虛擬試衣技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用

雷啟然,尚笑梅

(蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院,江蘇蘇州 215006)

隨著網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展和人們消費(fèi)方式的進(jìn)步，越來(lái)越多的人選擇網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物這一購(gòu)物形式，諸多服裝品牌在網(wǎng)絡(luò)營(yíng)銷模式中運(yùn)用虛擬試衣這一技術(shù)手段。虛擬試衣可以作為線上消費(fèi)者購(gòu)買服裝的決策工具，令消費(fèi)者在網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物過(guò)程中獲得較為真實(shí)的試衣感受。在線下店鋪，虛擬功能也能讓消費(fèi)者快速地進(jìn)入虛擬模式之中，增加了在實(shí)體店中消費(fèi)者購(gòu)物的樂(lè)趣[1]。隨著技術(shù)的進(jìn)步，虛擬試衣系統(tǒng)不再僅僅是一個(gè)簡(jiǎn)單的輔助工具，它的發(fā)展為服裝行業(yè)注入了新鮮的力量，開(kāi)辟出一種新的思路，對(duì)于服裝營(yíng)銷模式和顧客消費(fèi)心理的改變也起著重要作用。

1 虛擬試衣技術(shù)及應(yīng)用

混合現(xiàn)實(shí)(Mixed Reality)近年來(lái)很受歡迎，可以用于很多領(lǐng)域。混合現(xiàn)實(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)虛擬世界與真實(shí)世界的結(jié)合，創(chuàng)造出虛擬物體與實(shí)物共存的新環(huán)境，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)互動(dòng)?；旌犀F(xiàn)實(shí)包括增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(Augmented Reality)和虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual Reality)。增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)和虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)的不同之處在于，AR是在真實(shí)空間中對(duì)于虛擬物體或環(huán)境的模擬，而VR涉及真實(shí)的人在虛擬環(huán)境中的運(yùn)動(dòng)[2]。

虛擬試衣是基于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)產(chǎn)生的一種用戶體驗(yàn)技術(shù)。試衣軟件依賴于計(jì)算機(jī)的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行識(shí)別和擬合，如人臉識(shí)別技術(shù)、圖像識(shí)別技術(shù)等，使消費(fèi)者能夠感受到服裝的實(shí)際穿著效果，有助于消費(fèi)者做出購(gòu)買決策，提高消費(fèi)者的購(gòu)物滿意度，增加所購(gòu)買服裝的合體性，減少購(gòu)買時(shí)間成本。

虛擬試衣系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)過(guò)程包含人體建模和服裝模擬兩個(gè)部分。實(shí)體建模和曲面建模是目前人體建模中采用較為廣泛的兩種形式[3-4]，實(shí)體建模不僅對(duì)于三維人體表面進(jìn)行描述，而且對(duì)于模型內(nèi)部實(shí)心部分也進(jìn)行了表達(dá)，這種方法提供了人體幾乎所有的拓?fù)浜蛶缀涡畔?。但是這種方法運(yùn)算量大，且運(yùn)算速度緩慢。曲面建模主要模擬人體表面的信息，對(duì)于人體內(nèi)部實(shí)心部分并沒(méi)有進(jìn)行明確的定義[5]。

對(duì)于服裝模擬，虛擬試衣系統(tǒng)有三種不同的模式。第一種采用動(dòng)畫模式模擬虛擬試衣，系統(tǒng)為人體和服裝做出動(dòng)畫模型。用戶選擇喜歡的服裝并輸入自己的體型數(shù)據(jù)。系統(tǒng)根據(jù)用戶自定義的體型數(shù)據(jù)改變?nèi)梭w模型。試衣屏幕上能夠全景展出動(dòng)態(tài)的試衣效果，如轉(zhuǎn)圈、跑跳等。這種方式模擬真實(shí)，代入感很強(qiáng)；第二種模式為貼圖模式。制作服裝的2D圖片并利用體感技術(shù)捕捉用戶的動(dòng)作。用戶抓取完成后，將制作好的2D圖片放置在人體上。在這種模式下，服裝可以跟隨用戶的動(dòng)作而改變，但只能展示服裝的正面效果；第三種模式為拍照模式。系統(tǒng)對(duì)于用戶和服裝分別拍照后合成試衣圖片。這種模式響應(yīng)時(shí)間短，但試衣真實(shí)性欠缺。

