此采用保角度的平面展開方法實 現(xiàn)對三維初始網(wǎng)格的平面展開。
[0031] (2)在展開平面上進(jìn)行褶皺基線的跟蹤尋找
[0032] 在得到初始網(wǎng)格的平面展開后，就可以很方便地在二維的平面上根據(jù)各個頂點的 頂點拉伸張量的大小提取褶皺基線。本發(fā)明稱在二維平面上提取褶皺基線的過程為褶皺基 線的跟蹤。在二維平面上選取一個頂點作為一條褶皺基線的起始點，逐步在平面上"追蹤" 整條裙皺基線，并稱選定的起始點為種子起點。
[0033] 在開始褶皺基線跟蹤前，首先將按照各個頂點的拉伸張量的特征值μ η從小到大 的順序?qū)ζ矫嫔纤械捻旤c進(jìn)行排序，把所有的頂點按照特征值μ η的大小放入一個優(yōu)先 級隊列。接下來將按照如下步驟進(jìn)行褶皺基線的跟蹤：
[0034] 步驟一：選取隊列里特征值μ η最小的點為種子起點，即選為褶皺基線上的第一 個頂點；將種子起點的鄰接頂點中特征值μη最小的頂點為褶皺基線上第二個頂點，并計 算這兩個頂點間連線方向。接下來將根據(jù)這條連線上的方向進(jìn)行。由于選取的頭兩個頂點 的連線上有兩個方向，本發(fā)明將分別沿著兩個方向進(jìn)行剩余的褶皺基線的跟蹤。最后再將 兩個方向上的跟蹤結(jié)果合并在一起。
[0035] 步驟二：根據(jù)步驟一選定一個跟蹤方向；
[0036] 步驟三：定義當(dāng)前頂點為這個方向上的褶皺基線的尾部頂點，如圖2所示，其中點 C為當(dāng)前點，褶皺基線下一個頂點D的選擇需要滿足以下三個條件：
[0037] d. D為在當(dāng)前頂點C的鄰接頂點之一，并且其特征值μ η需要小于設(shè)定的閾值 thresh?
[0038] e.向量炭：與向量茂)之間的夾角不超過一定的閾值Θ thre；shl;
[0039] f.向量與向量(?之間的夾角不超過一定的閾值Θ thre;sh2;
[0040] g. D為滿足上述三個條件的所有頂點中特征值μ η最小的頂點。
[0041] 初始褶皺基線提取實驗：如圖6和圖7所示分別為采用褶皺基線跟蹤方案二在上 衣正面分塊和背面分塊的展開平面上的提取的褶皺基線。
[0042] 圖6和圖7中，圖（a)顯示了頂點的拉伸量與尋找的褶皺基線的對應(yīng)關(guān)系，圖（b) 則清晰地單獨顯示了提取出的褶皺基線。從兩幅圖可以看到，提取的褶皺基線與頂點拉伸 量較大的點是對應(yīng)的。
[0043] 本實驗中μ η的閾值μ thresh取為0· 8, Θ thresh^ 9 thresh2矛口 9 thresh2 的值都取為π /2。
[0044] (3)對得到的初試褶皺基線進(jìn)行光滑處理
[0045] 采用上節(jié)中所述的褶皺基線提取方法提取出來的褶皺線通常是折線，然而真實世 界中的褶皺曲線往往是光滑曲線，點與點的位置之間是光滑過渡的。因此在提取出褶皺折 線后，需要對提取出來的褶皺折線進(jìn)行光滑，形成光滑的褶皺曲線。本發(fā)明將采用最簡單的 Laplacian光滑方法，如圖3所示為Laplacian光滑方法的示意圖。
[0046] 具體的褶皺折線光滑過程描述如下：
[0047] 對于如圖3左邊所示的一條褶皺折線上的頂點Pi，Ph和ρ i+1是其兩個相鄰的頂 點，令：
[0049] 那么，頂點Pi的新的位置更新為：
[0050] p' J= p J+ λ L(Pi) (3. 2)
[0051] 其中，0〈λ〈1。
[0052] 圖3右邊部分圖示意折線經(jīng)過一次光滑的過程，淺灰色折線是原來的折線，深灰 色的折線是光滑后的褶皺線結(jié)果，箭頭示意該次光滑過程每次頂點的移動方向。事實上，一 維的Laplace算子相當(dāng)于二階導(dǎo)數(shù)的有限差分離散。每次光滑過程中，將每個點與周圍的 點做平均，使相鄰的頂點的坐標(biāo)值更為接近，從而達(dá)到光滑折線的目的。
[0053] 對褶皺折線L