三維服裝CAD中關(guān)鍵技術(shù)的特征和方法

2013-05-23 by:廣州有限元分析、培訓(xùn)中心-1CAE.COM 來源:仿真在線

徐軍何梅娟來源:萬方數(shù)據(jù)
關(guān)鍵字:服裝CAD 人體測量服裝人體建模三維/二維轉(zhuǎn)化虛擬服

圍繞三堆人體測量技術(shù)、服裝人體建模方法、虛擬服裝展示以及三維服裝展成二維衣片4項(xiàng)關(guān)健技術(shù),對(duì)其特征和實(shí)現(xiàn)方法作了總結(jié)和展望,提出基于網(wǎng)絡(luò)的人體模型的快速生成、基于織物物理特性的虛擬服裝的建立和服裝——人體的碰撞檢測等技術(shù)都將是未來研究的重點(diǎn)。

服裝CAD技術(shù)研究出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代,美國于1972年研制出世界上第一套服裝CAD系統(tǒng)—MARCON系統(tǒng).在隨后30多年里,美國、歐洲以及日本等國家和地區(qū)陸續(xù)開發(fā)出了許多優(yōu)秀的服裝CAD系統(tǒng),如美國的GERBER、法國的LECTRA、日本的JUKI,瑞士的ALXS以及德國ASSYST等,國內(nèi)服裝CAD系統(tǒng)研究起步較晚,20世紀(jì)80年代中后期先后出現(xiàn)了航天710研究所的Arias,、杭州“愛科”、北京輕工業(yè)學(xué)院研究的BILL等服裝CAD系統(tǒng)以及浙江大學(xué)“智能服裝CAD設(shè)計(jì)及面料設(shè)計(jì)系統(tǒng)”.目前市場上的服裝CAD產(chǎn)品主要集中在二維平臺(tái)上放碼、排料、款式設(shè)計(jì)、樣板設(shè)計(jì)和試衣等幾項(xiàng)功能,二維服裝CAD技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟.但是建立在三維平臺(tái)上的三維服裝CAD技術(shù)——三維人體測量、尺寸信息提取、服裝設(shè)計(jì)、虛擬試衣以及基于互聯(lián)網(wǎng)的訂做、銷售和展示等技術(shù)方面尚處于研究階段.國際上有許多研究機(jī)構(gòu)都在大力開發(fā)這一領(lǐng)域的技術(shù),比如瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的MIRA實(shí)驗(yàn)室和美國俄亥俄州立大學(xué)的Dautennan CAD實(shí)驗(yàn)室,美國軍隊(duì)后勤部門從1994年起就啟動(dòng)了能推進(jìn)美國服裝工業(yè)信息化的名為"ApparelRe search Network"的項(xiàng)目,三維的服裝技術(shù)是其中重要的部分.我國的香港理工大學(xué)、北京服裝學(xué)院、杭州“愛科”等近年來也開始了服裝三維覆蓋模式款式試衣系統(tǒng)的開發(fā)和研究.當(dāng)前三維服裝CAD技術(shù)研究的熱點(diǎn)主要集中在三維人體測量技術(shù)、三維服裝人體的建模技術(shù)、虛擬服裝展示和三維服裝展成二維衣片等方面.

   1 三維人體測景技術(shù)

人體測量方法可分為3大類:傳統(tǒng)二維測量、接觸式三維測量儀測量和非接觸三維自動(dòng)測量方法.傳統(tǒng)的二維手工測量方法過于粗略,不能充分反映人體的三維體型特征,不能滿足三維CAD建模的數(shù)據(jù)要求,而接觸式三維測量儀測量是利用角度計(jì)、測高計(jì)、測距計(jì)和滑動(dòng)計(jì)機(jī)械式測量儀,依據(jù)測量基準(zhǔn)對(duì)人體進(jìn)行接觸測量的方法,可以測量出人體表面相關(guān)點(diǎn)的三維坐標(biāo),獲得較細(xì)致的三維人體數(shù)據(jù).但這種接觸測量時(shí)間比較長,會(huì)使被測者感到疲勞和窘迫,不利于三維CAD系統(tǒng)對(duì)三維人體數(shù)據(jù)獲取的建模處理非接觸三維人體自動(dòng)測量作為現(xiàn)代圖像測量技術(shù)的一個(gè)分支,是以現(xiàn)代光學(xué)為基礎(chǔ),融光電子學(xué)、計(jì)算機(jī)圖像學(xué)、信息處理、計(jì)算機(jī)視覺等科學(xué)技術(shù)為一體的三維測量技術(shù),主要實(shí)現(xiàn)方法有光學(xué)圖樣法和基于圖像傳感器的光電法.目前的非接觸三維人體測量方法主要以光電和激光為基礎(chǔ),具體分為立體攝影測量、激光測量法、莫爾條紋測量法、TC2分層輪廓測量法和投影條紋相位測量法等.