目前，國(guó)外虛擬試衣技術(shù)的發(fā)展較為成熟。瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的MIRALAB 實(shí)驗(yàn)室對(duì)此做了很多研究，研發(fā)出了服裝仿真系統(tǒng)。韓國(guó)首爾大學(xué)開(kāi)發(fā)出的DC-Suit系統(tǒng)也被廣泛使用。諸多公司也開(kāi)發(fā)出許多虛擬試衣系統(tǒng)，如格博3D試衣系統(tǒng)(Accu Mark V-Stitcher)，法國(guó)Lectra公司的Moders V7系統(tǒng)，韓國(guó)的CLO 3D系統(tǒng)等。國(guó)內(nèi)也有一些公司開(kāi)發(fā)虛擬試衣軟件，如杭州的首家虛擬試衣間開(kāi)發(fā)商森動(dòng)數(shù)碼，廣州新節(jié)奏智能科技公司開(kāi)發(fā)出了線下店鋪3D試衣鏡系統(tǒng)，惠州奧獅網(wǎng)絡(luò)科技有限公司開(kāi)發(fā)出了在線3D試衣間軟件等。除了虛擬試衣軟件之外，還有一些基于Web的虛擬試衣功能，即虛擬試衣網(wǎng)站。如加拿大的網(wǎng)站My virtual model、英國(guó)的Fits .me均應(yīng)用于各大服裝品牌的線上店鋪。而國(guó)內(nèi)在這方面表現(xiàn)出色的網(wǎng)站有上海試衣間信息科技有限公司發(fā)布的“好買衣”以及“和炫試衣”[6]等。

2 虛擬試衣技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方式

實(shí)現(xiàn)虛擬試衣技術(shù)的關(guān)鍵技術(shù)很多，對(duì)于服務(wù)器和客戶端需要不同的模塊。服務(wù)器需要體型、服裝、動(dòng)作捕捉、背景場(chǎng)景等相關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)，客戶端則需要人體和服裝號(hào)型調(diào)整模塊和實(shí)時(shí)服裝仿真模塊等構(gòu)成模塊[7]。不同的虛擬試衣系統(tǒng)采用不同的方式實(shí)現(xiàn)，現(xiàn)在此簡(jiǎn)述幾個(gè)有特點(diǎn)的虛擬試衣系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式。

2.1 基于Kinect的虛擬試衣系統(tǒng)

Kinect是微軟XBOX360體感周邊外部設(shè)備的名字，于2010年6月14日正式發(fā)布，它能夠追蹤用戶的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)。在虛擬試衣系統(tǒng)中，Kinect作為追蹤設(shè)備，能夠監(jiān)控到用戶的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，同時(shí)測(cè)量用戶的身體數(shù)據(jù)。Kinect設(shè)備具有識(shí)別用戶骨骼的功能，設(shè)備選取控制骨骼活動(dòng)的20個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)建立骨骼模型。與普通網(wǎng)絡(luò)攝像頭相比，Kinect設(shè)備精度高，速度快，并且可以追蹤用戶的骨骼運(yùn)動(dòng)。

圖1 Kinect骨骼模型的20個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)

