基于Geomagic软件的人台特征对比

杨莉

摘 要：人台表面呈复杂的曲面组合特征，以特征截面的方式表达不同外型状态的人台特点，基于特征的逆向工程新的方法，运用一种在二维草图模式下截面特征轮廓线提取与数字化拟合方法。辅以geomagic工程软件的测量、截取、拟合、重建、修整等数字模型处理特点，实现了二维草图模式下特征轮廓线的特征数据点的坐标提取，完成不同外观形态的人台特征分析对比。

关键词：人台；人台特征；geomagic工程软件

中图分类号：TP391.72 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）02-0016-03

当前逆向工程已成为实现产品的创新设计和快速开发的重要技术手段。随着各种特征技术的不断发展和引进，Geomagic逆向工程已经被广泛的应用于各领域。王海南[1]以布依族陶器文物及两面木质地戏面具的保护为例，探讨逆向工程技术在少数民族文化遗产保护问题中应用研究的方法，结合逆向工程软件Geomagic studio中曲面造型的功能特点，采用NURBS曲面方法对文物的三维曲面进行重建。韩霞[2]提出了“由Imageware处理点云特征曲线、曲面的建构，再由Geomagic Studio整体构造产品曲面并输出加工”的具体方案。缩短新产品的设计开发周期，为产品的高效快速开发与创新设计探索出一条捷径。刘妍妍[3]通过对逆向工程中的數据获取技术的研究，选取使用3DSS三维照相扫描仪获取房车前围顶部的点云数据，在Geomagic软件中完成点云数据的前期处理，对基于曲线、曲面的重构方法以及光顺技术进行研究。

本文从逆向工程技术入手，介绍一种快速提取数字化人台特征面的方法。通过接收来自测量设备人台数据，进行一系列的编辑操作，得到品质优良的人台曲面曲率数据，并通过stl数据格式利用点云坐标值的表达方式完成人台1和人台2的主控因素特征对比。

1 人台特征面的表述

服装用人台的关键点是具有高度的代表性，具备特定的人群体型特征并集中表现人体某些主要成分型态。刘正，胡淑蓉[4]在三维人体数据库的基础上，应用因子分析，结合人台使用以及服装结构设计要求，提取上身人台制作所需的31个特征部位。所提取的特征部位具有代表性，能体现体型变化规律，考虑并融合现有人台使用者的意见。本文以横向、纵向坐标平面为基准，提取人台关键特征因素数据。

2 利用geomagic软件提取人台曲面特征曲率

Geomagic Studio软件是美国雨滴（Raindrop）公司出品的逆向工程和三维检测软件，主要特点是支持多种扫描仪的文件格式的读取和转换、海量点云数据的预处理、智能化NURBS构面等，Geomagic Studio软件的海量点云数据预处理功能克服了其他同类软件中对点云数据操作时图形的拓扑运算速度慢、显示慢等弊端。相比其他逆向软件，主要功能包括点云数据的渲染、滤除噪声点、多视点云的拼合、数据补缺、以及测量物体初始轮廓的确定等等[5]。

2.1 点云数据预处理

Geomagic Studio软件载入点云数据后，首先，圈选删除扫描时放置物体的平台造成的大片孤立的点云数据，然后执行“减除燥声”命令，可以自动过滤掉超过设定阈值的孤立噪声点。选中模型的两片局部点云数据，使用Manual Registration命令指定特征点来拼合两片局部点云数据，连续操作完成多视数据拼合在同视角下的物体完整的轮廓。对于拼合后的整体点云数据设置一个阈值由软件自动滤除掉重叠的点云数据。可以使用Fill Hole或Add Points命令进行少量数据点的修补或增加。Geomagic Studio软件提供了点云数据的精简命令，通过设置一个采样百分比可以将点云数据均匀减少[6]。点云数据精简前后如图1-2所示。

2.2 提取特征曲面

点云数据预处理完成后，将模型的点阵转换为面片模型预设特征面的提取，也可在Geomagic Studio软件中使用自动抽取模型特征、边界转换成特征线，以直接提取特征部位曲线。为便于特征线的处理，以截面为单位，设置只显示同一截面单位的点云数据的特征线，对于曲率变化比较大的截面可以增加切割的点云数量来保留曲面特征。如样条曲线曲率变化较大，还可以通过增删曲线上的控制点来对样条瞳线进行编辑。软件默认的切割平面有x轴、Y轴、z轴的法平面，可以指定一个平面，将与该平面相交的外形特征线提取出来。还可以通过自由指定法方向来确定切割平面。基准胸围特征截面提取时，选择法相坐标系下的腰围位置进行横想平面的重建，然后利用插入特征平面的方式获取面片草图模式下的腰围横断面法相平面二维模式。平面的方法获取腰围截面如图3所示。

