F-计算机工程与设计.基于款式设计的虚拟三维服装真实感效果模拟

基于纹理映射和纹理合成的仿真、模拟、场景绘制等应用

第2卷 9V0 . 9 12

第 2期 3N O 23 .

计算机工程与设计Co mp trEn i e rn n sg u e g n e i g a d De i n

20年 1月 08 2De .2 08 c 0

基于款式设计的虚拟三维服装真实感效果模拟胡建鹏，陈强 (上海工程技术大学计算中心，上海 2 12) 060摘要：绍了由服装的二维款式设计研究三维款式真实感效果显示的步骤，并对人台参数化建模、装的变空隙量模型介服等技术进行实践，提出了一种实现三维着装效果显示方法，为款式设计提供直观帮助。通过二维款式平面图到三维图形的 映射得到可控的三维服装，过精确可靠的三维数据模拟三维款式效果。在三维服装上添加全局纹理映射和多重纹理映射通以及褶皱效果，强服装设计可视化效果。增

关键词：式设计；三维服装；褶皱；纹理映射；C D款 A

中图法分类号： P 9 . T312 7

文献标识码： A

文章编号：O 07 2 20 ) 364—4 l0—04(0 8 2 .120

3 v ru l am e t i lt nb s do atm e in D i a r n mu ai a e np t t g s o e d sgHUJ npn, C N a g a—eg HE Qin i( o ue et,S ag a E g er g eh ooyU iesy S ag a 2 2, C ia C mp t C ne h n hi n i ei c n l nvr t h n h i 0 0 hn) r r n nT g i, 1 6Ab t a t T e r c d r s f D g r n p te mu ai nb s do D g r n p a m d sg s n r d c d Th a a t r e sr c: h p o e u e o 3 a me t atr s n i lto a e n2 a me t a e e i ni ito u e . ep r me e i dmo e z d— l go t eb d n u n i f r i d l e h i u s s mp e e t d A t o ihp o i e ie t i r a tr e i nr ai ig i f h o ya dq a t yo ma g nmo e c n q e lm n e . n t t ii meh dwh c r v d s r c d f t n d sg l n d a op e e z 3 g r n i lt n i p o o e, o ti

i g c n r l b e3 g r e t t ema p n o 2 p￣ r D r p is a d n l b l D ame t mu ai r p s d s o s b an n o t l l D am n ht p i gf m D a e nt 3 g a h c, d i g g o a oa wi h r o t xu e ma p n, mu t t x u ema p n n r p fe t o D am e t oi r v e s e tr— p ig l— t r— p i g a d d a ee cs n 3 g r n ie t mp o et i lt n e e t h mu a i f c . o

Ke r s p￣ m e in; 3 v ru l a e t d a e t x u e ma p n; CAD y wo d: a e d s g D i a r n; r p; e t p i g t gm r

0引言服装款式设计也称服装形象设计或服装效果设计，表是

1款式设计数字化款式平面图的主要元素就是描述款式的线条，一般的C D软件都能够运用较好的模型对曲线进行拟合，保存为 A并

现服装外观效果的工作，是服装设计的表面部分。设计人员 运用 C D软件提供的各种工具，成点、、的绘制、彩 A完线面色图案的填充、体画面效果的修改和润饰，终完成效果图的整最绘制及资料、息的管理和使用。信 目前，用的服装 C D路线一般都是模拟传统服装设计常 A过程进行的。先应用二维款式设计软件绘制出服装的着装首

矢量图或非矢量图，与普通的绘图软件无异，是这样就没这但有显示出服装设计的特性。式设计就是按照一定的工艺特款

性，线条和色彩描述出服装款式的效果，据服装工艺，用根如果在服装上定义一些关键点，如肩点、高点、窿点等，后胸袖然基于这些关键点加上一些辅助点连接起来，就形成了所谓的“键线”如领窝线、面线等，虑到在服装款式平面结构关，领考图中构成曲线大部分是非规则曲线，以采用二次连续、续所连

