虚拟试衣技术的发展与应用

雷启然,尚笑梅

(苏州大学纺织与服装工程学院,江苏苏州 215006)

随着网络的发展和人们消费方式的进步，越来越多的人选择网络购物这一购物形式，诸多服装品牌在网络营销模式中运用虚拟试衣这一技术手段。虚拟试衣可以作为线上消费者购买服装的决策工具，令消费者在网络购物过程中获得较为真实的试衣感受。在线下店铺，虚拟功能也能让消费者快速地进入虚拟模式之中，增加了在实体店中消费者购物的乐趣[1]。随着技术的进步，虚拟试衣系统不再仅仅是一个简单的辅助工具，它的发展为服装行业注入了新鲜的力量，开辟出一种新的思路，对于服装营销模式和顾客消费心理的改变也起着重要作用。

1 虚拟试衣技术及应用

混合现实(Mixed Reality)近年来很受欢迎，可以用于很多领域。混合现实能够实现虚拟世界与真实世界的结合，创造出虚拟物体与实物共存的新环境，实现实时互动。混合现实包括增强现实(Augmented Reality)和虚拟现实(Virtual Reality)。增强现实(AR)和虚拟现实(VR)的不同之处在于，AR是在真实空间中对于虚拟物体或环境的模拟，而VR涉及真实的人在虚拟环境中的运动[2]。

虚拟试衣是基于增强现实产生的一种用户体验技术。试衣软件依赖于计算机的相关技术进行识别和拟合，如人脸识别技术、图像识别技术等，使消费者能够感受到服装的实际穿着效果，有助于消费者做出购买决策，提高消费者的购物满意度，增加所购买服装的合体性，减少购买时间成本。

虚拟试衣系统的实现过程包含人体建模和服装模拟两个部分。实体建模和曲面建模是目前人体建模中采用较为广泛的两种形式[3-4]，实体建模不仅对于三维人体表面进行描述，而且对于模型内部实心部分也进行了表达，这种方法提供了人体几乎所有的拓扑和几何信息。但是这种方法运算量大，且运算速度缓慢。曲面建模主要模拟人体表面的信息，对于人体内部实心部分并没有进行明确的定义[5]。

对于服装模拟，虚拟试衣系统有三种不同的模式。第一种采用动画模式模拟虚拟试衣，系统为人体和服装做出动画模型。用户选择喜欢的服装并输入自己的体型数据。系统根据用户自定义的体型数据改变人体模型。试衣屏幕上能够全景展出动态的试衣效果，如转圈、跑跳等。这种方式模拟真实，代入感很强；第二种模式为贴图模式。制作服装的2D图片并利用体感技术捕捉用户的动作。用户抓取完成后，将制作好的2D图片放置在人体上。在这种模式下，服装可以跟随用户的动作而改变，但只能展示服装的正面效果；第三种模式为拍照模式。系统对于用户和服装分别拍照后合成试衣图片。这种模式响应时间短，但试衣真实性欠缺。

目前，国外虚拟试衣技术的发展较为成熟。瑞士日内瓦大学的MIRALAB 实验室对此做了很多研究，研发出了服装仿真系统。韩国首尔大学开发出的DC-Suit系统也被广泛使用。诸多公司也开发出许多虚拟试衣系统，如格博3D试衣系统(Accu Mark V-Stitcher)，法国Lectra公司的Moders V7系统，韩国的CLO 3D系统等。国内也有一些公司开发虚拟试衣软件，如杭州的首家虚拟试衣间开发商森动数码，广州新节奏智能科技公司开发出了线下店铺3D试衣镜系统，惠州奥狮网络科技有限公司开发出了在线3D试衣间软件等。除了虚拟试衣软件之外，还有一些基于Web的虚拟试衣功能，即虚拟试衣网站。如加拿大的网站My virtual model、英国的Fits .me均应用于各大服装品牌的线上店铺。而国内在这方面表现出色的网站有上海试衣间信息科技有限公司发布的“好买衣”以及“和炫试衣”[6]等。

2 虚拟试衣技术的实现方式

实现虚拟试衣技术的关键技术很多，对于服务器和客户端需要不同的模块。服务器需要体型、服装、动作捕捉、背景场景等相关数据库，客户端则需要人体和服装号型调整模块和实时服装仿真模块等构成模块[7]。不同的虚拟试衣系统采用不同的方式实现，现在此简述几个有特点的虚拟试衣系统实现方式。

