服装CAD中三维人体建模技术研究

服装CAD中个性化三维人体建模
王栋;高成英;高月芳;梁云
【期刊名称】《计算机系统应用》
【年(卷),期】2009(018)008
【摘要】针对三维服装仿真中对各种不同体态特征的人体模型的需求,给出了一种个性化三维人体建模方法.首先对一系列具有不同特征尺寸的成年女性的人体扫描数据进行简化处理,建立具有一致拓扑的人体模型;然后根据不同人体的对应数据点及其相应的特征尺寸,生成各个简化数据点随特征尺寸变化的规律.利用此变化特性,对参考人体模型进行变形得到新尺寸下的人体模型.该方法已在所开发的三维虚拟试衣系统实现,并取得了较为理想的试验效果.
【总页数】3页(P196-198)
【作者】王栋;高成英;高月芳;梁云
【作者单位】华南农业大学信息学院广东广州,510642;中山大学计算机应用研究所,广东,广州,510275;华南农业大学信息学院广东广州,510642;华南农业大学信息学院广东广州,510642
【正文语种】中文
【中图分类】TP3
【相关文献】
1.面向三维服装CAD的人体建模与动态仿真技术综述 [J], 陈永强;彭利华
2.服装CAD中三维人体建模技术研究 [J], 李宋明;林德静
3.服装CAD中三维人体建模技术的研究及应用 [J], 王媚;陆国栋;张东亮
4.三维服装CAD中人体建模综述 [J], 朱李丽;邓中民;李刚炎
5.虚拟试衣中个性化三维人体建模的研究进展 [J], 王巧丽;徐增波;田丙强
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如何利用CAD进行人体工程学设计人体工程学是一门研究人类身体特征和动作的学科，它涉及到产品、设备和工作场所的设计，以提高人类的舒适度和效率。

