基于Geomagic軟件的人臺特征對比

楊莉

摘 要：人臺表面呈復(fù)雜的曲面組合特征，以特征截面的方式表達不同外型狀態(tài)的人臺特點，基于特征的逆向工程新的方法，運用一種在二維草圖模式下截面特征輪廓線提取與數(shù)字化擬合方法。輔以geomagic工程軟件的測量、截取、擬合、重建、修整等數(shù)字模型處理特點，實現(xiàn)了二維草圖模式下特征輪廓線的特征數(shù)據(jù)點的坐標(biāo)提取，完成不同外觀形態(tài)的人臺特征分析對比。

關(guān)鍵詞：人臺；人臺特征；geomagic工程軟件

中圖分類號：TP391.72 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）02-0016-03

當(dāng)前逆向工程已成為實現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計和快速開發(fā)的重要技術(shù)手段。隨著各種特征技術(shù)的不斷發(fā)展和引進，Geomagic逆向工程已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于各領(lǐng)域。王海南[1]以布依族陶器文物及兩面木質(zhì)地戲面具的保護為例，探討逆向工程技術(shù)在少數(shù)民族文化遺產(chǎn)保護問題中應(yīng)用研究的方法，結(jié)合逆向工程軟件Geomagic studio中曲面造型的功能特點，采用NURBS曲面方法對文物的三維曲面進行重建。韓霞[2]提出了“由Imageware處理點云特征曲線、曲面的建構(gòu)，再由Geomagic Studio整體構(gòu)造產(chǎn)品曲面并輸出加工”的具體方案?？s短新產(chǎn)品的設(shè)計開發(fā)周期，為產(chǎn)品的高效快速開發(fā)與創(chuàng)新設(shè)計探索出一條捷徑。劉妍妍[3]通過對逆向工程中的數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的研究，選取使用3DSS三維照相掃描儀獲取房車前圍頂部的點云數(shù)據(jù)，在Geomagic軟件中完成點云數(shù)據(jù)的前期處理，對基于曲線、曲面的重構(gòu)方法以及光順技術(shù)進行研究。

本文從逆向工程技術(shù)入手，介紹一種快速提取數(shù)字化人臺特征面的方法。通過接收來自測量設(shè)備人臺數(shù)據(jù)，進行一系列的編輯操作，得到品質(zhì)優(yōu)良的人臺曲面曲率數(shù)據(jù)，并通過stl數(shù)據(jù)格式利用點云坐標(biāo)值的表達方式完成人臺1和人臺2的主控因素特征對比。

1 人臺特征面的表述

服裝用人臺的關(guān)鍵點是具有高度的代表性，具備特定的人群體型特征并集中表現(xiàn)人體某些主要成分型態(tài)。劉正，胡淑蓉[4]在三維人體數(shù)據(jù)庫的基礎(chǔ)上，應(yīng)用因子分析，結(jié)合人臺使用以及服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計要求，提取上身人臺制作所需的31個特征部位。所提取的特征部位具有代表性，能體現(xiàn)體型變化規(guī)律，考慮并融合現(xiàn)有人臺使用者的意見。本文以橫向、縱向坐標(biāo)平面為基準(zhǔn)，提取人臺關(guān)鍵特征因素數(shù)據(jù)。

2 利用geomagic軟件提取人臺曲面特征曲率

Geomagic Studio軟件是美國雨滴（Raindrop）公司出品的逆向工程和三維檢測軟件，主要特點是支持多種掃描儀的文件格式的讀取和轉(zhuǎn)換、海量點云數(shù)據(jù)的預(yù)處理、智能化NURBS構(gòu)面等，Geomagic Studio軟件的海量點云數(shù)據(jù)預(yù)處理功能克服了其他同類軟件中對點云數(shù)據(jù)操作時圖形的拓撲運算速度慢、顯示慢等弊端。相比其他逆向軟件，主要功能包括點云數(shù)據(jù)的渲染、濾除噪聲點、多視點云的拼合、數(shù)據(jù)補缺、以及測量物體初始輪廓的確定等等[5]。

