基于物理建模的三維掃描服裝重用技術(shù).pdf

1、本文通過(guò)三維掃描儀對(duì)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(shí)服裝的三維數(shù)據(jù)，是最接近真實(shí)服裝形態(tài)的模型。但此時(shí)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(lèi)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(shí)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(duì)象，以實(shí)現(xiàn)在人體模型上的進(jìn)一步著裝。這里的關(guān)鍵問(wèn)題是處理服裝與人體的碰撞檢測(cè)與響應(yīng)，并保證在給定的應(yīng)變約束閥值內(nèi)服裝對(duì)象的變形接近真實(shí)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(cè)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(guò)程中，一般從原始的掃描點(diǎn)云到初始的較為光滑的幾何模型需要經(jīng)過(guò)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(gè)完整的服裝幾何模型。由于此時(shí)得到的是高密度表面網(wǎng)格，在柔性對(duì)象的轉(zhuǎn)化過(guò)程中開(kāi)銷(xiāo)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(jiǎn)化處理算法會(huì)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(diǎn)一彈簧系統(tǒng)的物理模型時(shí)的一些潛在不穩(wěn)定性，為此我們?cè)O(shè)計(jì)規(guī)則化處理算法改變?cè)疾灰?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(duì)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(diǎn)一彈簧系統(tǒng)將規(guī)則網(wǎng)格模型轉(zhuǎn)化為柔性對(duì)象。在這個(gè)過(guò)程中使用瞬時(shí)速度控制法約束服裝對(duì)象的尺寸穩(wěn)定性。為提高仿真過(guò)程中積分方程求解的數(shù)值穩(wěn)定性，在柔性對(duì)象的轉(zhuǎn)化過(guò)程中采用了隱式積分方法。在服裝轉(zhuǎn)化為柔性對(duì)象以后，使用AABB(AxisAlignedBoundingBoxes)包圍盒技術(shù)加速檢測(cè)柔性對(duì)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(cè)的時(shí)間復(fù)雜度。并采用了兩種類(lèi)型的碰撞處理方案:第一類(lèi)型，檢

5、測(cè)真正發(fā)生碰撞的元素，通過(guò)求解碰撞時(shí)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(lèi)型，檢測(cè)到已經(jīng)發(fā)生穿透的元素，通過(guò)迭代過(guò)程解決已經(jīng)發(fā)生的穿透。最后為了提高仿真的視覺(jué)效果，對(duì)模擬結(jié)果進(jìn)行了表面細(xì)分，并通過(guò)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(diǎn)如下:
　　 1、提出將服裝的三維幾何模型轉(zhuǎn)化為柔性對(duì)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(duì)象，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證證明規(guī)則化處理效果前后的網(wǎng)格在視覺(jué)效果上基本一致，細(xì)節(jié)損失可以忽略不計(jì)，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(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了規(guī)則化處理在柔性對(duì)象的轉(zhuǎn)化過(guò)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(guò)對(duì)多種服裝模型分別作出曲率分布曲線和曲率分布圖來(lái)驗(yàn)證原因分析的正確性。
　　 2、在碰撞檢測(cè)與

7、響應(yīng)的處理方法上，使用AABB加速柔性對(duì)象與人體之間的碰撞檢測(cè)，檢測(cè)到鄰近元素及實(shí)際發(fā)生穿透的元素。提出兩種類(lèi)型方法進(jìn)行碰撞處理，第一類(lèi)型的碰撞處理通過(guò)施加沖量有效防止鄰近元素的碰撞;第二類(lèi)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(guò)兩種類(lèi)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(diǎn)-彈簧系統(tǒng)分別對(duì)織物和服裝進(jìn)行懸垂模擬，比較了幾種常見(jiàn)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(jué)效果、模擬穩(wěn)定性和模擬速度得出在無(wú)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(shí)速度控制法控制應(yīng)變約束，利用VelocityVerlet積分方法對(duì)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(duì)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(diǎn)的移動(dòng)使無(wú)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(lái)檢測(cè)這些碰撞，并對(duì)這些碰撞進(jìn)行響應(yīng)，使其移動(dòng)