    1.1 立體攝影測量方法

立體攝影測量方法運(yùn)用計(jì)算機(jī)視覺中的雙目成像原理,利用CCD攝像機(jī)獲取一個(gè)三維人體的二維圖像(實(shí)際空間坐標(biāo)和攝像機(jī)像平面坐標(biāo)系之間的二維圖像),提取出能完整表述人體的特征參數(shù),綜合出人體特征線等服裝用線的三維坐標(biāo).英國Lourhborouhg大學(xué)于1989年研制的Lourhborouhg人體陰影掃描裝置就相當(dāng)于立體攝影測量法.把投影在站立不動(dòng)的人身上的光線用電視攝影機(jī)錄下來,身體由一系列橫切面表達(dá),并以平面方式各用16點(diǎn)位曲線表示.此程序重復(fù)32片平面,每一片與有關(guān)骨骼標(biāo)記相關(guān)聯(lián),重建三維身體的表面模型.英國Lourhborouhg大學(xué)與馬莎百貨公司及Courtaulds內(nèi)衣公司聯(lián)合利用其Lourhborouhg人體掃描儀收集三維人體數(shù)據(jù),建立了三維人體的表面模型.

    1.2 激光測量法

激光測量法是一種掃描線法,由多個(gè)激光測距儀在不同方位接收激光在人體表面的反射光,根據(jù)受光位置、時(shí)間間隔、光軸角度計(jì)算出人體同一高度若干的坐標(biāo)值,從而得到人體表面的全部數(shù)據(jù).該方法是利用激光的掃描系統(tǒng)在20世紀(jì)70年代末和80年代初研制出來的.1977年Clerget等人用一束掃描激光照亮物體;1985年Limey等使用兩束垂直激光束隨同一臺(tái)電視攝像機(jī)一起測量用于畸齒矯正等;1985年Addleman研制出今日作為英國Cyberware公司上市的掃描激光束系統(tǒng),此系統(tǒng)就是應(yīng)用激光掃描三維測量技術(shù)獲取三維影像的,盡管它能獲取除被姿勢隱藏的部位以外的人體各處的三維數(shù)據(jù)以及人體模型,但系統(tǒng)所獲取的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了服裝行業(yè)的要求,另外還要從掃描的人體數(shù)據(jù)中提取服裝設(shè)計(jì)所需要的特征尺寸同,增加了數(shù)據(jù)利用的成本.

    1.3 莫爾條紋測量法

Meadows等人在1975年提出了莫爾輪廓法,后來又在此基礎(chǔ)上相繼提出了影像莫爾法、投影莫爾法、掃描莫爾法以及它們的改進(jìn)方法.莫爾條紋測量法即投影莫爾法.是人體三維輪廓測量的一種方法,通過一塊基準(zhǔn)光柵來檢測輪廓面的影柵或像柵,并根據(jù)莫爾圖案分布規(guī)律推算出輪廓形狀,應(yīng)用光柵陰影和光柵形成的莫爾條紋等高線得出體表的凹凸、斷面形狀、體形展開圖等體型信息因計(jì)算機(jī)自動(dòng)處理時(shí)難以自動(dòng)確定條紋峰值、條紋級(jí)數(shù)和人體表面的凹凸性,故此方法雖適用于人體曲面測量,但測量精度不夠高,而近期學(xué)者提出的投影光柵相位測量技術(shù)改進(jìn)了上述不足.

