虚拟服装网格模型切割及参数化算法研究

摘要

服装CAD技术大大改变了传统服装行业的面貌,成为服装工业化生产不可或缺的利器。随着计算机技术的迅猛发展和服装个性化生产的迫切需求,3D服装CAD技术受到普遍关注,各项针对3D虚拟服装网格模型的研究工作蓬勃展开。虚拟服装模型的切割算法是其中一个研究方向,在服装曲面展平、款式自由编辑、虚拟立体裁剪等方面有着重要应用;而与此相关的网格参数化方法同样在服装CAD中扮演着重要角色,可应用于虚拟服装的纹理映射、曲面拟合、重网格化等方面。因此,开展虚拟服装网格模型的切割与参数化算法的研究对丰富服装CAD内容,完善服装CAD系统具有重要意义。
　　 本文结合数字虚拟服装的特点,重点研究了三维服装网格模型的切割算法、切割边界的优化与切割区域搜索算法以及均匀面积参数化算法,全文内容阐述如下:
　　 第一章综合分析了虚拟服装网格模型的切割及参数化算法的研究现状,并指出其重要的研究意义和广阔的应用前景。
　　 第二章用集合方法描述了虚拟服装的三角网格表示方式,介绍了一种基于空间针刺求交法的模型表面任意点拾取方法。
　　 第三章介绍了基于最小边曲率路径的网格切割算法及其改进算法。利用图的最短路径算法思想,定义网格边曲率权值,用SPFA算法提取网格的特征线作为切割线;并在此基础上通过改进算法,给出了最小平均边曲率路径的算法。算法可以用于提取虚拟服装上具有显著几何特征的切割线。
　　 第四章提出了基于最优切割面的网格最直路径切割算法。根据由法向量相关的最直路径算法得到的初始路径迭代计算最优切割面,并与网格曲面求交获取最直路径作为切割线。该算法在提取服装模型上不沿着网格边且几何特征不明显的切割线(前后中线、侧缝线等)时获得了较好的效果。
　　 第五章介绍了网格切割边界优化与切割区域搜索算法。引入网格简化领域中基于二次误差测度的边折叠和三角形折叠算法,分三种情形对切割边界进行优化;同时,将切割区域内部网格顶点和三角形作为种子点,利用种子填充算法,通过广度优先搜索法实现切割区域的搜索。
　　 第六章提出了一种改进的网格均匀面积参数化算法。用基于最优切割面的最直路径算法计算参数域的自然边界,同时把顶点变形量表示公式推广至一般形式,并且构造新的计算公式,迭代计算内部顶点坐标。算法应用于虚拟服装模型的纹理映射,较好地实现了“换装”功能。
　　 最后本文对全文作了总结并对未来工作进行了展望。