效果图或款式平面结构图，设计师构思中的服装形象可视把化地表现出来，成一种初步的设计构思；后由经验丰富的形然设计师用打板软

件绘制出二维裁片；后输入三维试衣模块最中进行虚拟缝合显示着装效果，一过程就相当于制作一件这样衣。其中，款式平面结构图到二维裁片的转化需要专业由

性好的 3次 B样条来来拟合曲线和构造款式。这样只需要存储 B样条的少量型值点 (键点和辅助点 )显示款式曲线时 3关，由这些型值点反算出曲线的控制点来拟合曲线。 采用编号的方法对关键点、赋值，线并保存在部件库对应的点属性和曲线属性字段中以便在智能拼接中使用。采用 3位编码来标示，中第一位“,,”别表示衣领、片和衣其 0 12分衣袖部件；二位为“”示无左右之分的关键点编号，二位第 0表第

的裁剪知识，一个人为的转换过程。本文提出一种由款式是平面结构图转化到三维服装效果，款式平面图研究三维服用装效果显示方法。

款式平面图通常是二维的，它的显示效果受到限制，使注定了设计出的服装样衣需要反复修改。过二维平面图到三通维虚拟服装的映射，以让设计者从总体把握好服装的款式可效果，对服装的结构设计打好基础。并收稿日期：2 0 - -9 0 71 1 2 E ma:r h@s a o i o u i .m l c nc

为“” 1的关键点有左右区别，左侧关键点编号为奇数，侧且右关键点编号为偶数。以上原则对各部件的关键点进行编码。按 关键线的编号与关键点的编号方法相似。如领口中心点为

作者简介：胡建鹏 (9 O,男，湖北武汉人，硕士，助教，研究方向为计算机应用、计算机辅助设计；陈强 (9 5,男，湖北荆门人，博 18一) 16一)士后，教授，研究方向为三维地学建模、可视化信息系统设计。一

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基于纹理映射和纹理合成的仿真、模拟、场景绘制等应用

11右肩领点为 14左下摆点为 2 7左领窝线为】1左侧缝 0, 1, 1; 1,线为 2 5等。如图 1示，一条曲线一般由 3 6个型值点构 1所 -成，中一部分型值点定义为关键点，有型值点的曲线相应其含定义为关键线。设计者利用这种数字化方法对照标准人台就可以绘制各种款式平面图，仅保证了服装的工艺性，且

为不而

研究基于二维款式的三维款式效果显示应该满足以下对应关系：维款式图视作三维款式的正投影图，二维款式图中的二则曲线型值点与三维款式相应的曲线型值点 x、 Y坐标相同；二维款式设计中使用的平面人台与三维效果显示中使用的三维人台是相对应的人台，二维款式与平面人台的关系信息与且三维模块中保持一致。 基于上述两个对应关系就可以把相应的款式信息从二维模块传递到三维模块：先，式平面图的外围曲线描述的是首款款式的轮廓，曲线型值点坐标经过处理可以成为获取三维其款式相应的曲线型值点的基础。后，二维款式平面图中，然在 由二维款式的侧缝线与人台的相对位置就可以计算出一个侧

三维款式效果的实现提供了数据基础。

肩领点

面空隙量，继而推算出相应的三维空隙量。从二维到三维传递的信息主要就是款式轮廓线的型值点和款式侧面空隙量，这可保证款式的外形基本不变，留了款式的特点和工艺性。保o曲线型值点； o关键点

23服装曲面构造 -衣片曲面一般不能覆盖所有人台曲面，以对于虚拟衣所

图 1型值点与关键点

壳上的造型点来说，是所有的点都是衣片上的造型点，里不这必须有一个判断衣片造型点范围的过程。款式平面图的轮将廓线型值点引入三维坐标系，其放在 XO将 Y平面上。判断过程中只使用衣壳造型点的 x轴和 Y轴坐标值，即这些点在 XO平面上的正投影点的坐标值，其与款式平面图的轮廓 Y将线进行位置比较，不难看出哪些点是衣片上的造型点，图就如 2示，所比较的重点是衣领、下摆以及袖窿，中的点云均是衣图壳造型点在 X Y平面上的正投影点。在知道整个衣片的造 O型点是哪些点后，可以把这些点作为 B ze曲面的型值点，就 ei r 反算控制点然后构建服装曲面。

