線上虛擬試衣技術(shù)構(gòu)架的分析與展望

丁嘉玲，王厲冰，莊梅玲，張永美

(青島大學(xué)，山東 青島 266071)

線上虛擬試衣技術(shù)構(gòu)架的分析與展望

丁嘉玲，王厲冰，莊梅玲，張永美

(青島大學(xué)，山東 青島 266071)

文章主要分析了目前國(guó)內(nèi)服裝銷售的現(xiàn)狀，以及如何實(shí)現(xiàn)虛擬試衣系統(tǒng)的技術(shù)構(gòu)架，目的在于尋找適合未來(lái)服裝電子商務(wù)的技術(shù)路線。

虛擬試衣；技術(shù)構(gòu)架；人體建模；服裝建模

虛擬試衣是通過(guò)計(jì)算機(jī)識(shí)別技術(shù)、圖形學(xué)及相關(guān)軟件讓消費(fèi)者提前感知服裝試穿效果的一種新的用戶體驗(yàn)技術(shù)，它可以降低消費(fèi)者購(gòu)物時(shí)間成本，提高服裝合體性和購(gòu)物的滿意度，進(jìn)而降低服裝產(chǎn)品的退貨率，促進(jìn)線上銷售的不斷增長(zhǎng)。

1 線上店鋪服裝銷售現(xiàn)狀

近年來(lái)，網(wǎng)絡(luò)己成為服裝信息一種嶄新的傳播方式，而眾多服裝線上店鋪的誕生也極大地刺激了消費(fèi)者的購(gòu)買(mǎi)欲望，從而有更多的購(gòu)買(mǎi)選擇。然而線上購(gòu)物給消費(fèi)者帶來(lái)的卻是無(wú)法進(jìn)行真實(shí)的試衣體驗(yàn)困擾。

因此，將虛擬試衣技術(shù)引入線上店鋪便成為了必然。消費(fèi)者可建立符合自身實(shí)際的三維模型完成試衣或者進(jìn)行試衣搭配，而且可以重復(fù)多次，進(jìn)而建立一個(gè)屬于自己的虛擬人體模型，當(dāng)找到滿意的服裝組合，還可以操作人體模型向不同方向旋轉(zhuǎn)，做些簡(jiǎn)單的動(dòng)作，以便人們從不同角度觀察服裝穿著效果，更加真實(shí)體驗(yàn)自己在現(xiàn)實(shí)中穿著的模樣，這樣便可大大滿足消費(fèi)者對(duì)服裝合體性的要求，降低服裝號(hào)型不符造成的退貨問(wèn)題，進(jìn)而也會(huì)降低退貨帶來(lái)的管理成本。另一方面虛擬試衣會(huì)給消費(fèi)者的線上購(gòu)物提供一種新的體驗(yàn)和感受，并且系統(tǒng)能夠給出建設(shè)性的意見(jiàn)，提高用戶服裝搭配經(jīng)驗(yàn)。

2 網(wǎng)上虛擬試衣技術(shù)構(gòu)架

2.1 人體建模技術(shù)

數(shù)字人體模型是三維虛擬著裝的主體，也是在三維虛擬服裝試穿系統(tǒng)中解決的關(guān)鍵問(wèn)題。目前應(yīng)用于服裝CAD系統(tǒng)中的人體建模主要有：軟件類人體建模、基于三維掃描儀的三維人體建模、基于照片信息的人體建模。

2.1.1 軟件類人體建模

利用通用建模軟件Maya，3Dmax，Poser等根據(jù)人體的外部特征構(gòu)建人體的三維模型。它利用軟件繪制的人臺(tái)將人體分為若干部分，如頭部、頸部、軀干、臂部、手部等部位，分別對(duì)其建模，最后合并在一起。

2.1.2 基于三維掃描儀的三維人體建模

人們利用三維掃描儀來(lái)建立個(gè)性化的人體模型，逆向工程是關(guān)鍵。逆向工程建立人體模型主要包含三個(gè)步驟：一是獲得人體表面大量離散三維點(diǎn)的幾何數(shù)據(jù)；二是對(duì)三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理；三是人體模型的重建。

2.1.3 基于照片信息的三維人體建模

近年來(lái)通過(guò)對(duì)物體攝像并對(duì)照片進(jìn)行圖像處理從而建立三維人體模型的方法，受到了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。具體分類如表1所示。

三維人體模型的建立需要達(dá)到高度的仿真，這就要求在模型的建設(shè)過(guò)程中考慮到人體所具有的一切特性。顯然，將基于三維掃描儀的三維人體建模和基于照片信息的三維人體建模相結(jié)合，既能夠精確地展示人體各個(gè)部位特征數(shù)據(jù)，也能縮減服裝設(shè)計(jì)的周期，實(shí)時(shí)性較強(qiáng)。

表1 人體建模分類

2.2 服裝建模技術(shù)