    1.4 TC2分層輪廓測量法
TC2分層輪廓測量法是TC2美國紡織及服裝技術(shù)中心用白光投射正弦曲線在物體上,在不規(guī)則的物體表面形成密柵影子變形,此時(shí)產(chǎn)生的圖樣可表述體表輪廓.用6部攝影機(jī)從不同的角度進(jìn)行檢測,將影像合并成為完整的圖像,從而完成檢測工作.其代表產(chǎn)品是TC2公司的PMP系統(tǒng),通過對(duì)人體4.5萬數(shù)據(jù)點(diǎn)的掃描,能迅速獲取人體數(shù)據(jù),精確全面的反映人體體形情況.同Cyberware系統(tǒng)一樣,該測量技術(shù)也是測量數(shù)據(jù)過多,并且需要提取服裝設(shè)計(jì)所需的特征尺寸.

    1.5 投影條紋相位測量法

此方法是基于光學(xué)干涉的相位測量技術(shù),根據(jù)光的振動(dòng)形式可把相位法測量法分為橫波相位法和縱波相位法.橫波相位法是每個(gè)偏移光柵預(yù)設(shè)距離相變方向上的傳感器都獲得4幅圖像,每個(gè)傳感器都投射同等數(shù)量位移的正弦模式光,通過使用捕獲的4幅圖像,可決定每個(gè)像素點(diǎn)的相位,然后用相位計(jì)算三維數(shù)據(jù)點(diǎn),從而得到全部數(shù)據(jù).縱波相位法是基于干涉原理的相位測量技術(shù),先把光柵投影到人體表面,攝取人體前后投影光柵的相位變化,最終取得人體三維信息.近年來,由總后軍需裝備研究所和北京服裝學(xué)院共同研制的“人體尺寸測量系統(tǒng)”就是應(yīng)用“雙視點(diǎn)投影光柵三維測量”原理,通過普通白色光源攝取人體前后投影光柵的相位變化來取得人體三維信息的.通過數(shù)據(jù)處理,可以獲取服裝設(shè)計(jì)所需要的尺寸,并可根據(jù)需要獲取人體圖像上任一點(diǎn)的三維坐標(biāo).由于國外三維人體掃描系統(tǒng)價(jià)格昂貴,所以研發(fā)此類運(yùn)行可靠、成本低廉、具有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的人體測量系統(tǒng).具有重要意義.

目前,Telmat和ImageTwin系統(tǒng)已與Gerber Technology公司的量體定制軟件成功結(jié)合,而Cyberware等掃描系統(tǒng)也相繼開發(fā)出允許從3維掃描數(shù)據(jù)自動(dòng)析取尺寸的軟件.很明顯,非接觸式人體測量方法快速、準(zhǔn)確、效率高,并且可以直接從圖像中提取有用的數(shù)據(jù)信息,運(yùn)用到三維服裝CAD系統(tǒng)中,能實(shí)現(xiàn)人體測量和服裝設(shè)計(jì)的一體化.
2 三維人體模型的建立方法

三維人體模型的建立是三維服裝CAD的基礎(chǔ),是進(jìn)行三維服裝設(shè)計(jì)和虛擬服裝展示的平臺(tái)所以建立適合服裝的人體模型始終是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和三維服裝CAD領(lǐng)域的研究熱點(diǎn).人體建模技術(shù)發(fā)展到現(xiàn)在,適合服裝人體的建模方法主要有以下幾種:多面體建模、基于特征的人體曲面建模、參數(shù)化建模和以網(wǎng)格邊界線為連續(xù)條件的三維人體建模.

    2.1 多面體建模

多面體建模是從構(gòu)造多面體開始,對(duì)多面體的任意一個(gè)面、棱邊、頂點(diǎn)進(jìn)行局部修改,從而構(gòu)造一個(gè)與實(shí)體外形相似的多面體(即基本立體),然后通過類似于磨光的處理,自動(dòng)產(chǎn)生自由曲面的控制頂點(diǎn),并拼接成所需的形狀.它是一種根據(jù)設(shè)計(jì)者的構(gòu)思來進(jìn)行局部處理并生成人體模型及曲面的方法,可以靈活地進(jìn)行人體形狀設(shè)計(jì).多面體人體建模首先將產(chǎn)生一個(gè)由直線和平面所組成的基本立體,作為人體形狀的原型,再由基本立體產(chǎn)生曲線模型,最后在曲線模型的基礎(chǔ)上,用參數(shù)曲面進(jìn)行擬合.目前CAD系統(tǒng)中的曲面多是以三角面片逼近的方法繪制的,以圖形交換文件(*.DXF)存儲(chǔ),用OpenGL可方便地開發(fā)顯示曲面,并可以通過DXF格式文件實(shí)現(xiàn)不同CAD系統(tǒng)之間的圖形信息交換.