在设计过程中，CAD软件成为了一个必要的工具，它可以帮助我们更准确地进行人体工程学设计。

首先，人体测量是人体工程学设计的基础。

在使用CAD软件进行人体工程学设计之前，我们需要获取准确的人体测量数据。

传统的方法是使用尺子和测量工具对人体各个部位进行测量，但这种方法繁琐且容易出现误差。

现在，我们可以通过3D扫描等先进技术来快速获取人体测量数据，并将其导入到CAD软件中进行设计。

其次，CAD软件提供了各种工具和功能，可以帮助我们进行人体工程学设计。

例如，我们可以使用草图工具创建人体模型的轮廓，然后使用细分曲面工具将其细化为更精细的模型。

我们还可以使用雕刻工具在人体模型上添加细节，以达到更好的人体适应性。

此外，CAD软件还可以帮助我们进行人体模型的动作仿真。

通过设置关节和骨骼的属性，我们可以让人体模型进行不同的动作，并模拟其对关节和肌肉的负荷。

这样一来，我们可以评估产品或工作场所对人体的影响，并对设计进行优化。

另外，CAD软件还允许我们进行人体工程学设计的虚拟测试。

通过导入人体模型和产品模型，我们可以对二者进行碰撞检测，以确保产品在使用过程中不会对人体造成伤害。

我们还可以评估产品与人体接触表面的压力分布，以确保人体在使用产品时的舒适度。

最后，CAD软件还可以提供人体工程学设计的可视化效果。

通过设置材质、光源等属性，我们可以将设计结果呈现为真实的图像或动画。

这样一来，我们可以更直观地了解设计的效果，以及它对人体的影响。

综上所述，CAD软件在人体工程学设计中扮演着重要的角色。

它不仅可以帮助我们获取准确的人体测量数据，还可以提供各种工具和功能进行设计、仿真和测试，最终实现优化的人体工程学设计。

所以，如果你对人体工程学设计感兴趣，不妨学习和熟悉CAD软件的使用，它将成为你的得力助手。

焦作工学院学报（自然科学版），第20卷，第3期，2001年5月JournaI of Jiaozuo Institute of TeclnoIogy（NaturaI Science），VoI.20，No.3，May2001三维人体建模综述胡敏1，李勇1，张新民2（1.中原工学院CAD中心，河南郑州450007；2.焦作工学院，河南焦作454000）摘要：在参阅和分析大量有关文献的基础上，对现有的各种三维人体建模方法进行了总结，特别是对当前广泛使用的线框模型、实体模型和曲面模型，从理论到具体的实现等各个方面都作了详尽的剖析.并对各种方法的优缺点进行了分析，可为深入研究开发三维人体建模提供有益的参考.关键词：三维人体建模；线框模型；实体模型；曲面模型中图分类号：TP391.41文献标识码：A文章编号：1007!7332（2001）03!0233!040引言计算机人体建模技术发展到现在，已经出现了大量的不同实现方法，且随着时间的推移，还可能不断地有一些新方法出现，而一些老方法也可能会得到进一步完善和发展，现有的缺点，明天也许就不存在，所以企图对所有的建模方法进行精确的分类是相当困难的，有的人体建模方法很难将其划入某一类型之中，而某些方法则可能跨越多种类型.本文将人体建模划分为线框建模（Wire Frame ModeIing）、实体建模（SoIid ModeIing）、曲面建模（Surface ModeIing）等，对它们的各个方面都作了详尽的剖析，分析了各种方法的优缺点.这将有助更清晰地区别和了解各种方法的特点.1线框建模线框建模是采用点、直线、圆弧、样条曲线等构造三维物体的图形表示技术.它是计算机图形学CAD/CAM领域中最早用来表示形体的模型，并且至今仍在广泛应用.线框建模只用点、线的信息表示一个形体，数据量少，定义过程简单，符合人们打样的习惯.很多复杂的形体设计往往先用样条勾画出基本轮廓，然后逐步细化.线框建模的数据存储量少，对其编辑、修改非常快.使用线框建模的方法对人体建模时，它是将人体轮廓用线框图形和关节表示，由于包含的信息有限，因此该建模方法在对人体建模时存在着如下严重的缺陷：（1）有模糊性和歧义性：不能够无二义性地表达三维人体；（2）无法实现三维人体模型的自动消隐及真实感人体模型显示；（3）无法进行剖面操作.2实体建模实体建模［1］的概念尽管早在20世纪60年代就已提出，但到20世纪70年代才出现简单且有一定实用意义的实体建模系统.到20世纪70年代后期，实体建模技术在理论、算法、和应用方面才比较成熟.使用实体建模的方法对人体建模时，由于它增加了三维人体的实心部分表达，使其信息更加完收稿日期：2001!01!17；修回日期：2001!02!19基金项目：河南省自然科学基金（004061000）作者简介：胡敏（1975!），女，重庆荣昌人，硕士研究生，从事机械制造及自动化研究.432焦作工学院学报（自然科学版）2001年第20卷备，从而使得三维人体得到无二义性描述.并且实体建模方法提供了人体几乎所有的几何和拓扑信息，因此它可以支持对表达人体的消隐、真实感图形显示.