虚拟三维服装展示技术的现状与发展趋势
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龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 虚拟三维服装展示技术的现状与发展趋势 作者：梁惠娥 张守用 来源：《纺织导报》2015年第03期 摘要：虚拟三维服装展示技术经历了简单服装变形形态的静态模拟到三维复杂服装动态模拟的过程。从建模技术、动态模拟、褶皱处理、虚拟展示构造方法等方面，提出系统的设计方案，归纳整理出适合三维服装虚拟展示的主要技术方案，系统地介绍虚拟三维服装展示技术的研究现状，详细地分析虚拟三维服装展示技术面临的挑战和未来研究趋势。 关键词：虚拟；三维服装；建模技术；展示 中图分类号：J0-05 文献标志码：A Current Situation and Future Developing Trend of Virtual Threedimensional Clothing Displaying Technology Abstract： Three-dimensional virtual clothing displaying technology has experienced the transformation from the simple static simulation of clothing shifting to the complex three-dimensional dynamic simulation. From the perspective of modeling techniques， dynamic simulation， folding treatment， construction method of virtual displaying， etc.， this paper puts forward a systematic scheme， summarizes the three main technical schemes for three-dimensional virtual displaying of clothing， systematically introduces the current research on three-dimensional virtual displaying technologies and elaborately analyzes the challenges ahead and future developing trend of the research on three-dimensional virtual clothing displaying technologies. Key words： virtual； three-dimensional clothing； modeling technique； display 虚拟三维服装展示是根据服装设计和展示陈列人员陈展需要，运用计算机科学、艺术等其他学科领域的知识，在计算机里建立数字化的服装采样系统，计算机按照所选尺寸模拟样衣着装效果，从而生成三维服装的虚拟展示效果。虚拟三维服装展示技术改变了传统的采用真人模特试衣的方式，利用计算机技术和交互技术就可以进行服装的立体展示。 1 虚拟三维服装展示技术研究现状 1.1 国外关于虚拟三维服装展示技术的研究 国外关于虚拟三维服装展示技术的研究已趋于成熟，无论是静态展示还是动态展示都已形成完善的展示系统。瑞士Miralab实验室在虚拟服装及动画方面积累了大量的研究经验与科研龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 成果。1990年，Miralab实验室的“FlashBack”虚拟服装项目是第一个真正意义上三维服装虚拟展示的案例。 之后，此实验室把重点放在了虚拟三维服装展示技术中的三维服装物理建模的研究上，即表现服装动态时的力学性能。此外，瑞士日内瓦大学的MIRALAB实验室以及H&M服装公司推出了网上试衣间服务以及著名的My Virtual Model（MVM）试衣网站，英国伦敦技术学院的“Center for 3D Electronic Commerce”项目，欧洲信息与算法研究协会的“MtoM3D”项目等都对三维服装虚拟展示技术进行了相关研究。 1.2 国内关于虚拟三维服装展示技术的研究 我国关于虚拟三维服装展示技术的研究还处于发展阶段。杭州森动数码科技有限公司与几家全球知名的IT科技厂家合作，利用全球最新3D技术、增强现实以及体感技术等科技元素，自主研发“3D虚拟试衣”软件，满足了服装消费者个性化需求，节约了试衣的时间；此外，江南大学民间服饰博物馆基于“CLO3D”三维服装展示软件制作的民间服饰的虚拟展示，逼真地模拟出了馆藏的汉民族服装文物的质感，很好地解决了民族服饰展示棘手问题。由此可见，虚拟三维服装展示技术在国内趋于高速发展状态。此外，北京服装学院、浙江大学CAD&CG国家重点实验室、东华大学、中科院以及天津工业大学等高校均在该领域有所研究，并通过相关课题研究取得一定的成果。 2 虚拟三维服装展示技术的研究内容 2.1 三维人体模型的建立 人体模型是虚拟着装的主体。根据服装款式、材料等元素的需要建立与之对应的人体模型，所以人体模型的尺寸、姿势和体态在服装虚拟展示中显得尤其重要。目前，三维人体模型主要有几何建模、三维扫描数据以及三维软件建模 3 种方法，其中三维软件建模方法是当今技术发展的趋势与主流。 几何建模方法是根据人体结构及其特征，定义与之对应三维人体造型特征。该方法出现时间较早，是CAD/CAM技术发展阶段的重要技术支撑，此方法以几何信息和拓扑信息反应三维人体的具体结构等数据，是虚拟三维服装展示技术初期的重要技术手段。 三维扫描数据建模运用非接触式测量方法，借助激光三维扫描仪，进行三维数字人体重建。它将人体的三维结构信息转换为计算机能直接处理的数字信号，为人体数据的三维虚拟模拟提供了方便、快捷的手段。此方法建模比较昂贵，人体结构复杂时运行速度较慢，所以三维扫描数据建模方法很难得到推广和普及。