    2.2 基干特征的人體曲面建模

最初的三維人體模型采用的是Bezier曲面模型,但此方法不具有局部特性且存在拼接方面的困難.Gordon和Riesenfeld改進(jìn)Bezier方法為B樣條曲線曲面方法,具體表現(xiàn)為特征化曲面建模和參數(shù)化曲面建模.目前,國內(nèi)張瑞云等采用曲面建模方法對(duì)服裝CAD中的人體曲面進(jìn)行了研究,而吳劍潔等人則采用的是基于特征的人體曲面建模方法.基于特征的人體曲面建模是根據(jù)人體的特殊性.將人體模型劃分為頭、上中下部軀干、左右臂、左右手、左右腳等基本的結(jié)構(gòu)特征,每一部分都有自己的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和造型方法.為了表達(dá)出人體模型中指定的特征和人體模型的較細(xì)節(jié)幾何特點(diǎn),把造型特征分為主要造型特征和輔助造型特征.對(duì)于上臂等曲面關(guān)系較簡單的人體部位和對(duì)于頭部曲面等造型復(fù)雜但在服裝CAD中曲面信息不是很重要的部位,可只通過主要造型特征控制生成曲面輪廓.對(duì)于臀部等在服裝設(shè)計(jì)中十分重要而又造型復(fù)雜的部分,就要在主要造型特征的基礎(chǔ)上增加其他輔助造型特征處理,其定義與使用的造型方法有關(guān).該方法的優(yōu)點(diǎn)在于:它使得人體模型的曲面建模更加靈活,可以針對(duì)人體模型不同部位的幾何特征,選擇最適合的曲面建模方法,而不必拘泥于某一種曲面表達(dá)方式.

    2.3 參數(shù)化人體建模

不管是多面體建模還是基于特征的人體曲面建模,采用這兩種方法建立的人體模型在定型后都難以修改.如果需要不同體型、不同尺寸的人體模型,就要重新建立,會(huì)浪費(fèi)大量的人力和財(cái)力.參數(shù)化建模方法就是為了避免重復(fù)建模工作產(chǎn)生的.參數(shù)化方法作為機(jī)械CAD的關(guān)鍵技術(shù),開始于20世紀(jì)60年代,目前在服裝CAD中主要采用基于特征的參數(shù)化設(shè)計(jì)思想建立人體模型,這是基于傳統(tǒng)的幾何建模方法上的一種更為抽象化的建模方法.它以抽象的特征參數(shù)表達(dá)復(fù)雜的人體外部幾何特征,所以采用基于特征的參數(shù)化方法建立人體模型關(guān)鍵是人體特征及其相關(guān)尺寸的變量化描述和約束關(guān)系的建立.這種方法完全用變量符號(hào)(或參數(shù))定義設(shè)計(jì)人體模型的定位尺寸和形狀尺寸,根據(jù)人體特征建立人體各部位之間的約束關(guān)系,通過人體參數(shù)控制尺寸能改變?nèi)梭w模型,即不用修改人體模型本身就能得到全新的人體模型.這樣不僅節(jié)約了70%-90%的重復(fù)設(shè)計(jì)時(shí)間,還使設(shè)計(jì)結(jié)果的變化更方便、快捷.參數(shù)化建模方法作為一種新的幾何建模發(fā)展方向,受到越來越多的重視.浙江大學(xué)人工智能研究所的秦可等人利用對(duì)三角網(wǎng)格表示的三維人體模型進(jìn)行參數(shù)化信息提取等方式對(duì)服裝人體的參數(shù)化研究已經(jīng)取得了初步的研究成果,但該研究只是針對(duì)站立姿勢的人體模型,尚需進(jìn)一步地將骨骼驅(qū)動(dòng)機(jī)制與參數(shù)化結(jié)合起來.

