基于数据驱动的三维服装真实感模型研究与实现

The research and development of 3D display and high-speed Internet technology in digital home put forward a new requirements for the applications of 3D virtual enviroment.The 3D garment CAD, virtual dressing, and digital customized clothing have become hot issues for the present research in the world recently.However,there are some important research problems to solve in the fields of how to construct 3D garment according to the actual needs and alteration for human.Our project is characterized by proposing the application requirements from the practical application, then rising to the theory and general method, and finally into practice. The main technical methods of this project are: firstly, we will combine the geometric designed data of 2D clothing to the established mechanism of 3D garment in order to reconstruct the smoothing geometric model of 3D garment by using segmentation,integration,conformal transformation and other mathematical methods.Then we will use discretization to the dynamic simulation model to show the real 3D garment with flexible constraints.Finally, We will utilize the data-driven solutions to construct the interactive real modeling and display of 3D garment through reading and parsing the different data.And the results of our research will be intended to conduct experimental testing and application on 3D terminal equipment of TCL and Skyworth.Above all,the achievements of our research will have important theoretical and practical significance for China's digital television technology, the development of digital home industry, and 3D garment applications.

数字家庭中的三维显示与高速互联网技术的研究与发展，对三维虚拟环境的应用提出了新的要求，三维服装CAD、虚拟着装和数字化服装的研究已经成为目前国内外研究的热点问题。然而在如何生成符合人体实际需要和变化的三维服装模型方面，仍然存在一些有待解决的关键问题。本项目的研究特点是从实际应用问题中提出应用要求，上升到理论和一般的方法，再应用到实践中。在技术方法上，将二维服装几何设计数据与三维服装模型的建立机制有机地结合起来，采用分割、融合和保形变换等数学方法，重建光顺的三维服装的几何模型；通过离散化的动力仿真模型展现具有柔性约束的真实感的三维服装。最后，采用数据驱动的解决方案，通过读取和解析不同数据，完成交互式三维服装真实感的建模和显示。研究的结果拟在TCL、创维等三维终端显示设备上进行实验检测和应用。该项目的研究对于我国数字电视技术，数字家庭产业的发展和三维服装应用有着重要的理论和实际意义。

在三维服装CAD、虚拟穿着和数字化服装定制的研究中，需要有简洁高效的计算模型和满足人们对服装的质量和合体性、审美观、情趣等个性化的需求。然而由于服装是复杂的柔性物体，款式的复杂性以及织物的物理属性，使得在织物三维重建、质感和动感的表现、逼真灵活的曲面造型等技术问题上具有一定的难度，主要表现在服装款式自身的复杂特性，使得二维衣片与相应的三维服装模型之间的映射关系非常复杂；多层服装仿真中的碰撞问题等。因此，研究高效的真实感的服装三维建模中的建模和数值仿真方面的问题，一直是目前纺织服装三维技术研究中的难点问题，这也是该项目的研究目标。. 本项目提出的基于数据驱动的三维服装几何建模与真实感仿真，技术方法上建立服装部件特性的分析和表示，将二维设计反映在三维服装的效果上，建立基于联动特性的三维部件参数化造型，进行基于控件约束特征的三维服装重建，实现基于数据驱动的三维服装真实感效果模拟。在项目的研究过程中，提出并实现了几何建模和仿真计算的相关算法。. 针对三维服装几何模型的表示与处理问题，提出了网格重建方法和网格分割算法，该算法在效率和效果上取得了比较好的均衡。针对多层服装的计算机仿真算法，建立了多层的服装仿真计算建模，同时能够快速解决三维服装动态仿真过程中的多层渗透问题。为了有效的获得织物变形的仿真效果，提出了基于微分几何能量的三维织物网格变形模型，该方法计算效率较高、直观且便于用户交互式操作控制，能够有效获得织物细节的真实变形效果。针对真实感服装仿真中纹理映射问题，提出了基于图像几何参数识别及三维织物参数化建模方法，可以获得直观的织物的三维几何模型，提出了基于向量场的纹理合成方法，可以获得更加逼真的纹理合成效果，算法应用在真实感服装虚拟可视化应用中，获得了同时也更适合三维织物真实感的处理过程。. 本项目目前发表学术论文14篇，其中SCI收录5篇，申请发明专利四项。