虛擬試衣中的服裝需要緊貼市場(chǎng)需求、緊跟時(shí)尚潮流，有著創(chuàng)意獨(dú)特的服裝設(shè)計(jì)風(fēng)格，精湛的服裝制作工藝，這樣才能吸引用戶的青睞，如何使服裝能讓用戶感受到其優(yōu)質(zhì)的品質(zhì)呢，如何使用戶產(chǎn)生購(gòu)買(mǎi)的欲望，并取得用戶的信賴呢？這就需要虛擬服裝能展示出實(shí)際服裝的效果?？偟膩?lái)說(shuō)三維服裝建模主要分為以下三大類：

2.2.1 幾何建模

服裝的幾何建模方法看中面料的波紋、褶皺等幾何特征，不考慮服裝面料、質(zhì)感等物理的特性。將服裝視為可變對(duì)象，用幾何方程式表達(dá)虛擬現(xiàn)實(shí)環(huán)境中的服裝動(dòng)態(tài)模擬過(guò)程，有些是以衣片為基礎(chǔ)來(lái)進(jìn)行幾何建模，它是把穿在模特身上的三維服裝根據(jù)人體體形分割成裁片，然后再對(duì)各個(gè)衣片拼接來(lái)完成的。

2.2.2 物理建模

服裝的物理建模是目前比較流行的一種方法，它將服裝的質(zhì)量、摩擦系數(shù)、抗拉伸能力等物理信息和其所處的外部環(huán)境等引入到幾何建模方法中，對(duì)服裝進(jìn)行三角、網(wǎng)格或粒子劃分，通過(guò)構(gòu)建布料的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型，進(jìn)行能量、受力分析，用計(jì)算機(jī)圖形技術(shù)模擬出布料的三維動(dòng)態(tài)，能較真實(shí)地模擬柔性物體的特性。

2.2.3 混合建模

混合建模是幾何建模和物理建模優(yōu)點(diǎn)的結(jié)合。通過(guò)幾何方法去建立服裝模型，再通過(guò)物理法去對(duì)局部做物理特性模擬。

對(duì)三維網(wǎng)絡(luò)試衣來(lái)說(shuō)，更注重服裝建模的真實(shí)性，所以混合方法更適合服裝真實(shí)感和對(duì)其變形形態(tài)的模擬?；旌辖＜橙×藥缀巍⑽锢斫烧叩膬?yōu)點(diǎn)。一般在圖形生成或模擬過(guò)程中，先用幾何方法獲得大致輪廓，再用物理約束和參數(shù)條件進(jìn)行局部結(jié)構(gòu)細(xì)化，最終獲得逼真、快速的模擬圖形。三類服裝建模的優(yōu)缺點(diǎn)比較如表2所示。

表2 三類服裝建模的優(yōu)缺點(diǎn)比較

2.3 三維試穿效果仿真技術(shù)

服裝動(dòng)態(tài)效果仿真是指對(duì)服裝的實(shí)際穿著效果進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬展示，以滿足人們網(wǎng)上試衣真實(shí)感的需求。基于網(wǎng)絡(luò)服裝動(dòng)態(tài)仿真要求試穿能體現(xiàn)出服裝的色彩、款式和面料，能體現(xiàn)服裝的合體性等。目前國(guó)內(nèi)外主要的研究方法有以下幾種：

2.3.1 有限元方法

這種方法是利用有限元的方法模擬二維衣片穿在三維人體的效果。將衣片的邊界線以1～2 cm長(zhǎng)度劃分為多段，用一條兩端在輪廓線上而與輪廓線不相交的線將紙樣一分為二，將整個(gè)紙樣用遞歸算法分為若干個(gè)四邊形元素。用元素偏移法可以保證輪廓線周圍的形狀規(guī)則，當(dāng)衣片穿到人體上時(shí)，利用彎曲變形法重新形成四邊形的形狀，以免紙樣產(chǎn)生大的變形。

2.3.2 粒子系統(tǒng)

采用粒子系統(tǒng)模擬服裝。將服裝曲面離散化為一系列嚴(yán)守時(shí)刻的質(zhì)點(diǎn)，點(diǎn)與點(diǎn)之間的作用力表示為微分方程；時(shí)間離散過(guò)程從數(shù)值上更新各點(diǎn)的位置和速度[X(t)，X′(t)]，從而獲得系統(tǒng)的演變，作用力模型來(lái)自牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律：

F(r，t)=m(r)d2r/d2t

其中，F(xiàn)是點(diǎn)r處的合力，求解上式即得到t時(shí)刻各點(diǎn)的速度和位置，碰撞檢測(cè)采用層次包容盒技術(shù)。由于該模型以時(shí)間為參數(shù)，隨時(shí)間變化，3D服裝效果隨之改變，因而可以表現(xiàn)動(dòng)態(tài)服裝，從而滿足了3D動(dòng)畫(huà)的要求。

2.3.3 彈簧—質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)

彈簧質(zhì)點(diǎn)系統(tǒng)是將布料離散為一個(gè)個(gè)沒(méi)有體積的粒子或質(zhì)點(diǎn)，質(zhì)點(diǎn)間的相互作用通過(guò)一系列沒(méi)有質(zhì)量的彈簧來(lái)完成。對(duì)于單個(gè)的質(zhì)點(diǎn)來(lái)說(shuō)，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)取決于它所受的外力和內(nèi)力的合力，即在布料在拉伸壓縮、沿平面內(nèi)方向剪切、平面外方向的彎曲等內(nèi)力及重力、空氣阻力、人工作用力等外力的綜合作用下，質(zhì)點(diǎn)呈現(xiàn)出它所代表的那一小塊單位的運(yùn)動(dòng)軌跡。