2三维款式效果的实现基于款式平面图研究三维款式效果显示需要引入标准人台的三维数据。以三维人台数据作为基础，在人台造型点上增加一定的空隙量获得服装

的造型点的方法是十分有效的。

这种方法借助于服装裁剪经验，能够达到显示三维款式效果的基本要求。如果将款式平面图看作是服装款式的正投影，即三维服装三视图中的正视图，应的定位处理就容易了。相

21可控人台与空隙量模型… . 构造人台的方法是利用三维人体扫描仪获得数据点，确定人台的 1条关键曲线，层曲线有 1个型值点。过预处 8每 3通理得到人台数据的 1 8乘 1关键点。为了提高人台的光顺 3个度，原始数据进行插值细分，到 8x 5有序排列的型值对得 68个点，而得到符合精度的三维模型。已知的型值点作为 B—从将 e zr i曲面的型值点按顺序进行连接，终得到三维人台曲面 0 e最 。真实的着装效果中，服最终造型应符合人体，衣同时衣服具有柔软性，以设想构造一中间件——虚拟衣壳，衣片支所把撑起来，立衣服与人台的相互联系。具体做法如下：拟人建虚台生成后，其数据为基础加上一定的空隙量，以生成“壳”衣。

长：

譬l:哪。:

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然后，衣壳上确定款式轮廓，最终形成三维衣片曲面。服在并装与人台关系方面研究较多，拟人台构造服装曲面时在同一虚围度上大多使用相同的空隙量。本文则模拟实际情况在大部

图 2款式轮廓确定

3三维服装的真实感显示31纹理映射 . 31基于 O eGL纹理映射生成方法 .. 1 pn在 O eG中一个图像各个点的映射值是由其内部插值 pn L完成的，果把图像的左下角放在坐标原点，左下角映射坐如则标为 (,;下角为 (,;上角为 (,;上角 (,;么图像 O )右 0 1 )左 0 01右 ) 11那 )中 t映射的坐标就是(.0 )如果要把整个图像放在曲面上，, l 05 .;,5

分人台围度上使用不同的空隙量Ⅲ。一般来说，上装的空隙量按照区域可分为背部、部、部、部 4类型，以在不同胸腰腹种所的部分考虑使用不同的空隙量。二维款式的侧缝线与人台的相对位置就可以计算出侧面空隙量，为标准空隙量，如图 2作， 所示，后利用侧

面空隙量与同截面其它空隙量的关系可以推然出该截面的所有空隙量。如，线部位和支撑点的空隙量均例肩

为 0腰部则取标准空隙量r腹部的后半片可取标准空隙量，;; 前半片则可从侧缝线至正面空隙量从标准空隙量r 0递减。到

只要把 4个角的坐标映射到曲面对应的 4个角上的点就可以了。因为人台点云 8 *5个点的排序顺序为先行后列， 68自上而下。点从后颈部开始顺时针转一圈，后到下一行。虑到服然考装产生的顺序，文在贴纹理坐标时就要以这样的顺序：1 )本 (,、 1 (,)(,、,,而保证贴图的正确显示，果如图 3示。 01、1 )( O从 0 0)效所-——

2服装款式信息的传递 . 2服装款式是由专业设计师对照平面人台绘制的。装款服式信息的传递就是由二维款式平面图到三维模型的映射过程，

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基于纹理映射和纹理合成的仿真、模拟、场景绘制等应用

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图 3纹理映射效果

31多重纹理生成方法 .. 2每个曲面都贴上同样的纹理太过单调，们对纹理进行我控制，服装上的不同位置分别映射两种不同的纹理，服装在使显出更多风格的变化。本文实现了类似服装商标的效果，用一

种图案作为商标贴于服装的左胸处。实现该效果的方法是图 5多重纹理映射实现的流程现服装的真实性，可以表达出设计师的创作意图，服装更也使

使用 gG n et eO生两个纹理，先以一种纹理作为全局 l eT x rs产 u首的纹理进行映射。后在需要改变原先纹理的部分调用新的纹然

理绑定函数 gBnT x r0并调用新的纹理求值函数 g p, l i et e, d u l 0 Ma计算纹理映射。 全局的纹理的一个贴图只对应一个曲面。二个商标纹第理则覆盖了 65个 B ze * ei r曲面，每个曲面映射了原来图片的 1 0这几个曲面的定位并不困难，题的关键是如何映射才/。 3问能使 3个曲面拼成一个图。据纹理映射的顺序，图 4示。 0根如所