    2.4 以網(wǎng)格邊界線為連續(xù)條件的三維人體建模

用表面造型法作為人體造型的主要框架,結(jié)合樣條曲線和三角面片的拼接能實(shí)現(xiàn)以網(wǎng)格邊界線為連續(xù)條件的三維人體重構(gòu).通過構(gòu)造橫向和縱向的B樣條曲線,形成三維的空間樣條體系,由兩個(gè)軸向的B樣條曲線離散化出構(gòu)造三維人體曲面造型的三角面片的基元的各個(gè)頂點(diǎn).通過這些頂點(diǎn)利用具有法向量的三角面片就能重構(gòu)出三維人體,并可在此基礎(chǔ)上進(jìn)行人體的顯示和后續(xù)處理J匕京服裝學(xué)院的李輝已經(jīng)運(yùn)用此方法實(shí)現(xiàn)了人體三維模型的顯示.

    3 虛擬服裝展示

虛擬服裝展示技術(shù)是三維服裝CAD中的關(guān)鍵技術(shù).對(duì)于三維服裝的研究目的之一就是在計(jì)算機(jī)上把服裝真實(shí)再現(xiàn),以滿足電子商務(wù)中顧客虛擬試穿的要求.要想在計(jì)算機(jī)上真實(shí)地顯示服裝,必須建立服裝模型并對(duì)其進(jìn)行有效的模擬.服裝織物是一種柔性體,其模型建立不同于目前發(fā)展的比較成熟的剛性體的模型建立,因?yàn)樗鼈兊奈锢頇C(jī)械性能完全不同.即使建立了模型,對(duì)普通計(jì)算機(jī)來說也很難滿足其大運(yùn)算量的要求.目前,服裝模擬研究中的建模方法主要有幾何建模、物理建模和混合建模三個(gè)大類.

    3.1 幾何建模

幾何建模就是在己建立的人體模型上,按一定的規(guī)律在人體表面上進(jìn)行經(jīng)緯線劃分,在任一緯度Y=yo上取一截面,得該截面人體表面各造型點(diǎn)的三維數(shù)據(jù)(x0,y0,z0).根據(jù)其服裝與人體間的空隙度的大小,可由幾何方法求得服裝表面各造型點(diǎn)的數(shù)據(jù)(x,yo,z)對(duì)根據(jù)計(jì)算所獲得的服裝上各造型點(diǎn)的三維數(shù)據(jù),利用曲面造型方法即可得到服裝模型,達(dá)到幾何建模的目的.目前常用B樣條曲面、Bezier曲面和Nurb。曲面來進(jìn)行曲面造型.幾何建模方法不考慮服裝面料的物理特性,計(jì)算速度較快,模擬出的服裝具有其形態(tài)特點(diǎn),但不能代表特定的服裝織物,仿真效果較差.

    3.2 物理建模

Weil首先提出了基于曲面變形的服裝物理模型,Haumann和Parent實(shí)現(xiàn)了旗子的飄動(dòng)和窗簾的擺動(dòng)效果模擬,物理建模對(duì)服裝進(jìn)行三角、網(wǎng)格或粒子劃分,進(jìn)行能量、受力分析,能較真實(shí)地模擬柔性物體的特性,不足之處是運(yùn)算速度較慢但是隨著計(jì)算機(jī)硬件的發(fā)展和織物模型中算法的改進(jìn),物理建模前景廣闊.物理建模與織物的微細(xì)結(jié)構(gòu)有關(guān),而其模擬結(jié)果與真實(shí)織物的接近程度取決于所用的數(shù)學(xué)模型和計(jì)算方法.由于織物微結(jié)構(gòu)的數(shù)學(xué)模型各不相同,物理模型可分為連續(xù)模型和離散模型兩類計(jì)算方法可分為力法和能量法:力法用微分方程表達(dá)織物內(nèi)部微元之間的力,進(jìn)行數(shù)值積分以獲取每一時(shí)間步長下微元的空間位置,從而得到整個(gè)織物在該時(shí)間步長下的變形形態(tài).能量法通過方程組計(jì)算整片織物的能量,然后移動(dòng)織物結(jié)構(gòu)內(nèi)的微元使之達(dá)到最小能量狀態(tài),從而確定織物的最終變形形態(tài).目前,能量法多用于織物靜態(tài)懸垂的模擬,而力法用于動(dòng)態(tài)懸垂的模擬.