目前來(lái)說(shuō)最好的方法是先利用Bezier曲面構(gòu)造方法，完成基于幾何特性的三維服裝剛性曲面構(gòu)造。再利用彈簧—質(zhì)點(diǎn)模型，把服裝的物理屬性加入到三維服裝剛性曲面中，再對(duì)織物的運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行求解和碰撞檢測(cè)處理，最終模擬出三維服裝真實(shí)著裝效果。在保證逼真效果的同時(shí)減少計(jì)算的復(fù)雜性，而且利用Bezier曲面解決了衣片間的縫合拼接問(wèn)題。

3 線上虛擬試衣技術(shù)的局限與未來(lái)發(fā)展的展望

虛擬試衣技術(shù)仍處于研究過(guò)程中，它是實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化服裝電子商務(wù)發(fā)展必須克服的難點(diǎn)。

3.1 技術(shù)難點(diǎn)

一方面虛擬試衣系統(tǒng)首先應(yīng)該是設(shè)備簡(jiǎn)單、操作方便的系統(tǒng)，因?yàn)槲磥?lái)電子商務(wù)將是一種普及的商務(wù)形式，勢(shì)必導(dǎo)致虛擬試衣系統(tǒng)的普及，而普及的系統(tǒng)首要的條件是系統(tǒng)硬件設(shè)備簡(jiǎn)單、價(jià)廉。另一方面，人體的虛擬化，服裝的虛擬化，以及人體和服裝的動(dòng)態(tài)顯示一直是計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)研究的重要方向和難點(diǎn)。

3.2 技術(shù)路線

本文的目的是尋找適合未來(lái)服裝電子商務(wù)的技術(shù)路線。這種技術(shù)路線是為了未來(lái)虛擬試衣系統(tǒng)可以供所有電子商務(wù)顧客在家中使用，一方面要安裝方便，硬件可靠性高；另一方面，人體虛擬數(shù)據(jù)要有合適的準(zhǔn)確度，軟件技術(shù)可行。

3.2.1 基于三維掃描和照片信息的三維人體模型。經(jīng)過(guò)對(duì)比，可以看出軟件類的人體建模方法雖然可以得到標(biāo)準(zhǔn)化的模型，但是此類軟件方法不能滿足個(gè)性化的需求，適應(yīng)面較小且操作性不高。而將三維掃描技術(shù)應(yīng)用到照片信息中，不僅可以得到個(gè)性化、仿真度高的人體模型，建模的時(shí)效性也會(huì)得到提高。

3.2.2 基于幾何和物理方法的混合服裝建模更加展現(xiàn)服裝的真實(shí)形態(tài)。對(duì)三維網(wǎng)絡(luò)試衣來(lái)說(shuō)，更注重服裝建模的真實(shí)性，而混合建模汲取了幾何、物理建模兩者的優(yōu)點(diǎn)。幾何法能夠迅速生成圖片，而物理方法則能夠進(jìn)行局部的細(xì)化，使得模型的仿真效果加強(qiáng)。

3.2.3 Bezier曲面構(gòu)造法使得試穿效果更加逼真。本文比較傾向于先利用Bezier曲面構(gòu)造方法，完成基于幾何特性的三維服裝剛性曲面構(gòu)造。再利用彈簧—質(zhì)點(diǎn)模型，把服裝的物理屬性加入到三維服裝剛性曲面中，再對(duì)織物的運(yùn)動(dòng)方程進(jìn)行求解和碰撞檢測(cè)處理，最終模擬出三維服裝真實(shí)著裝效果。

目前，對(duì)于三維人體模型創(chuàng)建的技術(shù)方法研究仍在不斷的探索與進(jìn)步中，我們相信在不久的將來(lái)，隨著電子商務(wù)的快速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)試衣技術(shù)必將加快進(jìn)入服裝領(lǐng)域，它將大大提高網(wǎng)上服裝銷售的效率。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展以及虛擬服裝與虛擬人體技術(shù)的進(jìn)步，網(wǎng)上試衣技術(shù)的成功指日可待。

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Analysis and Prospect of Online Virtual Fitting Technology Framework

DingJialing,WangLibing,ZhuangMeiling,ZhangYongmei

(Qingdao University,Qingdao 266071,China)

The current situation of the domestic apparel sales was analyzed,and how to realize the technology framework of virtual fitting system was discussed.The purpose lies in finding the technical route for future clothing electronic commerce.

virtual fitting system;technology framework; virtual human modeling; virtual garment modeling

2014-11-20

山東省科技發(fā)展計(jì)劃項(xiàng)目(2011YD07010)

丁嘉玲(1989—)，女，山東青島人，碩士研究生。

TS941.12

A

1009-3028(2015)01-0042-04