MATLAB在三維人體建模中的應(yīng)用

1、| 維普資訊 | 維普資訊 20081 （懸第 77 期）陜協(xié)妨母23| 維普資訊 | 維普資訊 Matlab 在三維人體建摸中的應(yīng)用侯月玲(天津工業(yè)丸學(xué)藝術(shù)與服裝學(xué)院天津300160)三維人體愛模是服裝領(lǐng)域的難題*以前就有不少時(shí)，需要對K?獲得的三維人牡數(shù)據(jù)格式進(jìn)行轉(zhuǎn)換。| 維普資訊 人在著手研究，大多是通過數(shù)學(xué)建摸在結(jié)合程序語言 進(jìn)行實(shí)現(xiàn),這種做法需要很多數(shù)學(xué)知識(shí)榨鋪垂,并且要 對程序語言相當(dāng)熟練，同時(shí)這種做法周期較故,很難實(shí) 現(xiàn)。形成的方法有;采用點(diǎn)、直線、曲線構(gòu)造三維線框 模型;采用體畫構(gòu)造三堆實(shí)依模型;采用點(diǎn)、邊、表面構(gòu) 造三維曲面摸型;采用網(wǎng)搭小平面構(gòu)造三維曲面模型; 基于物理方式

2、進(jìn)行三維建摸。這些方法在運(yùn)算建度等 方面有一定優(yōu)勢，但是也有不少局限網(wǎng)格小平面法簡 單有效.隨著小平面數(shù)目的增加對曲面的模擬效果越 好，但由于數(shù)據(jù)點(diǎn)龐大，運(yùn)算速度會(huì)減慢且對單千數(shù) 據(jù)點(diǎn)難以定位和控制；曲面祛山于采用參數(shù)曲面方程 建立模型數(shù)據(jù)控制點(diǎn)少，運(yùn)算速度快曲面可以任意 階次連續(xù)，曲面上點(diǎn)的信息容易獲取，基于物理的三堆 建模方法將人體自身的物理信息和人體所處的外部環(huán) 境因素(如重力等)引入到傳統(tǒng)的幾何建模方法中*因 而髄夠獲得更加真實(shí)的建模效果.但比起傳統(tǒng)的幾何 建模方法，在運(yùn)算上要復(fù)雜得密。同時(shí)要求較高，不隔 實(shí)現(xiàn)*Madah 門功能很強(qiáng)大的語言。廣泛應(yīng)用于工 程控制計(jì)算，具有強(qiáng)大的三維圖

3、形顯示和處理功能，利 用Mndab實(shí)現(xiàn)三維人體和服裝建揆，具有福多優(yōu)越性* 如編程語言容易掌握、建模效率髙、三維模型可控性強(qiáng) 尊，為迸一步研究三維人休及服裝模型變換提供了很 大的便利性。1三維人體模型的建立建立三維人休模型的目的是為了建立三維服裝模 型,所以木京采用方便快捷的網(wǎng)格小平面法建直三維 人怵模型。首先利用非接融式三維人休掃描儀TC2, 測疑身著緊身衣的人悴模特凈尺寸，獲取數(shù)以萬計(jì)的 人體模型數(shù)拯。這些數(shù)據(jù)分為兩類，一類屋由個(gè)墜 標(biāo)點(diǎn)的三堆坐標(biāo) f 逐行排列構(gòu)成的n行3列的矩 陣pokH; -類是由構(gòu)成三維禺格小平面的坐標(biāo)序列號(hào) 索引和頂點(diǎn)顏色索引構(gòu)成的矩陣coordindex,利用這

4、兩 類數(shù)據(jù)，在Matkb中重建三維人休模型。1.1人休點(diǎn)云模型建宜三維橫型建立首先需要繪制點(diǎn)、線、面，然后進(jìn)行 光照處理。運(yùn)用MutlBb中的相應(yīng)函數(shù)建立人體模型Mailab中繪制點(diǎn)坐標(biāo)的函數(shù)是plot,其般形式如 下=Plat( X, y, 1 lines tyle-maker- color)繪制二維數(shù)據(jù)點(diǎn)Plot3(xt 鳥、j linestyle-maker-color)繪制三維數(shù)據(jù) 點(diǎn) xy”linestyle-maker-cohrf的線性標(biāo)識(shí)分別表亦線性 標(biāo)記類型顏色標(biāo)識(shí)欄將三維人體掃描數(shù)據(jù)矩陣 point蠻換成Mnthb可以處理的矩陣形式，令px = point (:J ) , p