具有感染力和表现力。在几何褶皱模拟上，从技术上来分类有几种。于亮度值的服装褶皱模拟技术

和基于三维网格划基分的服装褶皱模拟技术是比较实用的解决方案。 321褶皱生成步骤 ..本文采用了基于网格化分的模拟技术。按照这种方法， 褶皱是通过沿方向域刻画纹路生成的。下面给出褶皱生成的一

般算法。在给出算法之前，下列参数进行说明，给出对并 N:皱纹路段的数量褶 0褶皱方向的旋转角：D:皱纹路段的长度褶 I褶皱纹路的深度：

设定值：

1 2 1度 . 57 1 O5 . 2初始为无穷大

( .) 1 0

:

褶皱纹路的宽度

图 4构造曲面的数据点排列顺序和对应的纹理坐标曲面从右上角开始往左至左上角；后到下一排曲面，然仍旧从右往左，环 5次。把 3循 O个曲面看成一个整体，下角左的曲面应该映射图片的左下角；同样，上角曲面映射图片的右右上角。具体的方式如下：第 1曲面开始，即右上角曲从个也

:

邻近褶皱纹路间距 1 3

n生成褶皱纹路段数量：

以无袖型女式上衣为例，此款式基础上，胸部一定范在在围内加入褶皱，可得到胸部竖直细条纹褶皱效果。此款式褶皱的效果主要是从领口到下摆，从左省道到右省道产生的竖

条凹凸褶皱条纹。使用基于三维网格划分的褶皱模拟技术，数据处理与图形绘制分开。数据为调整好的无袖女式上衣源款式型值点，存在大小为【6[5[】三维数组。下面给出保 8]]的 8 3

面，射坐标为：11 (—/,)(, 1 )(—/, 1 )第 2曲映 (,) 11 1、11/、11 1/;个 、 6 -5 6 -5

面是在第一个曲面左移一个位置的地方，垂直()向值不变， y方水平 ()方向减少 1即可，坐标如下： 1,) 1/,) x/ 6/ 1、(- 61、 6 2 (-/, 1 ) 1/ 11 )依此类推，第 6个曲面坐标为： 11 1/、(- 6。/; 6 .5 2, 5 (- 61、1/,)(- 611 )(-/,./)这样我们就有了 15, (- 61、1/,—/、 1 611,/ ) 6 5 5 6 5第一行的数据。第 2行的最右边的坐标是右上角曲面坐标下

具体算法，网格中生成一条从点

P起的褶皱纹路：在 () P属的三角形的 3个顶点的方向向量插值来得到 1用所点 P出的褶皱方向 d。

()按照公式，算从点 P起始生成的纹路段 N。设 n= 2计mi(.) nn。 N

移一个位置得到的，时水平()向值不变，此 X方垂直 ()向减 y方少 1。以后各曲面不再赘述，此类推。多重纹理映射实现 / 5依流程如图 5示。所 本文在服装的左胸部位使用了另外的贴图，拟商标效模果，果如图 3侧，两种不同纹理图案所产生的综合效果。效右用通过改变贴图可以自由改变商标图案和服装的图案，到改达

()褶皱方向 d绕 d旋转 e为了生成一条自然纹路 ) 3将 (。 () Q方向 d到 P距离为 D的点。如果线段 P与其 4设上 Q它纹路相交，新设 Q为到 P距离最近的交点， n于 0重设等。 ()亮度 I宽度绘制纹路段 P 5用和 Q。()在 P纹路段占用的区域用宽度加以记录，证将 6 Q保

变服装外形效果的目的。看到，现的效果是令人满意的。可实

来的纹路与当前纹路保持一定的距离。同时记录纹路段占用的区域防止在这里在此产生纹路。

32褶皱 .褶皱是服装外观特征得一种，服装上大量存在，在能够体 ——

()果你 n= 7如 0则计算终止。否则 Q设点为 P 1减 1返， 1,

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基于纹理映射和纹理合成的仿真、模拟、场景绘制等应用

本文中研究了两种典型的褶皱款式并加以实现。列出现 带胸前褶皱的无袖女上装的实现方法。在最下层的裙摆截面上调整关键点函数，利用三维网格划分褶皱模拟技术产生褶皱。产生此款式胸前竖条条纹褶皱的流程框图如图 6所示。以无袖上衣款式型值点为基础