3 人台关键特征因素数据分析

3.1 人台关键特征因素数据的提取方法

从人台的高度相关性出发，以腰围平面为基础面进行主成分高度部位特征提取高度因子：（1）侧颈点至腰围平面的前后垂直距离表示为前长和后长；（2）侧颈点至同侧乳头的距离表示为乳高；（3）后颈点至腰围平面的垂直距离为背长；（4）腰围平面至臀围截面的距离表示为臀高。

从人台的围度相关性出发，以腰围平面为基准面进行主控成分围度部位特征提取围度因子：（1）腰围平面垂直向上偏移至胸部最丰满处为胸围线位置，提取胸围围度长；（2）腰围平面垂直向上偏移至尖峰点位置处提取肩围特征面；（3）以腰围平面垂直距离向下偏移至胸下围纬度位置，提起胸下围围度线；（4）腰围平面向下垂直偏移至臀部最丰满处，提取臀围围度特征线；（5）腰围平面向下垂直偏移至臀围特征线中间1/2处，提取中臀围围度特征线。

从人台的宽度相关性出发，以腰围平面为基准面进行主控成分宽度特征提取宽度因子：（1）以腰围平面垂直距离向上偏移至前腋下点位置，提取前胸宽控制部位特征线；（2）以腰围平面垂直距离向上偏移至后腋下点位置，提取后背宽宽控制部位特征线。

从人台的特殊部位相关性出发，提取特殊部位唯独特征：（1）由于脖颈可视为上细下粗、后高前低的柱状体于肩部相接连，颈根围面并未和腰部平面相平行。因此，提取颈根围度特征时，可考虑以多个点重新构成平面的方式，获取贴合脖颈围度的特征线。（2）以肩部特征平面为基准，提取前后肩斜线特征数据。

从人台纵向特征相关性出发，以前后正中心平面为基准，提取人台纵向特征曲线：（1）以人台正中心z轴方向，提取人台前后中心曲度特征线；（2）以人台中心平面为基准，纵向通过乳头点位、小肩线中点位置、至人台底部平面，获取人台侧面曲度特征。（3）以人台中心纵向平面为基准，经过人台厚度侧面位置，做90°垂直方向平面，获取人台侧缝线位置特征线曲度特征数据。

根据主控成分因子特征（如表1、2所示）可以得到每个因子数值的测量几何范围，即因子所描述的该测量部位数字范围内的较强表达方式。

3.2 截面曲线的拟合

本文利用gemagic design软件的使用方法，获取截面和人体截面。采用多点拟合的方式，把取点的误差值设置为0.5mm的范围之内，进行腰围面片草图特征曲线的48个型值点的拟合曲线。拟合图片对比图4-5所示。

利用gemagic软件测量位于人台1和人台2的常用控制部位特征截面，如胸围截面、腰围截面、臀围截面、前后中心侧截面、正侧身截面；每截面上48个点云的（x，y）坐标值。数据采集如表3所示。

4 结语

在截面轮廓曲线的相关研究中，Lee Hyun-Young，等[7]利用Rapid Form研究女性乳房乳底轮廓线形态参数提取，进行形态分析。徐小惠，等[8]用Imageware在三维人体点云数据中通过人体特征点作截面以及曲线模拟。

本文以横向、纵向坐标系法相平面为基准，提取人台关键截面特征因素数据进行分析。确定，曲面坐标值越大人台曲度表面的曲率离散性随之变化；曲线型值点的坐标值越相近，人台曲面的曲率走势越缓慢，表面特征起伏程度小；截面的几何形状境界范围的百分比值越小，特征平面接近的椭圆形越扁；甚至颈根围的截面的几何境界范围比值超过百分比，显示颈根围特征平面于其余截面呈相反椭圆形[9]。因此，利用geomagic逆向软件可以准确的把我人台的曲面特征，以利于更好的分析和确认人台的优缺点，在人台的实际使用过程中更快速选择合适的人台模型。

参考文献：

[1]王海南.逆向工程技术在贵州少数民族文化遗产保护中的应用研究[D].贵州大学，2008.

[2]韩霞.基于Imageware、Geomagic Studio的产品逆向设计[J].北京服装学院学报（自然科学版），2010（03）：31-35+68.

[3]刘妍妍.逆向工程房车设计[D].郑州大学，2014.

[4]刘正，胡淑蓉.基于三维人体测量上身人台特征部位的提取[J].浙江科技学院学报，2009（5）.

[5]刘立晶，杨慧.基于 Geomagic Design 软件的导种管三维逆向工程设计[J].农业工程学报，2015（11）：40-45.

[6]胡影峰.HU Ying-feng Geomagic Studio软件在逆向工程后处理中的应用[J].制造业自动化，2009（9）.

[7]Lee Hyun-Young ，Kyunghi Honga， Measurement protocol of womens nude breasts using 3Dscanning technique[J].Applied Ergonomics，2004（35）：353-359.

[8]徐小惠.基于人體特征的紧身原型领、袖曲线生成规则研究[D].苏州大学，2011.

[9]刘红，张明，陈东生，等.标准女体胸围曲线研究[J].纺织学报，2011（2）：117-120.