    3.3 混合建模法
混合建模法吸取了上述幾何法和物理法的優(yōu)點(diǎn).通常先用幾何方法獲得大致的輪廓,再用物理約束對(duì)局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行細(xì)化,從而獲得逼真、快速的模擬結(jié)果.在實(shí)際應(yīng)用中,這種建模是目前較好的選擇.Kunii等利用幾何與物理相結(jié)合的建模方式建立了服裝模型并實(shí)現(xiàn)了服裝褶皺的模擬.

目前三維虛擬服裝展示的經(jīng)典路線是:根據(jù)織物特性建立其物理模型,被賦予物理模型的衣片經(jīng)過虛擬縫紉的過程便構(gòu)造出三維虛擬服裝,應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和能量方程模擬出布料的懸垂感、折皺感,通過碰撞檢測技術(shù)把服裝穿著在人體模型上,表現(xiàn)出其在三維空間內(nèi)各個(gè)體形面、各種服裝面料的不同穿著效果.所謂的碰撞檢測技術(shù)是指在物理模型中檢測運(yùn)動(dòng)物體是否相互碰撞的過程,即判斷是否存在一對(duì)或多對(duì)模型占有的空間發(fā)生重疊.基于物理模型的動(dòng)畫系統(tǒng)必須能夠檢測出物體之間的這種相互作用,并做出適當(dāng)響應(yīng),否則就會(huì)出現(xiàn)物體之間相互穿透和彼此重疊等不真實(shí)的現(xiàn)象網(wǎng)在三維虛擬服裝展示過程中衣片的物理模型建立、二維衣片的縫合以及碰撞檢測技術(shù)是虛擬服裝展示的關(guān)鍵點(diǎn),也是當(dāng)前國內(nèi)外服裝及計(jì)算機(jī)界學(xué)者普遍關(guān)注的熱點(diǎn)和難點(diǎn).而目前中山大學(xué)計(jì)算機(jī)應(yīng)用研究所的聶卉等對(duì)三維虛擬環(huán)境中衣片的縫制間題提出了基于正則柵格法思想的四邊域網(wǎng)格剖分算法,界定了對(duì)位縫合和褶皺縫合的新概念,通過相應(yīng)的邊界調(diào)整方案已經(jīng)解決了復(fù)雜服裝的縫制問題.

4 三維服裝展成二維衣片

可以直接投人服裝生產(chǎn)的是二維衣片(裁片),所以最終還是要把三維服裝轉(zhuǎn)換成實(shí)用的二維衣片,它涉及到把復(fù)雜的空間曲面展開為平面的轉(zhuǎn)化技術(shù).在三維服裝轉(zhuǎn)換到二維衣片的過程中,要滿足面積近似相等、邊界線相互對(duì)應(yīng)、長度基本保持相等以及關(guān)鍵點(diǎn)的位置相互對(duì)應(yīng)等條件.針對(duì)服裝制作中的這些問題,北京航空航天大學(xué)的翟紅英等提出了利用三維服裝和二維衣片的對(duì)應(yīng)關(guān)系對(duì)關(guān)鍵點(diǎn)進(jìn)行三角化,并利用散亂插值技術(shù)求出二三維衣片之間相互對(duì)應(yīng)的中間點(diǎn),進(jìn)而完成映射的方法.而浙江理工大學(xué)的李旭等則提出了二次展開技術(shù)來實(shí)現(xiàn)衣片映射的方法.目前,工程上把三維曲面展開二維平面的方法主要有3種:利用有限元計(jì)算曲面展開、利用曲面的測地曲率方法展開曲面和利用復(fù)雜曲面展開方法來展開曲面.

    4.1 有限元計(jì)算曲面展開

日本學(xué)者Shimada等利用有限元計(jì)算的方法展開曲面是基于曲面離散的表達(dá)式、運(yùn)用分區(qū)域曲面的展開思想進(jìn)行曲面展開的.有限元方法不直接進(jìn)行三維到二維的轉(zhuǎn)換,而是先想象一個(gè)粗估平面,該平面與三維曲面的頂點(diǎn)數(shù)目和三角形數(shù)目相同,只是各個(gè)對(duì)應(yīng)的三角形的形狀和方位不同而已根據(jù)這些三角形的形狀差異,借助二維有限元法則可以推算出在粗估平面上的網(wǎng)點(diǎn)二維修正位移量,以及所對(duì)應(yīng)的應(yīng)變能量經(jīng)修正后的二維平面形狀更為精確,因此為了獲得較精確的結(jié)果,則此動(dòng)作要反復(fù)連續(xù)的執(zhí)行若干次.此方法雖然可以獲得比較精確的結(jié)果,但是其展平計(jì)算要花費(fèi)較多的時(shí)間.

