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计算机虚拟现实环境三维服装设计

陆永良  
【摘要】:综观国内和国外的服装CAD系统,其中绝大部分属于平面服装CAD系统。这些系统都是根据服装平面裁剪的原型计算公式来自动设计服装衣片,然后再将二维衣片虚拟缝合到计算机人体模型,观察它的悬垂效果,目前更进一步的工作着重于实现虚拟服装的动态悬垂效果。平面服装CAD简单、灵活,具有一定的优越性,但缺点是不够直观,要设计出合体美观的衣片需要丰富的经验。立体裁剪不是一门新学科或新技术,她有着悠久的发展和应用历史。在服装文化的发展史中,东方服饰与西方服饰发展的最大差异性之一就是东方服饰的平面特征较强,而西方服饰的立体特征鲜明,因此我国的服装裁剪技术以平面方法为主,西方的服装裁剪技术以立体方法为主。这些年来,我国的服装裁剪技术受到西方的很大影响,以适应日新月异的服装款式变化。立体裁剪方法也就是在这么一个大环境下逐渐的走近我们的。 本课题所开发的系统是利用虚拟现实技术提供的三维交互手段,在计算机生成的虚拟环境中生成具有一定适体度的三维衣片,然后将三维衣片展开成二维衣片,随后将二维衣片输出,并验证了算法的精确性。 具体来讲,主要做了四方面的工作: 首先,将一套小型虚拟现实系统集成到了所开发的系统,使得设计者能模仿现实环境中那样,与计算机进行三维交互,进行服装的三维自由设计。3d交互技术是虚拟现实技术、科学计算可视化、仿真、cad和动画技术的基础。虚拟现实技术是一种融合了多通道、多媒体技术的新型的人机交互技术,具有沉浸感、丰富的交互性及存在性等特点。3d交互技术可以提供丰富真实的视觉效果以及真切的交互沉浸感,是虚拟现实的一项基本技术。科学计算可视化为复杂多维数据提供了形象化的表示,这种表示基本上处于三维的框架之内,因此3d交互技术对复杂数据的理解具有关键的作用。真实的过程发生在三维空间内,仿真就是 要在计算机内来模拟现实过程,3d交互是仿真的一个不可或缺的基本组成部分。 传统的cad技术基于二维平面,但现实的对象是三维,设计者不得不将三维的设 计意图表达为二维的图纸,制造者不得不从二维的图纸中再制造出三维的对象, 这大大加重了设计制造环节的资源消耗的智力消耗。将3d交互技术与。ad相结 合,可以克服这种维数矛盾,使得设计制造过程更为直观和自然,可以大幅度地 提高设计制造效率。为了达到三维效果,3d交互技术需要涉及交互系统中人的 因素、3d输入多自由度的协调以及计算机图形图像的显示能力。到目前为止, 已经出现了许多能够进行3d输入的多自由度的硬件设备,如3d鼠标、4d鼠标、 具有压感的笔、数据手套、数据衣、头部跟踪器等各种多自由度传感设备。这些 设备的共同特点是同时能够进行多自由度的输入,其差别主要表现在自由度的个 数、物理信号的反馈上。本课题理论上的创新点在至将退拟现实技术应用在二维一 服装C八p上,虚拟现实技术的最大优点是使用户更加自然的与计算机进行机交 互,在虚拟环境中用户可以自由的观察,并可通过一些特殊的设备与虚拟物体进 行交互。目前国外虽已有将虚拟现实技术用于三维虚拟服装的设计,但仅仅是用 于直接控制二维衣片在三维虚拟环境中的位置,本文利用虚拟现实技术提供的早___ 维交互手段直接生成三维衣片埠掣是属于草创的·国内目前以将虚拟现实技术应 用在了汽车设计、机械CAD设计、军事实战演习等方面,在三维服装CAD方 面尚无报道。虚拟现实技术是一种最有效的模拟人在自然环境中视、听、动等行 为的高级人机交互技术。这种模拟具有“临境感”和“交互性”。虚拟现实的“临 境感”是指用户全身心的沉浸于计算机所生成的三维虚拟环境,并产生身临其境 的感觉。虚拟现实的“交互性”是指用户利用视觉、听觉、触觉、嗅觉和味觉等 感官功能及对话、头部运动、眼动、行走、转身、拾取和放置等人类自然技能对 虚拟环境中的实体进行交互考察与操作。因此,虚拟现实系统将从根本上改变人 与计算机系统的交互操作方式。本课题使用的虚拟现实系统是vR3800L系统,它 包括:小型立体显示观察系统和三维空间交互球,其中小型立体显示观察系统是 用来观察设计衣片的三维立体效果,观察者通过它可以看到所设计的服装衣片的 三维立体效果。小型立体显示观察系统包括:高档专业30图形加速器(逐行立 体加速显示、VR专用)、红外中央控制发射器、无线立体眼镜。三维空间交互 球可以实现三维物体6自由度的空间交互,它是一种真正的三维输入设备,它能 东华大学博士学位论文 摘要 将微小的手指的压力转换成X、丫、Z方向的平移和旋转量,同时实时的移动30 图像,这样它就对图形模型进行了直观的六个自由度的交互,正是通过它实现了 人机的三维交互。 其次,设计工三二种二维衣片的生成算法,通过该算法设计者可以得到所希 望的三维贴体衣片。简单来讲,在虚拟环境中利用鼠坷旦二维交何交互球选取井 控制人体模掣上的点,将之作为三维衣片边界上的点,结合相应的数据结构,得 到三维衣片轮廓线的点、边、衣片结构,接着利用特定的插值方法生成边界内的 点,然后使用经过改进的Delaunay三角化算法,得到了符合人体表面且具有一 定空隙度的三维衣片。三维人体模型的生成主要有两种方法:


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