基于虚拟现实的三维试衣间*

陕西国际商贸学院信息工程学院 白瑞 杨涵登 周元皓 王云环 吴萌

随着人民经济水平的不断上升以及网络技术的不断创新,人们的生活节奏随之也在不断地加快,人们更愿意花费较多的时间进行线上购物,线下购物的时间明显减少,并且人们在网络搜寻自己的心仪之物已成为当下大数人,物别是女性同胞的生活日常。本项目研究内容是,人们在网上购买服装时,以一种虚拟的试衣间(一种软件系统)来感知自己购买的服装的试穿效果,从而避免因服装有适合自身条件而出现的退货现象。虚拟试衣间(系统)通过采集消费者照片或视频,获取自身材、发型、配饰等数据,与不同的服装进行搭配。消费者依据感官体验做出取舍,建立信心,以消除消费者担心所购服装不合适自身条件的心理。虚拟试间(系统)根据消费者购置服装时的心里需求,利用OpenCV、OpenGL、3D、VirTools Max等工具软件,设计一种基于网络的三维虚拟试衣系统。

1 概述

随着我国全面进入小康社会,城镇居民生活水平普遍提高,即居民拥有了显著改善的经济条件、享受着优越的生活环境,进而在购物时会更加注重自身的消费体验。人们在购置服装时,更趋向于既要适合自身身体条件,又时尚前卫,同时具有一定的档次,以展示自己的气质。

目前市面上虚拟三维试衣产品有很多,但能呈现较好试衣效果的产品不多,部分产品在线上有一定的应用,线下无法完成体验。这里需研究和解决诸多问题,以增强产品的消费者体验,发挥其在实际应用中效用。人工智能、计算机视觉、5G通信、图像识别、深度学习等相关技术的成熟和发展,使得打通线上、线下的虚拟试衣势成为可能。虚拟试衣必将对服装行业产生较深远的影响,在提高线上服装销售成功率的同时,提升消费者的购物体验。

1.1 目的和意义

对于当下社会环境中的主体劳动者,工作强度大、工作时间长,空闲时间碎片化,要求花在购物时试穿次数尽可能少,以节省购物的时间,虚拟试衣技术出现,可完美满足购物者的这一需求。本项目的意义以传统试衣为基础,使用信息技术和图像图形处理,设计一种虚拟试衣解决方案。该方案能够改善市面上一些方案用户体验和节省消费者的试衣时间,同时,系统提供的服饰彩色搭配自动评价模型,可以提升消费者的购物体验。其意义如下:

(1)虚拟三维试衣间可使消费者以一种身临其境的方式体验购物过程的乐趣,它将虚拟试衣与服饰色彩搭配功能集成在同一个场景中,方便消费者在同一场景中通过鼠标地进行操作,避免了在不同场景中的切换,同款式不同色彩搭配的服饰效果,建立消费者一次试穿基础之上。系统提供试穿效果图保存功能,供消费者线下浏览,同时,自动评价功能会对消费者对所穿服饰搭配进行打分评价。(2)该虚拟试衣间(系统)可帮助服装销售企业提高服装销售过程中服务品质,激发消费者的购买欲。企业在为消费者在虚拟试衣的参与过程中,提供一种全新的试衣体验。并附以更加人性化的服务,最终达到提高客流量和销售量的双重目标。

以此提出一套基于三维空间的虚拟穿衣系统,该系统主要包含以下几个工作:用户选择试穿的衣服、获取人物轮廓线、三维人体建模、三维服装、动画模拟以及视频的合成。

1.2 国内外研究概况及发展趋势

1.2.1 国外发展现状

服装销售网站的现实情况中服装以平面模特照片为主,娱乐性较强,款式较少[1],利用虚拟视觉软件向广大消费者提供虚拟试穿服务已成为一种趋势[2]。受制于硬件和软件的限制,这一服务大多以宣传为主,距真正走向广泛应用,为消费者提供体验,还需在技术上有所突破。

(1)虚拟试衣镜。一种比较可行的解决方案可使用微游戏主机Xbox360设计实现的试衣镜应用,用户的各种姿势和手势可被Xbox360捕获和识别,通过中央处理器预处理后传送给Xbox360主机,以实现用户的按需分配动作与游戏进行互动[3]。在微软Kinect体感周边设备的加持下,将导入的动态捕捉、影像识别等信息接入到一个称为镜子的视频屏幕上。Kinect摄像头跟随消费者移动轨迹,显示试衣者的360度影像,在消费者不转身的情况下,展示其背面减半效果。(2)第一个真有现实意义上的服装设计和虚拟试衣环境是瑞士日内瓦大学MIRA Lab实验室基于硬件技术建立的[4],即VLNET服装仿真系统,功能强大。它依赖于头嵌入头盔中的显示器、耳机和数字手套等硬件设备,通过安装在计算机中的数据服装软件的控制下,建立起非常可信的结合视觉、听觉与触觉的虚拟世界,给消费者一种真实的生活体验。

1.2.2 国内发展现状

国内服装购物网站的服装展示与国外情形大致相同,以服装图片为主,并配以文字描述[1],鲜有使用虚拟现实技术。随着通信带宽的提高,一些购物网站向消费者推出了一种二维试衣系统。系统软件提供了不同款式、不同风格的服装,平面模特在这个“试衣间”中自由搭配不同款式的服装,便于消费者了解该服装的视觉效果。该类试衣系统具有天然的不足之处,消费者无法根据模特身上的着装视觉效果和简略的服装款式适用体型特征说明,判断服装是否适合自身的身体参数和着装效果。尺寸来确定合适的着装尺寸,与国外相同网站相比,差距明显。