很多的研究者通過(guò)Kinect設(shè)備進(jìn)行了虛擬試衣系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)。L.Lysandra[8]采用虛擬人偶來(lái)表示用戶的骨骼信息，通過(guò)測(cè)量人體肩膀在空間中的距離調(diào)整服裝的大小。根據(jù)用戶姿態(tài)控制三維服裝模型，并能夠顯示實(shí)時(shí)視頻圖像。唐勇等人[9]采用Kinect設(shè)備獲得人體數(shù)據(jù)和圖像后，利用最近領(lǐng)域值法提取出人體輪廓深度的信息，并且采用雙邊濾波法對(duì)于提取出的輪廓邊緣進(jìn)行了處理。在服裝和動(dòng)作模擬方面，采用約束方程處理布料的拉伸變形和碰撞，采用骨骼矩陣變換實(shí)現(xiàn)了虛擬人物的運(yùn)動(dòng)。最終實(shí)現(xiàn)了Kinect驅(qū)動(dòng)的實(shí)時(shí)虛擬人物試衣，并且增強(qiáng)了虛擬試衣的真實(shí)感，提升了試衣過(guò)程中的實(shí)時(shí)性。張曉麗等人[10]針對(duì)裙子類服飾實(shí)現(xiàn)了利用Kinect設(shè)備完成的360°試衣，進(jìn)行人臉檢測(cè)判斷身體的前后面，并在關(guān)節(jié)深度坐標(biāo)發(fā)生跳變時(shí)糾正數(shù)據(jù)。

國(guó)外也有許多學(xué)者基于Kinect設(shè)備進(jìn)行虛擬試衣系統(tǒng)研究，Hauswiesner[11]使用多個(gè)攝像頭捕捉用戶的服裝，提取服裝輪廓并模擬服裝，測(cè)量輪廓差和相似性，利用標(biāo)準(zhǔn)算法搜索空間并且制定用戶的位置，采用基于圖像的可視Hall算法提取深度圖。用戶在該試衣系統(tǒng)內(nèi)可以從任意角度觀察自己和服裝，并且可以任意移動(dòng)，就像照鏡子一樣。Chang等人[12]將Microsoft XNA Framework作為開(kāi)發(fā)平臺(tái)，使用2臺(tái)Kinect設(shè)備測(cè)量用戶體型，位置分別在側(cè)面和后面。試衣系統(tǒng)能夠模擬疊加在用戶身上的服裝，形成可以追隨用戶動(dòng)作的服裝3D模型。Yolcu等人[13]采用Kinect設(shè)備追蹤用戶骨骼模型，連接骨架與虛擬服裝，將2D服裝疊加在用戶身上。用戶可以在屏幕上直接看到自己的鏡像。Wang[14]主要建立了關(guān)于手提包的虛擬系統(tǒng)，采用Kinect設(shè)備“輪廓跟蹤”算法從背景中提取用戶，并且強(qiáng)化手臂顯示，在3D模型和人體之間利用物理屬性進(jìn)行交互。用戶每次變換動(dòng)作都可以顯示虛擬的手提包模型，該模型可以跟隨用戶的手臂運(yùn)動(dòng)。系統(tǒng)可以模擬用戶虛擬環(huán)境中的背景。Yuan[15]開(kāi)發(fā)的虛擬試衣系統(tǒng)是將3D服裝模型疊加到3D人體模型上，并且能夠根據(jù)使用者面頰部分的膚色模擬身體剩余部位的膚色，使得3D人體模型與用戶有相同的膚色，更加增添真實(shí)感。

2.2 基于Android平臺(tái)的虛擬試衣系統(tǒng)

智能手機(jī)的發(fā)展改變了人們的生活方式，使人們能夠隨時(shí)隨地開(kāi)啟網(wǎng)絡(luò)生活，為人類的生活帶來(lái)了更多的便利。由于智能手機(jī)出眾的便攜性，人們開(kāi)始逐漸偏向于使用智能手機(jī)替代傳統(tǒng)的個(gè)人筆記本上網(wǎng)。網(wǎng)絡(luò)購(gòu)物的飛速發(fā)展增加了虛擬試衣的需求。Android平臺(tái)是目前較為主流的手機(jī)操作系統(tǒng)平臺(tái)，基于Android平臺(tái)的虛擬試衣系統(tǒng)打破了原有虛擬試衣系統(tǒng)的空間和時(shí)間上的束縛，帶來(lái)了更多的便利，為虛擬試衣系統(tǒng)提供了新的方向。