目前，实体建模系统中对人体的表达方式主要有3种.2.1基于体素分解的表达方法体素分解表达方法是将复杂的人体层层分解，并将其逼近表示成为一簇基本体素的集合，分解后的复杂人体表示成一棵八叉树.该方法简单易行，但对人体的表达是近似，因而很难反映出人体的宏观几何特征，并且由于体素间的集合运算涉及大量面与面之间的交贯运算，难免出现奇异的情况，有时计算精度有限带来的几何数据误差，还会造成体素之间拓扑关系的紊乱，从而使运算不能进行下去.因此在实际应用中会受到很大的限制.2.2构造实体几何构造实体几何方法是通过简单形体（如圆柱体、椭球体、球体等）的交、并、差集合运算来表达复杂人体外形，该表达方法可以用一棵二叉树描述.构造几何表达方法的特点如下：（1）能够清晰地表达复杂人体的构造过程；（2）能直观地描述人体的宏观几何特点.但是该表达方法存在着多种构造人体的表达方案，表示的人体模型也不够逼真，很难表示人体的动态特性.同样，由于存在集合运算，因此其计算量大，计算稳定性差.2.3多面体建模多面体建模［2］是从构造多面体开始，对多面体的任意一个面、棱边、顶点进行局部修改，从而构造一个与实体外形相似的多面体（即基本立体），然后通过类似于磨光的处理，自动产生自由曲面的控制顶点，并拼接成所需的形状.它是一种根据设计者的构思来进行局部处理并生成人体模型的方法.用多面体建模可以灵活地进行人体形状设计.多面体人体建模的步骤如下：（1）首先它将产生一个由直线和平面所组成的基本立体，作为人体形状的原型.（2）由基本立体产生曲线模型.（3）曲面的产生：在曲线模型的基础上，用参数曲面进行拟合.3人体建模的曲面模型曲面模型是CAD和计算机图形学最活跃、最关键的学科分支之一.它主要研究具有一定光滑程度的曲面外形的数学描述.使用曲面模型的方法对人体建模时，曲面模型能提供三维人体的表面信息，并进行隐藏线消除和真实感三维人体模型显示，但曲面模型方法也存在着缺陷，由于没有明确定义三维人体的实心部分，因此曲面建模方法不能进行剖面操作.目前，曲面模型的研究［3~5］主要分为两个方面：一是曲线曲面的表示、设计、建模显示等，二是与曲面设计方法相关的算法研究，如求交、等距、过渡、拼接、光顺以及局部操作等.围绕着曲面的表示方法，许多研究者做了大量的研究.1971年法国Renauhh汽车公司的Bezier正式发表了一种由控制多边形定义曲线的方法，这种方法使设计人员只需移动控制顶点就可以方便地修改曲线的形状，而且形状的变化完全在预料之中，因而得到广泛的应用，最初的的三维人体模型就采用了Bezier曲面模型，但是Bezier方法不具有局部特性，在设计复杂的人体曲面的过程中，存在着拼接方面的困难.为解决Bezier方法局部修改的问题，Gordon和Riesenfehd对Bezier方法进行了改进，用B样条函数代替Bernshein基函数，B样条方法不但继承了Bezier方法的优点，而且还具有独特的局部特性，使得设计者能方便地对B样条曲线曲面进行局部修改.在实际使用B样条曲线曲面人体建模时，主要又采用以下两种具体的建模方法.3.1特征化的曲面建模根据人体的整体结构，将人体模型划分为几个基本的结构特征.再根据不同结构特征不同的几何特征，选择具体不同的建模方法.该方法的优点在于：它使得人体模型的曲面建模更加灵活，可以针对人体模型不同部位的几何特征，选择最适合的曲面建模方法，而不必拘泥于某一种曲面表达方式.此外，还可较方便地改进人体模型建模方法.3.2参数化的曲面建模参数化建模又称为变量建模，它采用几何约束来表达人体模型的形状特征，从而获得一簇在形状上或功能上相似的设计方案.参数化建模是基于传统的几何建模方法上的一种更为抽象化的建模方法，它以抽象的特征参数表达复杂人体的外部几何特征，依托于常规的几何建模方法，使设计人员能够在更高更抽象的层面进行人体设计.目前，参数化作为一种新的几何建模发展方向，受到越来越多的重视，在许多大型通用的系统中都体现了参数化建模的思想.除了上述所讲的曲面设计方法外，还有扫描（sweep ）生成法，散乱点插值方法等，这些方法从不同角度丰富了曲面建模技术.4基于物理的建模技术传统的人体建模技术经历了从线框建模，曲面建模到实体建模的发展历程，其对人体的几何信息和拓扑信息的描述已相当完备.但它们所描述的主要是人体的外部几何特征，而对人体本身所具有的物理特征和人体所处的外部环境因素（如重力等）则缺乏描述.传统的人体建模方法对静止人体的建模是非常成功的，但对于人体动态建模却相当乏力.正是针对这一问题，人们尝试将人体的物理属性和人体所受的外部环境因素引入到传统的几何建模方法中，形成了全新的基于物理的建模方法［6］.与传统的建模方法相比，基于物理的建模方法具有以下几个特点：（l ）在建模过程中引入了人体自身的物理信息和人体所处的外部环境因素，因此，基于物理的建模方法能获得更加真实的建模效果；（2）在建模过程中引入了时间变量，因此，基于物理的建模方法能对人体的动态过程进行有效地描述；（3）人体的动态运动规律多采用微分方程组的形式表达，在基于物理的建模过程中，通常采用微分方程组的数值求解方法来进行动态系统的计算，因此，与传统的建模方法相比，基于物理的建模方法在计算上要复杂得多.