基于人体特征线的躯干曲面成形及三维服装展示系统的研究与实现

摘要

将三维技术应用到服装行业是计算机图形学的一个重要研究方向。如今三维计算机图形学的理论和技术已经应用到服装设计、生产、管理、销售等各个环节，在很大程度上提高了服装产品的生产质量和效率。 本课题研究内容是2006年度国家“十一五”科技支撑计划和2006年度福建省高等学校新世纪优秀人才支持计划的子课题。研究课题可以分为两个主要部分：一部分是基于人体特征线的躯干曲面成形；另一部分是三维服装展示。 论文的主要研究工作如下： 如何快速构造一个三维人体曲面是三维服装技术的一个重点和难点，论文在研究已有算法的基础上，结合三维服装设计的要求，研究设计了一种基于人体特征线的躯干曲面成形方法。人体躯干是一种不规则的曲面，要使之成形并具有较好的可控制性有较大难度。论文根据人体学提出将人体躯干划分为六个基准特征线，并结合NURBS方法中权值为1的非均匀B样条曲线曲面理论，提出了一种躯干曲面成形的新方法。这种成形方法高效地处理密集不可控的躯干数据点，并快速形成躯干曲面。论文还研究设计了应用于躯干曲面成形的曲线曲面插值算法。经过基于人体特征线的躯干曲面成形方法构造的躯干曲面不仅保持了躯干表面特征，还提高了躯干表面特征可修改性可控制性的效率。用户根据自己的躯干特征线尺寸就可以得到躯干曲面。课题中躯干成形过程还涉及到：对三维躯干原始数据的压缩处理、构造人体特征线以及拟合曲面片等算法。这种成形方法为开发三维人体系统提供了理论基础和关键技术，具有重要的基础作用。这种成形方法也存在修改尺寸过大会造成躯干曲面失真的现象，这是下一步要改进的地方。 针对传统展示方式的不足，论文探索了应用于服装展示的三维交互式展示方式。传统常见的产品展示往往缺乏真实感或者缺乏和浏览者之间的交互。论文研究开发了三维服装展示系统，论文中的三维服装展示方式涵盖了现今主要的三个信息交流平台：单台计算机、Internet以及手机。用户通过计算机、网络和手机就可以进行三维服装的浏览并通过对三维服装的实时交互操作和产品产生互动。课题综合了多种三维技术，包括3D建模技术、OpenGL技术、Web3D技术、J2ME以及JSR184技术。单机三维服装展示子系统的交互设计主要利用了3DS文件的块结构，通过循环读取块信息得到3D文件的重要信息并加以控制交互。网络三维服装展示子系统的交互设计主要利用Java3D技术关于3D文件的接口包对3D文件进行相应的读取并通过自定义函数进行交互功能的实现。手机三维服装展示子系统的交互设计主要利用专门应用于手机开发的JSR184技术对M3G格式三维文件进行读取及交互功能的实现。实验效果表明三维服装展示系统具有较好的三维展示效果，浏览者可以通过多种方式对三维服装模型进行旋转、缩放等多种交互操作。三维服装展示系统具有广阔的应用空间，可以为其他行业的产品展示提供技术基础。系统存在三维服装展示真实性和速度不够平衡的不足，这也是下一步要改进的地方最后，论文总结了课题的研究工作，并对课题研究的发展前景从技术上和应用上作了展望。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章文献综述

1.1引言

1.2研究背景

1.2.1 GCAD

1.2.2三维人体建模

1.2.3产品展示

1.3研究内容

1.4论文安排

第二章基于人体特征线的躯干曲面成形理论研究

2.1引言

2.2躯干曲面成形方法相关定义及概念

2.2.1曲线曲面的数学表示

2.2.2插值

2.2.3参数化

2.2.4参数区间的规格化

2.2.5基函数

2.3躯干曲面成形的理论基础(NURBS)及其在系统中的应用分析

2.3.1 NURBS曲面理论及其与三维躯干曲面成形的结合分析

2.4以NURBS曲面理论为基础的系统构造过程

2.4.1原始人体数据的结构和处理

2.4.2原始人体数据的压缩处理及人体特征划分

2.4.3曲线插值求得U向曲线控制点Pi,j阵列

2.4.4最终得到曲面Q(u，v)方程

2.5 NURBS躯干曲面的控制

2.5.1 NLJRBS躯干曲面的特征尺寸修改

2.5.2 NURBS躯干曲面的立体观察

2.5.3 NURBS躯干曲面的光照模型

2.6本章总结

第三章躯干曲面成形的系统设计及实现

3.1引言

3.2系统总体框架

3.2.1系统软件的设计思想

3.2.2系统的框架结构

3.2.3系统的对象模型

3.2.4系统的动态模型

3.3系统开发环境的搭建

3.3.1系统的开发环境

3.3.2 OpenGL

3.4躯干曲面成形系统的技术实现

3.4.1三维人体数据的读取及绘制

3.4.2利用高斯迭代法得到NURBS曲线方程组解

3.4.3利用OpenGL绘制NURBS躯干曲面

3.5利用OpenGL进行躯干曲面的几何变换

3.6利用OpenGL进行人体曲面的光照

第四章三维服装展示系统的研究与实现

4.1引言

4.1.1三维服装展示系统的研究内容

4.1.2本章结构安排

4.2三维服装展示系统的总体系统设计

4.3单机三维服装展示子系统

4.3.1单机三维服装展示子系统总体框架

4.3.2 3DS文件的结构

4.3.3三维服装模型的的读取与控制

4.3.4单机三维服装展示子系统的交互操作

4.3.5单机三维服装展示系统小结

4.4网络三维服装展示子系统

4.4.1 Web3D技术与java3D的选择

4.4.2系统开发环境的搭建

4.4.3 Java3D技术在系统中的应用

4.4.4系统中的三维模型的交互性

4.4.5网络三维服装展示系统小结

4.5手机三维服装展示子系统

4.5.1 J2ME和JSR184的相关理论

4.5.2系统中的交互性设计

4.5.3手机三维服装展示系统小结

4.6本章总结

第五章系统展示

5.1引言

5.2基于人体特征线的躯干曲面成形系统展示

5.3三维服装展示系统的展示

第六章总结和展望

6.1主要工作内容总结

6.2论文的创新之处

6.3存在的问题

6.4下一步研究方向

参考文献

致谢

附录