手機(jī)端的虛擬試衣系統(tǒng)大多運(yùn)用建模技術(shù)，通過(guò)用戶身體數(shù)據(jù)和面部特征建立虛擬模型，將虛擬服裝疊加到虛擬模型身上實(shí)現(xiàn)試衣效果。虛擬試衣APP按照最終呈現(xiàn)維度分類，可分為二維試衣和三維試衣兩種模式。其中二維試衣的發(fā)展較為成熟，操作較為簡(jiǎn)單，并且整體性強(qiáng)；但二維試衣僅能展示正面的平面效果，實(shí)用性不強(qiáng)。三維試衣技術(shù)起步較晚，其中一種方式是通過(guò)獲取用戶身體數(shù)據(jù)并以此為基礎(chǔ)建模獲得試衣效果，另一種方式是進(jìn)行AR虛擬試衣。目前市場(chǎng)上以二維模式呈現(xiàn)的試衣APP有好買衣、Zugara等，以三維模式的試衣APP有和炫試衣、優(yōu)衣庫(kù)試衣間等。還有大多數(shù)APP采用圖像技術(shù)呈現(xiàn)二維試衣效果，多以換裝游戲?yàn)橹?，名為換裝實(shí)則換臉，娛樂(lè)性較強(qiáng)，但是試衣效果過(guò)于虛擬，遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能達(dá)到真實(shí)的試穿效果[16]。

基于Android平臺(tái)的虛擬試衣存在著許多研究，Martin等人[17]提出了針對(duì)個(gè)人電腦和移動(dòng)設(shè)備的虛擬試衣應(yīng)用，針對(duì)檢測(cè)用戶身體大小、人臉檢測(cè)和服裝疊加提出了三種算法，克服了多數(shù)虛擬試衣系統(tǒng)硬件的缺點(diǎn)，只要設(shè)備有一個(gè)攝像頭就能完成虛擬試衣。徐雪麗[18]采用基于示例驅(qū)動(dòng)的虛擬試衣機(jī)制，建立小型人體數(shù)據(jù)庫(kù)，根據(jù)用戶身體數(shù)據(jù)檢索出最適合用戶體型的試衣模型，并且用戶頭部可以與模特身體進(jìn)行幾何變換，實(shí)現(xiàn)用戶頭像移植，增強(qiáng)試衣真實(shí)感。該虛擬試衣系統(tǒng)以四方向循環(huán)的模式觀看試衣結(jié)果，每一循環(huán)單位為 90°，提供了多角度的試衣展示。胡婉月等人[19]基于Android平臺(tái)提出了系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的不同模塊：客戶端模塊中包含了購(gòu)物APP中常見(jiàn)的注冊(cè)登錄、商品搜索、商品瀏覽、虛擬試衣、商品購(gòu)買、訂單管理、購(gòu)物車和收藏夾等內(nèi)容；后臺(tái)管理員模塊包括用戶管理、商品管理、后臺(tái)管理和flash管理等內(nèi)容；針對(duì)于移動(dòng)終端試衣系統(tǒng)提出了基本流程設(shè)計(jì)圖。

2.3 基于草圖的虛擬試衣系統(tǒng)

虛擬試衣系統(tǒng)通常情況下是為了滿足消費(fèi)者的試衣需求，在獲得消費(fèi)者的身體數(shù)據(jù)之后將服裝與消費(fèi)者的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，完成試衣過(guò)程。然而隨著科技的發(fā)展，虛擬試衣已經(jīng)不再只是面向消費(fèi)者，研究人員給予了虛擬試衣系統(tǒng)更多的可能性，基于草圖的虛擬試衣系統(tǒng)便是其中一例。