由于基于物理的建模方法弥补了传统的几何建模方法的不足，自产生以来便得到了迅速的发展.5三维人体建模方法的特性比较表l 对线框建模、实体建模、曲面建模的特性进行了比较.表l线框建模、实体建模、曲面建模有关性能比较Tab.l Comparison of the properties of the Iine frame modeIing ，substaniaIity modeIing and the surface modeIing性能与方法线框建模实体建模曲面建模能无二义地表达人体不能能能能对人体进行消隐处理不能能能能对人体进行剖面操作不能能不能一种三维人体建模方法能否在具体人体模型实现中发挥作用要由建模方法本身性能和实现方法（如计算机程序）的质量两方面共同决定.实现方法的好坏很大程度上依赖于建模方法的原理，因此对人体建模方法本身进行理论上的分析研究，寻求一种好的建模方法是非常重要的.再一次需要指出的是，随着时间的推移，各种方法本身也会得到进一步发展.532第3期胡敏等：三维人体建模综述632焦作工学院学报（自然科学版）2001年第20卷参考文献：［1］孙家广.计算机辅助几何造型技术［M］.北京：清华大学出版社，1990.［2］付世波，袁修干.基于B!样条曲面的人体模型的建立［J］.计算机学报，1998，21（12）：1131-1135.［3］胡瑞安.计算机辅助几何设计［M］.武汉：华中理工大学出版社，1987.［4］Ma Weiyin，Kruth J P.Parametrization of randomIy measured points for Ieast sguares fitting of B-spIine curves and surface ［J］.Computer Aided Design，1995，27（9）：663-675.［5］Chiyokura H，Kimra F.Design of soIids with free-form surface［J］.Computer Graphics，1983，17（3）：289-298.［6］樊劲.基于物理的建模研究以及在服装CAD中的应用［D］.武汉：华中理工大学机械科学与工程学院，1997.A review of three-dimensionaI human modeIingHU Min1，LI Yong1，ZHANG Xin-min2（1.Zhongyuan Institute of Technology，Zhengzhou450007，China；2.Jiaozuo Institute of Technology，Jiaozuo454000，China）Abstract：On the basis of the anaIysis and cIassfication of a variety of scuIpt methods for3D human modeIing，it has provided a cIear overaII picture of aII those methods.The wire frame modeIing，soIid modeIing and surface modeIing are compared，and their advantges and disadvantages are aIso discussed.It has given a beneficiaI reference to research and deveIop some new scuIpt methods for three-dimensionaI human modeIing.Key words：three-dimensionaI human modeIing；wire frame modeIing；soIid modeIing，surface modeIing（本文责任编校毋爱君宫福满）“多维地理信息技术及其在土地管理中的应用研究”通过鉴定由我院张子平副教授等完成的科研课题“多维地理信息技术及其在土地管理中的应用研究”于2000年12月通过了由河南科学技术厅组织的科技鉴定.课题成果主要表现在：1.详细地分析了土地利用类型动态变化的时空特点及其变化的形式，提出了土地资源信息系统中土地利用的时空数据结构；实现了土地利用变化信息的时态记录与跟踪.2.提出了土地利用矢量数据库、影象数据库和DTM数据库完整结合的体系方法，并在部分区域建立了矢量数据库、影象数据库和DTM数据库.3.根据地籍信息的变化特征，建立了地籍时空数据结构及其拓扑关系模型，解决了层次结构数据的操作问题.4.提出了基于三维地表模型TIN的多模型空间叠置算法，解决了空间分析中的三维叠置操作，并成功地将它应用于土地利用规划模型叠置和区域变化叠置分析.5.针对地籍与城市规划中三维建筑的特点和可视化的要求，提出了一种“分层可视、分块组合”的建模方法.6.根据土地资源的多维性，应用多项技术建立了系统的功能完善的土地利用规划信息系统和城镇土地定级估价信息系统.。