5、y = point (; T2) , pp； = point(:* 調(diào)用 plot 命令 Pbt= (px回心)繪制出三維人體點(diǎn)云棋型。1,2人體曲面模型律立利用Madah語言中強(qiáng)大的三維圖形顯示及處理能 力建立三維人體模型，并進(jìn)行光照及材質(zhì)處理adRb 中構(gòu)造三維實(shí)捧模型的函數(shù)是構(gòu)造函數(shù)pa憂h,分單片 塊構(gòu)竝和多片塊構(gòu)造。單片塊對象繪制：P&tch(x _ coot.inates t y d_ cpdinates, i _ ooondi- nAter, coLordata)多面片塊對象繪制：Patch ( Vertices , vertex-mabrix, - - “ *Faces* t

6、faces-niatrixt. - 1 FaceVenenCData* ,hsv6)T* FaceCdor1 / Rat *)其中.Vertin的參數(shù)是組成片塊的頂點(diǎn)矩陣， Faces是頂點(diǎn)構(gòu)成片塊的矩陣察引號(hào) JaceVeiticesCDatfl 是片塊D頂點(diǎn)顏色設(shè)是指片塊表面瀕 色誼染方式a13對人體模型增加光照效果為了增強(qiáng)三維人體模型的真實(shí)感,需要進(jìn)行光照 渲染Q利用議dab中的光照效果函嫂對其進(jìn)行光照渲染 光照函數(shù)有：5et(findobj(gca h typ,h surfact*! ) T，F(xiàn)aceLigfiling , * phong，f T Edgelightingt Tflat

7、R t AmbientStnjigtli , 3 / DiffuseSlrength S 趴24陜西坊媒200&-1 (總第77期)BackPac eLighting1)首狂調(diào)用findobj兩數(shù)獲耽表面對象的句柄，然后 在此基礎(chǔ)上，設(shè)置可以受燈光對象影響的屬性隔- Lighting*和+ EdeeLiRhriiig足片塊表面顏色和邊界顏色 屬性分別支持三種不同的燈光果/AmbientStitngth1 用于設(shè)定圖形場景中特定對象上環(huán)境燈光的強(qiáng)度， BackFaceLighting背面幻光設(shè)置*用于顯嚇對象實(shí)體的 內(nèi)表面和夕卜表面差舁勺函數(shù)Light(f position B x,y,ij)

8、用于設(shè)置燈光位置2三維服裝模型建立服裝款式千變可化根據(jù)款式的不同我們從服裝 與人體的貼近程度對其進(jìn)行分類分為貼近型及寬松 型，熱后根據(jù)人體與服裝的貼近貍度建立服裝榛型T以 進(jìn)一步有效控制三維模型的變化。其中建模共分3個(gè) 步驟(1)確定三維服裝模型關(guān)鍵點(diǎn)位置及坐標(biāo);(2)建 立三維服裝線框模型；(3)建立三維服裝實(shí)體模型第 2.1關(guān)鍵點(diǎn)的選擇首先在選擇關(guān)鍵點(diǎn)時(shí)要遵循貞下條件：U)該點(diǎn)是控制三維服裝形態(tài)的關(guān)鍵型值點(diǎn)。(2)在有效控制三維脫裝形態(tài)的前提下，通過關(guān)鍵 點(diǎn)構(gòu)成服裝形態(tài)的曲面片數(shù)盡可能少。在此其中Madab提供了便捶的三維旋轉(zhuǎn)方法，即 宦義視點(diǎn)函數(shù)2.2三維模型的建業(yè)利用端點(diǎn)坐標(biāo)和切矢控制

