[发明专利]基于输入人体姿态实时生成的服装变形方法

说明书

技术领域

本发明属于视觉及数字化服装设计领域和计算机图形学领域，具体涉及基于输入人体姿态实时生成的服装变形方法。

背景技术

在近20年来，在计算机图形学领域，基于物理的服装模拟已经成了一个热门的研究领域。它的主要工作是对不同造型的服装变形行为构建不同的模型。这些措施包括屈曲效果模型，非线性拉伸刚度模型以及接触自防撞模型，除了薄壳模型外，Kaldor等人提出了以纱线，针织为主的布料模拟方法。由于高分辨率的布网格仿真会带来了巨大的计算量，为了使仿真更有效的进行，研究人员推出自适应网格来进行服装仿真。目前的服装仿真开始于模拟复杂的内部摩擦现象和接触摩擦使布料产生逼真的布料皱纹效果。很多商业游戏引擎，例如Nvidia的PhyXTM等支持用简化的质量弹簧系统来进行服装的实时模拟，并且利用GPU来加快仿真速度。然而，大多数游戏依然采用类似蒙皮的技术来合成服装动画，这样使得即使在低分辨率的情况下，矩阵求解器的成本和运行时碰撞处理的成本都在增加。目前，产生高质量的实时服装变形效果仍然是一个挑战。一个微小的潜在的身体姿势的变化都会导致服装产生丰富的褶皱和复杂的变形行为，而且这种身体动作的变化对服装变形的非线性影响是非局部的，例如抬起手臂的动作会引起腹部服装的变形。

基于物理的服装仿真可以直接模拟服装的非线性特性。但是要生成逼真的衣物变形效果就需要高分辨率的服装网格和昂贵的非线性求解器，这就导致它们在实时应用上具有一定的困难，比如游戏和虚拟试衣。数据驱动的服装仿真方法是从预先计算的服装在不同的身体姿势上的变形样品中合成服装变形效果。为了实现实时性能，只有通过简化服装变形和在假设线性和局部性的潜在身体姿势之间的关系来降低服装变形效果质量的方法来实现。

多分辨率服装仿真是将服装分割成几个不同部分的粗网格，然后分别计算它们的变形。一个能够很好的描述粗网格仿真时各网孔顶点详细褶皱的网格是仿真效果较好的网格。粗网格可以用来表现静态高分辨率的服装模拟，也可以在几次迭代后合成详细的服装褶邹效果，在实际生活中应用这种仿真方法之一的就是电脑游戏。

另一种方法是研究与粗网格仿真效果相关且具有高分辩率的服装变形之间的映射关系，如隐含的几何变形或局部位移向量。虽然这种方法可以产生详细的褶皱效果，但是他们推出的角色运动的动画仿真仍然受到数据库中训练数据的限制。

数据驱动的服装变形方法意在从之前预先计算的服装变形数据中得到衣服近似的静态和动态的表现形式。使用这种服装仿真方法时，只须关注较详细的仿真过程的数据驱动方法，James等人创建了一个易于控制的且减少了状态空间的服装模型，它可以实时响应用户的一些简单交互，如平移或旋转。Cordier等人提出了一个方法去找到服装和人体的潜在冲突区域。他们还开发了一个几何方法使用离线服装仿真数据进行实时仿真来推断出详细的服装变形，该技术通过匹配身体形状和混合的服装样例来计算混纺权重。Weber等人用潜在的身体姿势来参数化服装变形。控制参数和相应的服装变形之间关系的简洁表示可以通过构建一个复原模型来实现，这个方法被广泛的应用于角色蒙皮去提高骨骼空间变形质量。

敏感性分析在图形的各种优化问题上也得到了应用，如2D线条的设计和3D平面的设计。除了优化问题外，Umetani等人提出应用灵敏性分析从物理仿真中得到服装图案的交互式设计和互动开始的反馈信息。他们还可以利用这项技术去进行结构更加完善的服装模型设计。

发明内容

本发明目的是针对目前虚拟试衣系统中服装仿真和变形模拟中存在的仿真过程复杂，算法计算量大，内存消耗过大和变形仿真效果不理想，不能实时表达人体姿态的问题，提出了一种基于输入人体姿态实时生成服装变形方法。

发明为实现上述目的，采用如下技术方案：

本发明一种基于输入人体姿态实时生成服装变形方法，包括骨架驱动的敏感性分析方法，基于敏感性的拟合服装方案，基于贪心算法的随机优化操作方案去构建服装数据库的方法，骨架驱动的敏感性方法产生身体蒙皮模型为后续的混合服装变形提供基本姿势蒙皮模型，构建的服装数据库为服装变形提供服装姿势样本。

基于输入人体姿态实时生成服装变形算法的实现过程主要分为两个阶段，具体如下：、

第一阶段：离线阶段的蒙皮优化操作

1-1）输入一个要进行服装变形模拟的姿态；

1-2）在系统中输入将要进行蒙皮的身体网格和网格各顶点以及服装网格和网格各顶点来构造身体姿势和服装变形姿势；