线上虚拟试衣技术构架的分析与展望

丁嘉玲，王厉冰，庄梅玲，张永美

(青岛大学，山东 青岛 266071)

线上虚拟试衣技术构架的分析与展望

丁嘉玲，王厉冰，庄梅玲，张永美

(青岛大学，山东 青岛 266071)

文章主要分析了目前国内服装销售的现状，以及如何实现虚拟试衣系统的技术构架，目的在于寻找适合未来服装电子商务的技术路线。

虚拟试衣；技术构架；人体建模；服装建模

虚拟试衣是通过计算机识别技术、图形学及相关软件让消费者提前感知服装试穿效果的一种新的用户体验技术，它可以降低消费者购物时间成本，提高服装合体性和购物的满意度，进而降低服装产品的退货率，促进线上销售的不断增长。

1 线上店铺服装销售现状

近年来，网络己成为服装信息一种崭新的传播方式，而众多服装线上店铺的诞生也极大地刺激了消费者的购买欲望，从而有更多的购买选择。然而线上购物给消费者带来的却是无法进行真实的试衣体验困扰。

因此，将虚拟试衣技术引入线上店铺便成为了必然。消费者可建立符合自身实际的三维模型完成试衣或者进行试衣搭配，而且可以重复多次，进而建立一个属于自己的虚拟人体模型，当找到满意的服装组合，还可以操作人体模型向不同方向旋转，做些简单的动作，以便人们从不同角度观察服装穿着效果，更加真实体验自己在现实中穿着的模样，这样便可大大满足消费者对服装合体性的要求，降低服装号型不符造成的退货问题，进而也会降低退货带来的管理成本。另一方面虚拟试衣会给消费者的线上购物提供一种新的体验和感受，并且系统能够给出建设性的意见，提高用户服装搭配经验。

2 网上虚拟试衣技术构架

2.1 人体建模技术

数字人体模型是三维虚拟着装的主体，也是在三维虚拟服装试穿系统中解决的关键问题。目前应用于服装CAD系统中的人体建模主要有：软件类人体建模、基于三维扫描仪的三维人体建模、基于照片信息的人体建模。

2.1.1 软件类人体建模

利用通用建模软件Maya，3Dmax，Poser等根据人体的外部特征构建人体的三维模型。它利用软件绘制的人台将人体分为若干部分，如头部、颈部、躯干、臂部、手部等部位，分别对其建模，最后合并在一起。

2.1.2 基于三维扫描仪的三维人体建模

人们利用三维扫描仪来建立个性化的人体模型，逆向工程是关键。逆向工程建立人体模型主要包含三个步骤：一是获得人体表面大量离散三维点的几何数据；二是对三维点云数据的预处理；三是人体模型的重建。

2.1.3 基于照片信息的三维人体建模

近年来通过对物体摄像并对照片进行图像处理从而建立三维人体模型的方法，受到了国内外学者的广泛关注。具体分类如表1所示。

三维人体模型的建立需要达到高度的仿真，这就要求在模型的建设过程中考虑到人体所具有的一切特性。显然，将基于三维扫描仪的三维人体建模和基于照片信息的三维人体建模相结合，既能够精确地展示人体各个部位特征数据，也能缩减服装设计的周期，实时性较强。

表1 人体建模分类

2.2 服装建模技术

虚拟试衣中的服装需要紧贴市场需求、紧跟时尚潮流，有着创意独特的服装设计风格，精湛的服装制作工艺，这样才能吸引用户的青睐，如何使服装能让用户感受到其优质的品质呢，如何使用户产生购买的欲望，并取得用户的信赖呢？这就需要虚拟服装能展示出实际服装的效果。总的来说三维服装建模主要分为以下三大类：

2.2.1 几何建模

服装的几何建模方法看中面料的波纹、褶皱等几何特征，不考虑服装面料、质感等物理的特性。将服装视为可变对象，用几何方程式表达虚拟现实环境中的服装动态模拟过程，有些是以衣片为基础来进行几何建模，它是把穿在模特身上的三维服装根据人体体形分割成裁片，然后再对各个衣片拼接来完成的。

2.2.2 物理建模

服装的物理建模是目前比较流行的一种方法，它将服装的质量、摩擦系数、抗拉伸能力等物理信息和其所处的外部环境等引入到几何建模方法中，对服装进行三角、网格或粒子划分，通过构建布料的结构力学模型，进行能量、受力分析，用计算机图形技术模拟出布料的三维动态，能较真实地模拟柔性物体的特性。

2.2.3 混合建模

混合建模是几何建模和物理建模优点的结合。通过几何方法去建立服装模型，再通过物理法去对局部做物理特性模拟。

对三维网络试衣来说，更注重服装建模的真实性，所以混合方法更适合服装真实感和对其变形形态的模拟。混合建模汲取了几何、物理建模两者的优点。一般在图形生成或模拟过程中，先用几何方法获得大致轮廓，再用物理约束和参数条件进行局部结构细化，最终获得逼真、快速的模拟图形。三类服装建模的优缺点比较如表2所示。