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 三维软件建模利用MAYA或3DS MAX等三维软件，完成人体模型的创建。此建模方法操作简单，容易上手，建模功能强大，在建立人体模型方面具有很大的优势。这两款软件的插件比较丰富，与其他软件融合流畅，模型精准、逼真，如图 1 所示（基于MAYA软件制作）。而且还可对所建模型贴材质、调动作、编程序等，使三维服装虚拟展示由静态展示到动态展示灵活转换。三维软件建模是当今三维虚拟展示的主流技术手段，不仅缩短了建模的时间，而且所建模型数据更加灵活，易于改动；展示手段等更加人性化，更具感染力。 2.2 三维服装模型的建立 三维服装建模方法主要有几何建模法、基于粒子系统的物理建模法以及结合几何与物理的混合建模法等 3 种方法。建模方法的原理不同，虚拟的服装对象类型也存在差异。 几何建模法：模拟布料的外观形态，不涉及面料的物理特征，用几何方程对虚拟现实环境中的服装效果进行展示。此方法以已有的人体模型为基础，求得服装各造型点的数据；然后，根据服装款型等因素对模型进行经纬线划分，通过截取面得到数据，最后，根据人体与服装的空隙度大小，获取服装表面各造型点的三维数据，完成服装模型的创建。此方法有模型简单、计算较快等优点，但是对服装的悬垂及质感的模拟效果较差。 物理建模法：通过选择参数值可以较为直观地控制服装的悬垂与质感。在模拟中区分毛、棉、丝、麻等不同服装质感，可较好地模拟服装的真实效果。但是其模型复杂，计算速度较慢，与虚拟三维服装展示的快捷、便捷理念相背离。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 混合建模法：运用几何方法进行服装模型的建立，用物理方法进行服装悬垂和质感以及局部结构的细化。利用弹性变形模型对服装进行变形，使服装更具真实感，模拟出的服装外形结构精准，又能展现不同材料的服装的悬垂与质感（图 2）。 2.3 三维场景的建立 三维服装虚拟展示需要设定一个特定的展示空间，通过创建三维场景模拟出服装所要表达的文化内涵与时代场景，所以场景的搭建和布置也是非常重要的环节。在所建三维场景模型上匹配符合服装展示主题的材质、设定应景的灯光等，以此模拟出服装展示所需的场景。在三维场景的模拟上，VRML语言将影片、声响、音乐等效果调和在一起，形成一个综合性的单一媒龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 体是三维服装虚拟展示必不可少的应用程序。在当下，无论是时尚服装的研发公司还是文物保护单位，三维场景模拟都有所运用，极大地丰富了服装展示的效果与意义。 3 虚拟三维服装展示技术研究趋势 3.1 虚拟三维服装展示技术的不足 当前，虚拟三维服装展示技术日趋成熟，已由最初的简单服装的静态展示发展到现在的复杂服装的动态展示，但也存在多方面的问题：三维立体模拟的真实感还有待加强，如服装质感与动感的表现、三维重建、逼真灵活的曲面造型等问题仍难以解决；三维服装模拟的集成系统较少，二维衣片和三维服装之间的转化、二维图案和面料的三维覆盖等问题没有得到很好的解决。虚拟三维服装展示技术可以对服装虚拟展示中所用模特的尺寸、姿势和体态进行操作，但是对服装的虚拟变形以及服装的悬垂性模拟操作还有一定的难度。需要从事虚拟三维服装展示的研究人员与学者共同的努力与合作，研发出更好的服装虚拟展示系统。 3.2 虚拟三维服装展示技术的挑战 随着科技的发展，服装虚拟展示必将向着智能化、自动化的方向发展，服装模型的动态模拟/三维服装褶皱效果处理是其趋势，但是在未来的研究道路上也会遇到许多难题与挑战。 （1）服装模型的动态模拟研究 服装模型的动态模拟在三维服装虚拟展示中有着至关重要的作用，服装虚拟展示时，虚拟的人体模特运动和服装动态模拟耗费的计算量非常大。 目前，三维服装的动态展示难度很大，很多国内外的专家学者对其都有研究，但是算法和物理模型在实践中都与预期效果有一定差距。模拟三维服装的动态效果，合理的碰撞检测模型是前提，服装曲面与人体曲面随模特动作变化时相对位置关系的变动中不能有穿透发生。这一点对于目前的三维服装虚拟展示技术来说是十分困难的。在三维服饰虚拟展示中，即使服装在静态人体上很合适，但并不能保证动态展示有同样好的效果。因此，对于服装面料的动态模拟的研究很有价值。 （2） 三维服装褶皱效果处理研究 三维服装虚拟展示已由静态展示发展到动态展示，对于服装褶皱的研究也有了更高要求。褶皱是服装的重要外观特征之一。在三维服装虚拟展示中，褶皱效果的模拟主要有两类：静态效果的模拟与动态效果的模拟。目前，静态效果模拟技术已经日趋成熟，效果较好。动态时服装的飘动悬垂效果的模拟还处于探索阶段，在进行模拟仿真时，既要注重碰撞检测的高效性，龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 又要及时处理碰撞部位的褶皱问题。如何高效准确地处理动态的褶皱的研究属于服装动态效果仿真技术中的一种，值得对其深入研究。 （3）虚拟三维服装展示技术的挑战 在虚拟三维服装展示技术研究上还存在许多难题，如服装仿真建模和数值计算等问题。对结构复杂与材料较多的服装，如何构建仿真模型、服装从静态悬垂到动态变形怎样相互转化，是服装模拟的最大挑战。在模拟模特运动时服装与身体的接触以及服装自身的交互碰撞问题、仿真的实时性问题以及服装本身高度复杂的各向异性和非线性力学行为的模拟等问题，对于虚拟三维服装展示技术的发展无疑是棘手的难题与挑战。 4 结语 虚拟三维服装展示技术在三维人体模型、三维服装模型以及三维虚拟场景等方面都有很大的突破，实现了虚拟人体由静态到动态的灵活转换、虚拟服装纹理与质感的真实表现以及虚拟场景的真实模拟等。随着对虚拟三维服装展示技术更加深入与精细的研究，智能化的三维服装虚拟展示是其发展趋势，设计师可以随心所欲地将自己设计的服装借助虚拟展示技术浏览服装在三维空间的效果，从而大大缩短了成衣的生产周期和展示成本，这将在时尚服装的个性化设计与定制、传统服装的数字化展示等领域有着广阔的应用前景。 参考文献 [1] Volino P， Cordier F， Magnenat-Thalmann N. 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