2.1 基于Kinect的虚拟试衣系统

Kinect是微软XBOX360体感周边外部设备的名字，于2010年6月14日正式发布，它能够追踪用户的动态运动。在虚拟试衣系统中，Kinect作为追踪设备，能够监控到用户的运动过程，同时测量用户的身体数据。Kinect设备具有识别用户骨骼的功能，设备选取控制骨骼活动的20个关键点建立骨骼模型。与普通网络摄像头相比，Kinect设备精度高，速度快，并且可以追踪用户的骨骼运动。

图1 Kinect骨骼模型的20个关键点

很多的研究者通过Kinect设备进行了虚拟试衣系统的开发。L.Lysandra[8]采用虚拟人偶来表示用户的骨骼信息，通过测量人体肩膀在空间中的距离调整服装的大小。根据用户姿态控制三维服装模型，并能够显示实时视频图像。唐勇等人[9]采用Kinect设备获得人体数据和图像后，利用最近领域值法提取出人体轮廓深度的信息，并且采用双边滤波法对于提取出的轮廓边缘进行了处理。在服装和动作模拟方面，采用约束方程处理布料的拉伸变形和碰撞，采用骨骼矩阵变换实现了虚拟人物的运动。最终实现了Kinect驱动的实时虚拟人物试衣，并且增强了虚拟试衣的真实感，提升了试衣过程中的实时性。张晓丽等人[10]针对裙子类服饰实现了利用Kinect设备完成的360°试衣，进行人脸检测判断身体的前后面，并在关节深度坐标发生跳变时纠正数据。

国外也有许多学者基于Kinect设备进行虚拟试衣系统研究，Hauswiesner[11]使用多个摄像头捕捉用户的服装，提取服装轮廓并模拟服装，测量轮廓差和相似性，利用标准算法搜索空间并且制定用户的位置，采用基于图像的可视Hall算法提取深度图。用户在该试衣系统内可以从任意角度观察自己和服装，并且可以任意移动，就像照镜子一样。Chang等人[12]将Microsoft XNA Framework作为开发平台，使用2台Kinect设备测量用户体型，位置分别在侧面和后面。试衣系统能够模拟叠加在用户身上的服装，形成可以追随用户动作的服装3D模型。Yolcu等人[13]采用Kinect设备追踪用户骨骼模型，连接骨架与虚拟服装，将2D服装叠加在用户身上。用户可以在屏幕上直接看到自己的镜像。Wang[14]主要建立了关于手提包的虚拟系统，采用Kinect设备“轮廓跟踪”算法从背景中提取用户，并且强化手臂显示，在3D模型和人体之间利用物理属性进行交互。用户每次变换动作都可以显示虚拟的手提包模型，该模型可以跟随用户的手臂运动。系统可以模拟用户虚拟环境中的背景。Yuan[15]开发的虚拟试衣系统是将3D服装模型叠加到3D人体模型上，并且能够根据使用者面颊部分的肤色模拟身体剩余部位的肤色，使得3D人体模型与用户有相同的肤色，更加增添真实感。

2.2 基于Android平台的虚拟试衣系统

智能手机的发展改变了人们的生活方式，使人们能够随时随地开启网络生活，为人类的生活带来了更多的便利。由于智能手机出众的便携性，人们开始逐渐偏向于使用智能手机替代传统的个人笔记本上网。网络购物的飞速发展增加了虚拟试衣的需求。Android平台是目前较为主流的手机操作系统平台，基于Android平台的虚拟试衣系统打破了原有虚拟试衣系统的空间和时间上的束缚，带来了更多的便利，为虚拟试衣系统提供了新的方向。

手机端的虚拟试衣系统大多运用建模技术，通过用户身体数据和面部特征建立虚拟模型，将虚拟服装叠加到虚拟模型身上实现试衣效果。虚拟试衣APP按照最终呈现维度分类，可分为二维试衣和三维试衣两种模式。其中二维试衣的发展较为成熟，操作较为简单，并且整体性强；但二维试衣仅能展示正面的平面效果，实用性不强。三维试衣技术起步较晚，其中一种方式是通过获取用户身体数据并以此为基础建模获得试衣效果，另一种方式是进行AR虚拟试衣。目前市场上以二维模式呈现的试衣APP有好买衣、Zugara等，以三维模式的试衣APP有和炫试衣、优衣库试衣间等。还有大多数APP采用图像技术呈现二维试衣效果，多以换装游戏为主，名为换装实则换脸，娱乐性较强，但是试衣效果过于虚拟，远远不能达到真实的试穿效果[16]。