表2 三类服装建模的优缺点比较

2.3 三维试穿效果仿真技术

服装动态效果仿真是指对服装的实际穿着效果进行计算机模拟展示，以满足人们网上试衣真实感的需求。基于网络服装动态仿真要求试穿能体现出服装的色彩、款式和面料，能体现服装的合体性等。目前国内外主要的研究方法有以下几种：

2.3.1 有限元方法

这种方法是利用有限元的方法模拟二维衣片穿在三维人体的效果。将衣片的边界线以1～2 cm长度划分为多段，用一条两端在轮廓线上而与轮廓线不相交的线将纸样一分为二，将整个纸样用递归算法分为若干个四边形元素。用元素偏移法可以保证轮廓线周围的形状规则，当衣片穿到人体上时，利用弯曲变形法重新形成四边形的形状，以免纸样产生大的变形。

2.3.2 粒子系统

采用粒子系统模拟服装。将服装曲面离散化为一系列严守时刻的质点，点与点之间的作用力表示为微分方程；时间离散过程从数值上更新各点的位置和速度[X(t)，X′(t)]，从而获得系统的演变，作用力模型来自牛顿第二运动定律：

F(r，t)=m(r)d2r/d2t

其中，F是点r处的合力，求解上式即得到t时刻各点的速度和位置，碰撞检测采用层次包容盒技术。由于该模型以时间为参数，随时间变化，3D服装效果随之改变，因而可以表现动态服装，从而满足了3D动画的要求。

2.3.3 弹簧—质点系统

弹簧质点系统是将布料离散为一个个没有体积的粒子或质点，质点间的相互作用通过一系列没有质量的弹簧来完成。对于单个的质点来说，其运动状态取决于它所受的外力和内力的合力，即在布料在拉伸压缩、沿平面内方向剪切、平面外方向的弯曲等内力及重力、空气阻力、人工作用力等外力的综合作用下，质点呈现出它所代表的那一小块单位的运动轨迹。

目前来说最好的方法是先利用Bezier曲面构造方法，完成基于几何特性的三维服装刚性曲面构造。再利用弹簧—质点模型，把服装的物理属性加入到三维服装刚性曲面中，再对织物的运动方程进行求解和碰撞检测处理，最终模拟出三维服装真实着装效果。在保证逼真效果的同时减少计算的复杂性，而且利用Bezier曲面解决了衣片间的缝合拼接问题。

3 线上虚拟试衣技术的局限与未来发展的展望

虚拟试衣技术仍处于研究过程中，它是实现网络化服装电子商务发展必须克服的难点。

3.1 技术难点

一方面虚拟试衣系统首先应该是设备简单、操作方便的系统，因为未来电子商务将是一种普及的商务形式，势必导致虚拟试衣系统的普及，而普及的系统首要的条件是系统硬件设备简单、价廉。另一方面，人体的虚拟化，服装的虚拟化，以及人体和服装的动态显示一直是计算机辅助设计研究的重要方向和难点。

3.2 技术路线

本文的目的是寻找适合未来服装电子商务的技术路线。这种技术路线是为了未来虚拟试衣系统可以供所有电子商务顾客在家中使用，一方面要安装方便，硬件可靠性高；另一方面，人体虚拟数据要有合适的准确度，软件技术可行。

3.2.1 基于三维扫描和照片信息的三维人体模型。经过对比，可以看出软件类的人体建模方法虽然可以得到标准化的模型，但是此类软件方法不能满足个性化的需求，适应面较小且操作性不高。而将三维扫描技术应用到照片信息中，不仅可以得到个性化、仿真度高的人体模型，建模的时效性也会得到提高。

3.2.2 基于几何和物理方法的混合服装建模更加展现服装的真实形态。对三维网络试衣来说，更注重服装建模的真实性，而混合建模汲取了几何、物理建模两者的优点。几何法能够迅速生成图片，而物理方法则能够进行局部的细化，使得模型的仿真效果加强。

3.2.3 Bezier曲面构造法使得试穿效果更加逼真。本文比较倾向于先利用Bezier曲面构造方法，完成基于几何特性的三维服装刚性曲面构造。再利用弹簧—质点模型，把服装的物理属性加入到三维服装刚性曲面中，再对织物的运动方程进行求解和碰撞检测处理，最终模拟出三维服装真实着装效果。

目前，对于三维人体模型创建的技术方法研究仍在不断的探索与进步中，我们相信在不久的将来，随着电子商务的快速发展，网络试衣技术必将加快进入服装领域，它将大大提高网上服装销售的效率。随着互联网的发展以及虚拟服装与虚拟人体技术的进步，网上试衣技术的成功指日可待。

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Analysis and Prospect of Online Virtual Fitting Technology Framework

DingJialing,WangLibing,ZhuangMeiling,ZhangYongmei

(Qingdao University,Qingdao 266071,China)

The current situation of the domestic apparel sales was analyzed,and how to realize the technology framework of virtual fitting system was discussed.The purpose lies in finding the technical route for future clothing electronic commerce.

virtual fitting system;technology framework; virtual human modeling; virtual garment modeling

2014-11-20

山东省科技发展计划项目(2011YD07010)

丁嘉玲(1989—)，女，山东青岛人，硕士研究生。

TS941.12

A

1009-3028(2015)01-0042-04