基于草圖的虛擬試衣系統(tǒng)滿足了服裝設(shè)計(jì)師的需求。服裝設(shè)計(jì)師的任務(wù)之一是設(shè)計(jì)出新穎好看的服裝，畫出服裝設(shè)計(jì)圖。然而從設(shè)計(jì)師的草圖到最后的成衣之間需要很多制作步驟，很難直接通過(guò)草圖判斷成衣的效果?；诓輬D的虛擬試衣系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)師的手繪草圖直接到3D人物穿著圖的改變，節(jié)省了大量的時(shí)間。這種系統(tǒng)一般采用手繪界面(Sketch-Based Interfaces for Modeling：SBIM)的建模方式，界面對(duì)于服裝設(shè)計(jì)師非常友好，符合設(shè)計(jì)師平時(shí)的手繪習(xí)慣。Turquin等人[20-21]據(jù)此提出了一個(gè)簡(jiǎn)單的交互界面，實(shí)現(xiàn)了虛擬服裝創(chuàng)作的應(yīng)用程序。用戶可以畫出服裝正面或者背面的輪廓，系統(tǒng)對(duì)于服裝的整體形狀做出合理的幾何判斷，利用2D服裝輪廓到人物模型的距離來(lái)推斷3D虛擬服裝的位置，并且設(shè)計(jì)出折疊模式(folding mode)來(lái)處理服裝的垂墜、褶裥等效果，使虛擬服裝更加真實(shí)。蔣娟芬[22]設(shè)計(jì)了交互式的二維服裝手繪界面，研究了從二維到三維的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，提出了二維手繪線條的擬合方法和三維服裝模板的建立方法，在服裝的懸垂性和褶皺形態(tài)實(shí)現(xiàn)方面采用了網(wǎng)格細(xì)分和表面變形技術(shù)，最終完成了能夠?qū)⒍S手繪圖轉(zhuǎn)變?yōu)橥瑯?gòu)三維虛擬服裝造型的界面。浙江大學(xué)的黃成華[23]也實(shí)現(xiàn)了基于草圖的虛擬試衣界面。通過(guò)人體模型的坐標(biāo)調(diào)整、特征識(shí)別和表面重建實(shí)現(xiàn)了三維人體模型的預(yù)處理，從服裝草圖中提取相關(guān)信息驅(qū)動(dòng)服裝曲面變形，并且研究了服裝曲面的變形算法。對(duì)于服裝運(yùn)動(dòng)過(guò)程中與身體發(fā)生的不可避免的碰撞進(jìn)行分類，提煉出了服裝中存在的三種真實(shí)的碰撞情況。采用不同的檢測(cè)算法處理不同的情況，使服裝碰撞模擬更加真實(shí)。

針對(duì)基于草圖這一思路，也衍生出基于草圖的檢索系統(tǒng)。葉佩[24]實(shí)現(xiàn)了通過(guò)用戶手繪結(jié)果進(jìn)行輸入，尋找出與之相似服裝圖片的檢索系統(tǒng)。劉俊中等人[25]實(shí)現(xiàn)了勾畫草圖后能夠同步匹配推薦相似服裝圖紙的推薦系統(tǒng)。

3 結(jié)語(yǔ)

作為服裝CAD系統(tǒng)的一部分，虛擬試衣的應(yīng)用對(duì)于消費(fèi)者而言主要是服裝線上以及線下的虛擬體驗(yàn)，對(duì)于服裝企業(yè)而言主要應(yīng)用于服裝新產(chǎn)品開(kāi)發(fā)和試樣，目前已經(jīng)取得了一部分成果，并且被多個(gè)服裝品牌使用。但在現(xiàn)階段，虛擬試衣的技術(shù)還不夠成熟，仍舊存在一些問(wèn)題，如線上試衣過(guò)程中如何采用消費(fèi)者現(xiàn)有的設(shè)備準(zhǔn)確地獲取消費(fèi)者身體尺寸；如何解決服裝和人體匹配問(wèn)題，做到正確推薦尺碼；布料模擬過(guò)程如何做到真實(shí)的同時(shí)減少模擬所需的時(shí)間，做到快速響應(yīng)；如何在盡量少借助外部體感設(shè)備的情況下實(shí)現(xiàn)360°試衣展示等等。但無(wú)論如何，虛擬試衣仍舊是服裝行業(yè)發(fā)展的一個(gè)新思路，提高了這一領(lǐng)域的數(shù)字化與智能化，具有極大的現(xiàn)實(shí)意義和廣闊的發(fā)展前景。