(1)华堂科技虚拟试衣系统。华堂科技虚拟试衣系统集人体感应技术、图像采集技术、增强现实技术、数字显示技术、多媒体信息发布系统、数据统计等于一体,通过高清摄像头实时捕捉现场影像,结合体感探测装置将服装的2D图片或3D模型叠加到顾客的影像上,实现虚拟服装与真实顾客身形的完美融合[5]。消费者只需站在图像采集设备前,就可以看到自己真实3D试衣效果。该系统科技感很强,消费者的认可度高,试衣体验显著。(2)奥狮科技人工智能虚拟试衣系统。人工智能虚拟试衣系统采用先进构架设计研发,借助人工智能、人脸识别、人脸美颜、AI头像更换和数据匹配技术构建一个具有虚拟试穿、服装在线试穿、真人试衣等功能的买双方互动平台[6],为消费者提供了在线服装模拟试穿功能,有效解决了尺码不合适、服装版型、服装试穿等问题。通过输入个人身材数据,打造1∶1仿真试衣间,为个人和企业构建AI线上试衣新体验。(3)森动数码科技3D互动虚拟试衣间。3D互动虚拟试衣间是杭州森动数码科技有限公司针对服装市场,量身订制出的3D体验式虚拟试衣系统设备[7-8]。消费者面对特殊设计的大屏,通过森动识别合成技术,虚拟的各款3D服装便能非常自然、贴身地穿在身上,以简单手势动作便可轻易替换出不同的服装造型。系统旨在为服装消费者提供具有高科技、十分良好的试衣购物体验,节省消费者的时间成本。

2 项目研究内容和技术

2.1 项目研究内容

项目研究的主要内容,在基于消费者个性化着装需求的基础上,使用多媒体(图像的和视频的)和信息处理技术,研究虚拟试衣方法,并对虚拟试衣方法进行构建,以模拟用户的现实着装体验[9]。包括:

(1)构建虚拟试间(系统)的硬件环境。构建硬件环境是为了将消费者身体数据、试穿记录和效果进行记录和长期保存,便于消费者回看试穿效果和后续的虚拟试衣。(2)虚拟试衣方法研究。包括服装颜色的替换和人脸、肤色的动态调节两个方面。(3)自动评价和研究服饰色彩搭配,对用户试穿的服饰色彩搭配给出合理性建议。采用多媒体处理技术,得出主观评价方法。(4)设计虚拟试衣间(系统)。

2.2 关键技术

系统中使用的关键技术包括角色模型重建和服装生成和处理[10],角色模型重建是试衣间的第一步,构建一个真实的试衣体验。

角色模型重建技术之一是人体参数化,即将人体数字化,构建三维人体模型,以方便系统对模型进行移位、旋转、调节,避免比例失调和画面冲突。人体参可参阅文献[11-12];其二是基于单张照片的人脸重建。重建人脸,可使用户产生角色认同感,提高用户的试衣体验[13]。人脸重建算法包括人脸贴图重建和人脸几何重建。

虚拟试衣的重点是服装生成与处理,即服装模型仿真,包括布料模拟和服装渲染,这些方法和讨论见文献[14-16]。方法包括自动化服装蒙皮和穿透问题处理。自动化服装蒙皮过程包括人体姿势模型加载,经多次迭代校正后输出。服装穿透处理可先通过模型标准方法实现服装与人体模型之间的粗配准备,再经一种历史信息无头的穿透方法进行修复,最后将服装网络绑定到人体网络上[17]。

2.3 技术难点

(1)建立虚拟人体化三维,虚拟建立对进行人体模型,依据人体各部分的比例关系,获取消费者的身高、上肢长度、肩峰至头顶高度、胸围、腰围、后腰高、臀围、膝围、踝围和脚掌周长等决定性的身体数据作为参数,建立人体模型。人体几何特征参数一经测量确定,采用人体工程学的原理,对主要造型特征进行相应的修正,使其满足新的尺寸要求。直接创建法和模型重建法是常用的两类建模方法[18],两种方法均具有一定的局限性,直接创建法的局限性表现在需要专业人员或者昂贵的硬件支持,要求较高;模型重建法局限性表现在算法复杂且实时性差,受限于人体形态的复杂性,简单的线性缩放难以实现。(2)根据物理建模方式,应用牛顿运动定律和能量方程模拟出布料的悬垂感、折皱感,构造出三维虚拟服装,使用几何建模方式,将服装附着在人体模型表面,在三维空间内呈现服装的形面、面料的不同穿着效果。(3)信息准确快速设定与虚拟中缝缝合,虛拟中缝缝合研究中存在的问题大多集中在缝合信息设定不准确、需用户高度参与、自动化程度低等问题上,缝合信息设定大多需要用户使用专门的交互软件进行[18]。

3 结语

虚拟试衣间(系统)所用技术在科研层面取得了大量成果,基于此技术的虚拟试衣间(系统)也通过互联网在某些品牌服装上得以应用,借助于人工智能、数据爬虫等技术的数据推荐功能,极大增加了用户的购物体验。

本文主要介绍了虚拟试衣间(系统)的现状、内容、实现技术和存在的一些技术难点,但随着技术的进步、开发工具及外围设备的智能化、快速建模算法的突破,虚拟试衣间(系统)会给用户提供更接近自身身体数据三维数据模型和逼真的场景展示。

引用

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[5] 北京华堂立业科技有限公司.华堂科技定制开发的虚拟试衣系统[EB/OL].2021,http://www.dmtck.com/?c=news&m=view&id=300.

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[7] 杭州森动数码科技有限公司.公司简介[EB/OL].2011-2021,http://sundu3d.b2b.huangye88.com/company_detail.html.

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