图 7百褶裙褶皱和女式无袖款式胸部褶皱效果取第 3 0层所有的点

了服装的真实感显示效果，引入服装纹理与褶皱效果显示，使

是磊2列围=≥望 否至 4范 _=>— 在2 至6==当

设计者对服装有更完整的了解，为其更好地修改服装提供了依据。文中的三维模型是由标准人台数据提供的，各个型值点不包含物理特性。随后的工

作考虑对型值点加入一些物理属性以提高真实感效果，拟自然悬垂等效果。模

取5 O层第 i点开始作为初始点

指定该点到 8同列的点为方向域向量 6层

参考文献：【】黄新民，欣，欣娟 .人体数据管理信息系统的设计与实 1 张朱三维

按网络划分算法产生一条对应的褶皱纹路

现[ .工程科技学院学报，0613—5 J西安] 2 0() 13.: [】胡建鹏，兆丰，宁.于款式平面图的服装款式三维造型 2 耿张立基点的获取研究[] 1届全国图像图形学术会议论文集， 0. c. 2第 2 5 0

Y

N

成功生成该范围内所有褶皱

【】郭清伟，功勤 . 3 朱两相邻 B ze曲线近似合并的一种方法[ . ei r J中]国科学技术大学学报， 0, () 1—2 . 2 3 35: 85 1 0 3 5

图 6女式无袖上衣款式胸前褶皱生成算法框架

【】胡建鹏，兆丰，素琴 .服装款式平面图的三维款式效果 4耿钱基于

32 .2褶皱效果显示 .褶皱效果的好坏并没有一定的标准，只有通过反复地

显示研究[ .算机信息，06 219—7 J微计】 2 0, () 59 . 2:【】张瑞云.纹理映射技术实现三维着装效果展示[ . 5 用 J东华大学】学报，0084:— . 2 0, ) 31 ( 5 7[ G aa fro r D s l _ G ra o f D t tr u i 6】 h z na u i he J p D, c r M. e rt no x e s g t i 3 eu n mu i e D mo e a s[] U O R H C, 9, (: lp d l a l i C . R G AP I S1 6l 3 t l2 sn y s E 9 5 )3l— 2 . 1 3 3

修改参数来得到我们认为满意的效果。终的显示效果如图最7示。所

4结束语本文通过二维款式平面图到三维人台的信息传递技术实现了三维款式效果的展示。该方法反应速度快、用简便，使使得用户从一开始就在良好的可视化环境中进行设计，使服装的款式设计更加直观简便。在三维款式效果的基础上，研究

[颜晓茵 .讨针织服装中的褶皱设计[ .织工业， 06 5: 7】探 J针] 2 0 ()3 33 O. .

【】陈伟伟，

8 陈雁 .装褶皱效果的评价【 .服 J纺织学报，072 ()】 20, 4: 88— . 7 9O

(上接第 6 4 1 1页)

发布的多层次化功能。具体实现部分采用基于 Jv a a的 sce ok t 流、多线程技术及 MVC框架、于 C P协议多种技术的融基 MP合，同时采用前期开发与后期完善相结合的措施，实际应用在中扩展系统的功能。该系统试运行以来，平均短信流量达到 40 0条/,果良好、能稳定。系统为各种校园信息的 0余天效功发布提供了一种崭新的渠道，使大学校园逐步信息化。同时也可以为广大学生提供个性化和多样化的信息服务，使学生可以更及时的了解各种新动态。今后将考虑该系统与校园论坛、园生活网等的逐步整合，供更加丰富的信息。校提

曹跃球 .基于 S MS的校园移动平台的应用设计[.卅工业高 J兰 l]

等专科学校学报， 0, () 41. 2 61 2:—8 0 3 1汪晓平，俞俊，功 .通 Jv李精 aa网络编程[ . M]北京：清华大学出版社，0 5 20.

陈天河 .数据库高级编程宝典[ .京： M]北电子工业出版社， 0 . 2 5 0 郭乐江，, .李强周磊基于 C P议的“ MP协家校通”统的设计与系

实现[ _计算机应用， 0, () 4—5. J微] 2 5 66: 8 0 0 2 7 7熊曾刚，敏，时绘 . C P张学王基于 MP协议短信收发系统的设计与实现[ .发展， o() 61. J微机] 2 42: .7 O 1 廖俊平.于 C P基 MP协议的短消息平台的设计与实现[】 D.西南交通大学， 0 . 2 4 0 郭乐江，强，磊.于 C P协议的“校通”李周基 M P家系统的设计与

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