2.1 點云數(shù)據(jù)預(yù)處理

Geomagic Studio軟件載入點云數(shù)據(jù)后，首先，圈選刪除掃描時放置物體的平臺造成的大片孤立的點云數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行“減除燥聲”命令，可以自動過濾掉超過設(shè)定閾值的孤立噪聲點。選中模型的兩片局部點云數(shù)據(jù)，使用Manual Registration命令指定特征點來拼合兩片局部點云數(shù)據(jù)，連續(xù)操作完成多視數(shù)據(jù)拼合在同視角下的物體完整的輪廓。對于拼合后的整體點云數(shù)據(jù)設(shè)置一個閾值由軟件自動濾除掉重疊的點云數(shù)據(jù)?？梢允褂肍ill Hole或Add Points命令進行少量數(shù)據(jù)點的修補或增加。Geomagic Studio軟件提供了點云數(shù)據(jù)的精簡命令，通過設(shè)置一個采樣百分比可以將點云數(shù)據(jù)均勻減少[6]。點云數(shù)據(jù)精簡前后如圖1-2所示。

2.2 提取特征曲面

點云數(shù)據(jù)預(yù)處理完成后，將模型的點陣轉(zhuǎn)換為面片模型預(yù)設(shè)特征面的提取，也可在Geomagic Studio軟件中使用自動抽取模型特征、邊界轉(zhuǎn)換成特征線，以直接提取特征部位曲線。為便于特征線的處理，以截面為單位，設(shè)置只顯示同一截面單位的點云數(shù)據(jù)的特征線，對于曲率變化比較大的截面可以增加切割的點云數(shù)量來保留曲面特征。如樣條曲線曲率變化較大，還可以通過增刪曲線上的控制點來對樣條瞳線進行編輯。軟件默認(rèn)的切割平面有x軸、Y軸、z軸的法平面，可以指定一個平面，將與該平面相交的外形特征線提取出來。還可以通過自由指定法方向來確定切割平面?；鶞?zhǔn)胸圍特征截面提取時，選擇法相坐標(biāo)系下的腰圍位置進行橫想平面的重建，然后利用插入特征平面的方式獲取面片草圖模式下的腰圍橫斷面法相平面二維模式。平面的方法獲取腰圍截面如圖3所示。

3 人臺關(guān)鍵特征因素數(shù)據(jù)分析

3.1 人臺關(guān)鍵特征因素數(shù)據(jù)的提取方法

從人臺的高度相關(guān)性出發(fā)，以腰圍平面為基礎(chǔ)面進行主成分高度部位特征提取高度因子：（1）側(cè)頸點至腰圍平面的前后垂直距離表示為前長和后長；（2）側(cè)頸點至同側(cè)乳頭的距離表示為乳高；（3）后頸點至腰圍平面的垂直距離為背長；（4）腰圍平面至臀圍截面的距離表示為臀高。

從人臺的圍度相關(guān)性出發(fā)，以腰圍平面為基準(zhǔn)面進行主控成分圍度部位特征提取圍度因子：（1）腰圍平面垂直向上偏移至胸部最豐滿處為胸圍線位置，提取胸圍圍度長；（2）腰圍平面垂直向上偏移至尖峰點位置處提取肩圍特征面；（3）以腰圍平面垂直距離向下偏移至胸下圍緯度位置，提起胸下圍圍度線；（4）腰圍平面向下垂直偏移至臀部最豐滿處，提取臀圍圍度特征線；（5）腰圍平面向下垂直偏移至臀圍特征線中間1/2處，提取中臀圍圍度特征線。

從人臺的寬度相關(guān)性出發(fā)，以腰圍平面為基準(zhǔn)面進行主控成分寬度特征提取寬度因子：（1）以腰圍平面垂直距離向上偏移至前腋下點位置，提取前胸寬控制部位特征線；（2）以腰圍平面垂直距離向上偏移至后腋下點位置，提取后背寬寬控制部位特征線。

從人臺的特殊部位相關(guān)性出發(fā)，提取特殊部位唯獨特征：（1）由于脖頸可視為上細下粗、后高前低的柱狀體于肩部相接連，頸根圍面并未和腰部平面相平行。因此，提取頸根圍度特征時，可考慮以多個點重新構(gòu)成平面的方式，獲取貼合脖頸圍度的特征線。（2）以肩部特征平面為基準(zhǔn)，提取前后肩斜線特征數(shù)據(jù)。