三维人体建模在数字化时代的今天，三维人体建模技术的发展日益成熟，为各行各业提供了更加精确和高效的工具。

三维人体建模是通过计算机技术将人体的形状、结构和动作等信息转化为数字化的三维模型，广泛应用于影视动画、虚拟现实、医学仿真、服装设计等领域。

本文将深入探讨三维人体建模技术的原理、应用和发展趋势。

一、三维人体建模的原理三维人体建模的原理是通过采集人体的形状、纹理和动作等数据，利用计算机图形学和计算机视觉技术进行处理和重构，最终生成完整的三维人体模型。

主要包括数据采集、数据处理和模型生成三个步骤。

1.数据采集：三维人体建模的数据来源主要包括传感器、摄像头、扫描仪等设备，用于获取人体的外形、姿势、肌肤等信息。

常用的数据采集技术包括结构光扫描、激光扫描、摄影测量、运动捕捉等。

2.数据处理：通过对采集到的数据进行处理，去除噪声、对齐数据、拟合曲面等，以准确地表达人体的形状和结构。

3.模型生成：将处理后的数据转化为三维模型，包括网格建模、曲面重建、关节绑定、骨骼绑定等过程。

最终得到逼真的、可交互的三维人体模型。

二、三维人体建模的应用三维人体建模技术在各个领域都有着广泛的应用，为相关行业带来了许多便利和创新。

1.影视动画：在电影、动画片等影视作品中，通过三维人体建模可以制作出逼真的人物角色，让观众身临其境地感受故事情节。

2.虚拟现实：在虚拟现实技术中，三维人体建模可以用于创建真实感十足的虚拟环境和人物形象，为用户提供沉浸式的体验。

3.医学仿真：医学领域利用三维人体建模技术进行解剖学研究、手术模拟、病理分析等，有助于提高诊断和治疗的准确性。

4.服装设计：在服装行业中，设计师可以利用三维人体建模技术为不同身材的人群设计服装，并进行虚拟试穿，提高设计效率和客户满意度。

三、三维人体建模的发展趋势随着计算机技术和图形学技术的不断进步，三维人体建模技术也在不断发展和完善，未来有着更广阔的应用前景。

1.精细化：未来三维人体建模技术将更加注重模型的细节和真实感，包括皮肤纹理、肌肉结构、头发模拟等方面的提升。

计算机仿真建模期末论文题目：三维人体与服装仿真建模技术综述班级：机自122班姓名：郭晓学号：2012 0031 4216三维人体与服装仿真建模技术综述计算机动画一直是人们研究的热点，其中最为重要的是是人体造型和动画，随着服装业的发展和消费飞着对服装的合体度，舒适度的要求的提高，市场对三维服装CAD的需求也大幅增加，三维服装的网上定制，虚拟试衣等功能都离不开三维人体。

