可穿戴人体尺寸测量装置研发及人体模型重建

摘要

人体尺寸与人体模型作为人体几何信息的表征，在人体工程学设计、服装个性化定制、虚拟试衣和人类学研究等领域有着广泛的应用。现有基于扫描的人体重建方法依赖于专业设备，存在使用成本高昂、计算量大、易受环境影响等缺点，限制了其应用场景。凭借人体尺寸与人体模型之间的内在关联性，可以实现基于尺寸数据的人体统计建模，但现有的测量方法存在测量效率、测量精度与使用成本、使用门槛之间的矛盾。因此研究精确、便捷、经济的人体尺寸测量方式及高效、准确的人体模型重建方法对解决上述领域的应用需求具有重要的现实意义。 本文通过研发可穿戴人体尺寸测量装置，实现人体多尺寸的自动化同步测量，并基于人体尺寸重建人体模型，具体地从以下三个方面展开研究工作: 首先，开发一款可穿戴人体尺寸测量装置。测量装置采用接触式测量方式，以弹性紧身衣作为载体实现可穿戴功能，由附着于紧身衣上的一系列测量单元实现相邻测量单元之间的人体曲面距离测量;利用通讯模块实现与上位机的测量信息传输。通过相应的硬件电路及机械结构设计，实现人体尺寸的经济、高效、便捷测量。 其次，提出基于特征曲线网的人体模型重建及优化方法。为直观、高效的生成人体模型，本文利用三维扫描人体数据库训练集建立人体尺寸与人体模型之间的对应关系，提出一种基于用户尺寸的参数化人体模型重建方法。同时为进一步提高本文所设计重建方法的精度，提出基于特征曲线网的人体模型优化方法，利用输入人体尺寸及人体特征曲线形状空间之间的内在关联性，对初始人体模型上的特征曲线进行形状优化，由优化得到的特征曲线网对初始人体模型进行约束变形，优化人体模型重建结果。 最后，构建一个人体尺寸测量及人体模型重建系统。将可穿戴人体尺寸测量装置与基于特征曲线网的人体模型重建及优化方法相结合，用户通过穿着测量装置可由系统测得一系列人体尺寸并生成对应的人体模型。本文通过实验对系统的适用范围进行了探讨，分析了系统的拓展应用。

目录

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论文说明

致谢

摘要

第一章绪论

1．1研究背景

1．2人体尺寸测量及人体模型重建研究现状

1．2．1人体尺寸测量研究现状

1．2．2人体模型重建研究现状

1．3本文的研究思路

1．4本文的内容安排

第二章人体尺寸测量及人体模型重建相关理论

2．1人体尺寸测量标准

2．2人体模型尺寸提取算法

2．3参数化人体模型及人体模型数据库

2．4主成分分析法(PCA)

2．4拉普拉斯网格变形方法

2．5本章小结

第三章可穿戴人体尺寸测量装置研发

3．1测量装置的总体设计

3．1．2测量装置的设计思路

3．1．1测量装置的设计要求

3．2测量装置的测量模块开发

3．2．1测量方法设计

3．2．2测量单元的模块组成

3．2．3测量单元的硬件选型

3．2．4测量单元的结构设计

3．3测量装置的可穿戴模块开发

3．4测量装置的通讯模块开发

3．5测量装置的误差分析及修正

3．6本章小结

第四章基于特征曲线网的人体模型重建及优化方法

4．1基于用户尺寸的参数化人体模型重建

4．1．1人体形状空间的构建

4．1．2人体尺寸与人体模型间的映射

4．1．3人体尺寸的选择

4．2基于特征曲线网形状约束的优化方法

4．2．1特征曲线网的构建及优化流程

4．2．2特征曲线形状空间的构建

4．2．3特征曲线网的调整优化

4．2．4基于特征曲线网的模型约束变形

4．3基于人体数据库的重建效果评估

4．4本章小结

第五章人体尺寸测量及人体模型重建系统的构建与应用

5．1人体尺寸测量及人体模型重建系统构建

5．2系统应用实例及适用范围分析

5．3拓展应用

5．4本章小结

第六章总结与展望

参考文献

附录