從人臺縱向特征相關(guān)性出發(fā)，以前后正中心平面為基準(zhǔn)，提取人臺縱向特征曲線：（1）以人臺正中心z軸方向，提取人臺前后中心曲度特征線；（2）以人臺中心平面為基準(zhǔn)，縱向通過乳頭點位、小肩線中點位置、至人臺底部平面，獲取人臺側(cè)面曲度特征。（3）以人臺中心縱向平面為基準(zhǔn)，經(jīng)過人臺厚度側(cè)面位置，做90°垂直方向平面，獲取人臺側(cè)縫線位置特征線曲度特征數(shù)據(jù)。

根據(jù)主控成分因子特征（如表1、2所示）可以得到每個因子數(shù)值的測量幾何范圍，即因子所描述的該測量部位數(shù)字范圍內(nèi)的較強表達方式。

3.2 截面曲線的擬合

本文利用gemagic design軟件的使用方法，獲取截面和人體截面。采用多點擬合的方式，把取點的誤差值設(shè)置為0.5mm的范圍之內(nèi)，進行腰圍面片草圖特征曲線的48個型值點的擬合曲線。擬合圖片對比圖4-5所示。

利用gemagic軟件測量位于人臺1和人臺2的常用控制部位特征截面，如胸圍截面、腰圍截面、臀圍截面、前后中心側(cè)截面、正側(cè)身截面；每截面上48個點云的（x，y）坐標(biāo)值。數(shù)據(jù)采集如表3所示。

4 結(jié)語

在截面輪廓曲線的相關(guān)研究中，Lee Hyun-Young，等[7]利用Rapid Form研究女性乳房乳底輪廓線形態(tài)參數(shù)提取，進行形態(tài)分析。徐小惠，等[8]用Imageware在三維人體點云數(shù)據(jù)中通過人體特征點作截面以及曲線模擬。

本文以橫向、縱向坐標(biāo)系法相平面為基準(zhǔn)，提取人臺關(guān)鍵截面特征因素數(shù)據(jù)進行分析。確定，曲面坐標(biāo)值越大人臺曲度表面的曲率離散性隨之變化；曲線型值點的坐標(biāo)值越相近，人臺曲面的曲率走勢越緩慢，表面特征起伏程度小；截面的幾何形狀境界范圍的百分比值越小，特征平面接近的橢圓形越扁；甚至頸根圍的截面的幾何境界范圍比值超過百分比，顯示頸根圍特征平面于其余截面呈相反橢圓形[9]。因此，利用geomagic逆向軟件可以準(zhǔn)確的把我人臺的曲面特征，以利于更好的分析和確認(rèn)人臺的優(yōu)缺點，在人臺的實際使用過程中更快速選擇合適的人臺模型。

參考文獻：

[1]王海南.逆向工程技術(shù)在貴州少數(shù)民族文化遺產(chǎn)保護中的應(yīng)用研究[D].貴州大學(xué)，2008.

[2]韓霞.基于Imageware、Geomagic Studio的產(chǎn)品逆向設(shè)計[J].北京服裝學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版），2010（03）：31-35+68.

[3]劉妍妍.逆向工程房車設(shè)計[D].鄭州大學(xué)，2014.

[4]劉正，胡淑蓉.基于三維人體測量上身人臺特征部位的提取[J].浙江科技學(xué)院學(xué)報，2009（5）.

[5]劉立晶，楊慧.基于 Geomagic Design 軟件的導(dǎo)種管三維逆向工程設(shè)計[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2015（11）：40-45.

[6]胡影峰.HU Ying-feng Geomagic Studio軟件在逆向工程后處理中的應(yīng)用[J].制造業(yè)自動化，2009（9）.

[7]Lee Hyun-Young ，Kyunghi Honga， Measurement protocol of womens nude breasts using 3Dscanning technique[J].Applied Ergonomics，2004（35）：353-359.

[8]徐小惠.基于人體特征的緊身原型領(lǐng)、袖曲線生成規(guī)則研究[D].蘇州大學(xué)，2011.

[9]劉紅，張明，陳東生，等.標(biāo)準(zhǔn)女體胸圍曲線研究[J].紡織學(xué)報，2011（2）：117-120.