智能化三维化的服装CAD开发已经成为当今服装界的主流[1]。

而人体建模技术发展至今已经出现了大量的实现方法，随着科技的发展，人类认识进步，对动画的仿真性要求越来越高，这样一些传统的建模方法开始暴露出局限性。

目前使用的三维人体建模技术主要有线框模型，体模型，曲面模型[2]。

本文简单分析三个方法，并比较优缺点，以达到继承经典，不断完善传统建模方法，拓宽新的三维人体建模技术的思维。

一、曲面模型曲面建模技术, 从 POSER 软件中提出三维人体数据点的 OBJ 文件, 通过提出一种新的三角刨分算法对数据点进行优化, 利用 VC++ 和 OpenGL 建立三维人体仿真模型[3]。

1.。

三维人体数据的提取和处理.首先提取三维数据。

要进行三维人体建模就必须得到人体的三维数据。

人体的三维数据一般是通过三维人体自动扫描测量设备获得。

但其所测的结果没有排除人体着装的影响，与服装业对人体测量的要求以及ＣＡＤ／ＣＡＭ技术的要求仍有一段差距，另外人体自动扫描设备，如德国的VITUS人体扫描仪，价格十分昂贵，不太适合目前中国大部分中小服装企业。

[4]三维人体建模软件目前在中国有很大的市场。

POSER是美国Curious Labs 开发的三维人体图像和动画软件。

是迄今使用范围最广的人体造型软件。

该软件提供了大量现成的人体模型，同时可以调整四肢和身体的尺寸比例。

另外该软件提供了多种格式的数据输出，如DXF，OBJ，3DS，BMP等，可以使其中的人体数据很方便的与其他软件进行交互[5]。

CAD中的人体建模与人机交互设计人体建模和人机交互设计是现代CAD（计算机辅助设计）软件中的重要功能之一。

借助这些功能，设计师可以更好地模拟和分析人类的行为、动作和反应，从而改进产品的设计和功能。

本文将介绍CAD 中的人体建模与人机交互设计的相关技巧和应用。

在CAD软件中进行人体建模的第一步是获取人体的数据。

有几种方法可以实现这一点，例如扫描现有的人体模型或使用人体数据采集设备。

这些设备可以测量人体的尺寸、姿势和动作，并将其转化为CAD软件可以识别和处理的数字化数据。

一旦获得了人体数据，设计师可以开始进行建模和设计。

CAD软件通常提供了多种人体组件模型，如头部、胸部、四肢等，这些模型可以在设计中使用。

设计师还可以根据需要修改和调整这些模型，以满足特定的设计要求。

在进行人机交互设计时，人体建模可以帮助设计师更好地理解人们与产品交互时的行为和反应。

设计师可以使用CAD软件中的运动分析工具，模拟和分析人体在不同条件下的动作和姿势。

通过这种方式，设计师可以发现潜在的问题或改进点，并进行相应的调整和优化。

除了模拟和分析人体的动作和姿势外，CAD软件还可以进行虚拟现实（VR）和增强现实（AR）的交互设计。

通过将虚拟模型与现实场景结合，设计师可以更好地展示和评估产品的设计和功能。

例如，在汽车设计中，设计师可以使用CAD软件创建一个虚拟驾驶舱模型，并模拟驾驶人员在不同条件下的乘坐姿势和视角。

这样可以帮助设计师更好地调整座椅和控制器的位置，以提供更好的人机交互体验。

此外，CAD软件中的人体建模还可以与其他功能和技术结合使用，如人体动力学分析、人体工程学和人体仿真等。

这些工具和技术可以帮助设计师更好地预测和优化产品的性能、健康和可用性。

例如，在工业机器人设计中，设计师可以使用CAD软件中的人体建模和动力学分析工具，模拟和优化机器人与人类工作人员之间的协作和安全性。

总之，在CAD软件中的人体建模和人机交互设计在现代产品设计和研发中起着重要的作用。