基于Android平台的虚拟试衣存在着许多研究，Martin等人[17]提出了针对个人电脑和移动设备的虚拟试衣应用，针对检测用户身体大小、人脸检测和服装叠加提出了三种算法，克服了多数虚拟试衣系统硬件的缺点，只要设备有一个摄像头就能完成虚拟试衣。徐雪丽[18]采用基于示例驱动的虚拟试衣机制，建立小型人体数据库，根据用户身体数据检索出最适合用户体型的试衣模型，并且用户头部可以与模特身体进行几何变换，实现用户头像移植，增强试衣真实感。该虚拟试衣系统以四方向循环的模式观看试衣结果，每一循环单位为 90°，提供了多角度的试衣展示。胡婉月等人[19]基于Android平台提出了系统功能设计的不同模块：客户端模块中包含了购物APP中常见的注册登录、商品搜索、商品浏览、虚拟试衣、商品购买、订单管理、购物车和收藏夹等内容；后台管理员模块包括用户管理、商品管理、后台管理和flash管理等内容；针对于移动终端试衣系统提出了基本流程设计图。

2.3 基于草图的虚拟试衣系统

虚拟试衣系统通常情况下是为了满足消费者的试衣需求，在获得消费者的身体数据之后将服装与消费者的数据进行匹配，完成试衣过程。然而随着科技的发展，虚拟试衣已经不再只是面向消费者，研究人员给予了虚拟试衣系统更多的可能性，基于草图的虚拟试衣系统便是其中一例。

基于草图的虚拟试衣系统满足了服装设计师的需求。服装设计师的任务之一是设计出新颖好看的服装，画出服装设计图。然而从设计师的草图到最后的成衣之间需要很多制作步骤，很难直接通过草图判断成衣的效果。基于草图的虚拟试衣系统可以实现设计师的手绘草图直接到3D人物穿着图的改变，节省了大量的时间。这种系统一般采用手绘界面(Sketch-Based Interfaces for Modeling：SBIM)的建模方式，界面对于服装设计师非常友好，符合设计师平时的手绘习惯。Turquin等人[20-21]据此提出了一个简单的交互界面，实现了虚拟服装创作的应用程序。用户可以画出服装正面或者背面的轮廓，系统对于服装的整体形状做出合理的几何判断，利用2D服装轮廓到人物模型的距离来推断3D虚拟服装的位置，并且设计出折叠模式(folding mode)来处理服装的垂坠、褶裥等效果，使虚拟服装更加真实。蒋娟芬[22]设计了交互式的二维服装手绘界面，研究了从二维到三维的坐标转换，提出了二维手绘线条的拟合方法和三维服装模板的建立方法，在服装的悬垂性和褶皱形态实现方面采用了网格细分和表面变形技术，最终完成了能够将二维手绘图转变为同构三维虚拟服装造型的界面。浙江大学的黄成华[23]也实现了基于草图的虚拟试衣界面。通过人体模型的坐标调整、特征识别和表面重建实现了三维人体模型的预处理，从服装草图中提取相关信息驱动服装曲面变形，并且研究了服装曲面的变形算法。对于服装运动过程中与身体发生的不可避免的碰撞进行分类，提炼出了服装中存在的三种真实的碰撞情况。采用不同的检测算法处理不同的情况，使服装碰撞模拟更加真实。

针对基于草图这一思路，也衍生出基于草图的检索系统。叶佩[24]实现了通过用户手绘结果进行输入，寻找出与之相似服装图片的检索系统。刘俊中等人[25]实现了勾画草图后能够同步匹配推荐相似服装图纸的推荐系统。

3 结语

作为服装CAD系统的一部分，虚拟试衣的应用对于消费者而言主要是服装线上以及线下的虚拟体验，对于服装企业而言主要应用于服装新产品开发和试样，目前已经取得了一部分成果，并且被多个服装品牌使用。但在现阶段，虚拟试衣的技术还不够成熟，仍旧存在一些问题，如线上试衣过程中如何采用消费者现有的设备准确地获取消费者身体尺寸；如何解决服装和人体匹配问题，做到正确推荐尺码；布料模拟过程如何做到真实的同时减少模拟所需的时间，做到快速响应；如何在尽量少借助外部体感设备的情况下实现360°试衣展示等等。但无论如何，虚拟试衣仍旧是服装行业发展的一个新思路，提高了这一领域的数字化与智能化，具有极大的现实意义和广阔的发展前景。