9、的三次樣條曲線建立眼 裝線框模型。Wp(u)表奈第段樣條曲線前方程，則 有；P = A3i? + A2u2 4 Ahi* Atju 0,13，確定了曲線 方程各參數(shù)值。計(jì)算出曲線上各點(diǎn)的罰y。z釉塑標(biāo) 分童矩陣 pix( u) ,piy(u) tpiz(u)調(diào)用pbt3命令何繪制出裙裝線框模型進(jìn)而實(shí) 現(xiàn)曲面模型的建立。在選取適當(dāng)?shù)奶卣鼽c(diǎn)之百，要構(gòu) 造一個(gè)曲面通過所有的特征值點(diǎn)，就要用曲面擬合的 辦法了。參數(shù)三次樣條曲線屬于插值曲線它通過插 值的方法使擬令曲線通過緒定的特征點(diǎn)，并且滿足曲 線光滑的要求*由于人協(xié)是左右對稱的因此在構(gòu)造服裝模型時(shí) 可以先構(gòu)造出左半部分,再用同樣的方法構(gòu)造右半部 分。

10、根據(jù)拾取點(diǎn)首先畫岀各個(gè)輪廓線然后再對各輪 廓線作插值細(xì)分撮后應(yīng)用Mathb的patch函數(shù)即可構(gòu) 造出三維服裝。由于本系統(tǒng)的研究對象第一類為有彈 性的緊身類裙，因此可貞近低的認(rèn)為服裝的放鬃為零 第二類為霓松的服裝，詼層不為零。按照上述方法，以三維服裝模型的關(guān)鍵行值點(diǎn)作 為端點(diǎn)，計(jì)算出曲線上各點(diǎn)的x,y,坐標(biāo)分量矩陣pix (u) ,piy(u), pu(U),調(diào)用pht3命令，即可繪制岀三維 服裝的輪廓線，依次畫岀三維服裝上的所有輪廓線，并 對每條輪廓線作插值細(xì)分，即可求出服裝曲面上的全 部數(shù)據(jù)點(diǎn)。要用Mailab的patch函數(shù)繪制曲面模型，增 加光照效果,需妾特定的參數(shù)格式，主要是頂點(diǎn)坐標(biāo)

11、矩 陣的定點(diǎn)索引矩陣。抿據(jù)上述方法，計(jì)算岀各頂點(diǎn)的 備y異坐標(biāo)值后，轉(zhuǎn)換成頂點(diǎn)発標(biāo)拒陣順序，購造坐標(biāo) 索引矩陣。另外，利用Matlah的ginput雷數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)空互式 圖形繪制，返回所取點(diǎn)的坐標(biāo)值另外還有圖像的處 理方法T Matlab ig言具有很強(qiáng)大的三維圖形顯示及處 理能力，利用它建權(quán)有很事好處，比如:編程語言容易 常握、模型的可控輸出性強(qiáng)等。Matlab還可進(jìn)行矩陣 運(yùn)算來實(shí)現(xiàn)三維線權(quán)建模通過上述一系列步曬可以 實(shí)理小網(wǎng)格油線人體建模，它出較之前的方法要簡單 快捷一些，便于操作應(yīng)用。3結(jié)語運(yùn)用網(wǎng)格小平面法在M&thb中建立三維人休模 型，建模效率優(yōu)于傳統(tǒng)的VC+ +和Open (X方法。同 時(shí)開發(fā)效率高、實(shí)際開發(fā)效果比較令人滿意，在此基礎(chǔ) 上,運(yùn)用參數(shù)三捉樣條曲線和雙三次曲面遂立三維服 裝摸哩，適過改變服裝模型關(guān)鍵型值點(diǎn)的參數(shù),可以控 制整個(gè)模型形態(tài)的變化,進(jìn)一步將模型控制參數(shù)同款 式設(shè)計(jì)知識(shí)相聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)三維服裝款式智能設(shè)計(jì)。在 此基礎(chǔ)上可以進(jìn)一步深人，如編制一定的查找算法自 動(dòng)