    4.2 曲面測地曲率方法曲面展開

Cbakib Benic等人利用曲面自身的幾何特征——測地曲率展開曲面,即將曲面劃分為等參數(shù)網(wǎng)格,沿著一個(gè)方向根據(jù)曲線的測地曲率將這些曲線展開在平面上.此方法要計(jì)算出每一個(gè)網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的測地曲率,在展開計(jì)算中把幾何外形作為展開計(jì)算的唯一依據(jù),不考慮織物材料的特性,而對(duì)于較復(fù)雜的曲面,它的展開圖形是不封閉的,會(huì)產(chǎn)生較多的裂紋和較大的累積誤差,因此,服裝業(yè)內(nèi)并不傾向用此方法.

    4.3 復(fù)雜曲面展開

北京航空航天大學(xué)的席平、大連理工大學(xué)的肖正揚(yáng)浙江大學(xué)的王冰冰等都在復(fù)雜曲面及其算法上取得了初步的成效.利用復(fù)雜曲面的展開方法是最適合于服裝的.這種方法是先將曲面分割為若干條狀區(qū)域,每個(gè)區(qū)域用一直紋面逼近,再將這些直紋面進(jìn)行三角網(wǎng)格分割展開,對(duì)于可展曲面展成平面時(shí)要滿足下列條件:首先展開面的面積與曲面的面積相等,其次展開面的每邊邊長與對(duì)應(yīng)的曲面邊長相等,即展開變化是等距的.對(duì)于不可展開的直紋面,只能用逼近法求得展開.

    5 結(jié)束語

三維服裝大多是利用局部小平面的拼接解決曲面可展化及其展開問題的由于三維服裝多為復(fù)雜曲面,材料也多為柔性面料,所以其平面展開更為復(fù)雜無論是方法選擇還是算法實(shí)現(xiàn),都存在相當(dāng)?shù)睦щy,目前國內(nèi)外在這方面的技術(shù)都不成熟.要開發(fā)三維服裝CAD技術(shù),需要解決的技術(shù)問題還很多:把從網(wǎng)絡(luò)中傳輸過來的不同類型的數(shù)據(jù)(不同的三維人體掃描儀輸出的數(shù)據(jù)格式不盡相同)轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的數(shù)據(jù)格式快速生成人體模型,更準(zhǔn)確地建立織物物理模型、變形模型、減少織物變形模擬中的計(jì)算時(shí)間和實(shí)時(shí)性限制、降低面料對(duì)縫邊的影響,通過碰撞檢測技術(shù)虛擬展示服裝,實(shí)現(xiàn)三維服裝和二維衣片之間精確轉(zhuǎn)換(包括在二維衣片上表現(xiàn)出在三維服裝上做的變形和修改),得到真正實(shí)用于生產(chǎn)制作的二維衣片等環(huán)節(jié)都是需要攻克的尖端技術(shù).

近幾年來,國內(nèi)在三維服裝CAD領(lǐng)域取得了一定的成果,但與國外相比還存在較大距離.國外的一些產(chǎn)品已能基本實(shí)現(xiàn)三維服裝穿著搭配、模擬不同布料的三維懸垂效果、實(shí)現(xiàn)360度旋轉(zhuǎn)及因特網(wǎng)平臺(tái)遠(yuǎn)程察看等功能.而國內(nèi)由于技術(shù)的不成熟,目前還沒有實(shí)用的服裝CAD系統(tǒng)出臺(tái),僅有部分軟件進(jìn)人了商品化階段,如布易科技的ET3D系統(tǒng)(ET3D系統(tǒng)能與它的ET SYSTEM系統(tǒng)無縫連接,具有強(qiáng)大的三維仿真功能,能實(shí)時(shí)再現(xiàn)服裝的三維效果等).所以攻克各種關(guān)鍵技術(shù)和尖端技術(shù),開發(fā)和完善我國的三維服裝CAD技術(shù),將是服裝工程及計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)等領(lǐng)域不懈努力的方向.