虚拟现实3D试衣系统实现方案设计

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一、3D试衣
3D试衣早在十几年前就已经被提出，但是一直没有取得实质性的进展，网上多数所谓的“试衣间”是平面的模特和平面的服饰，虚拟试衣只是简单的将服装的贴图覆盖模特的图片上，即使试衣过程中有些能够旋转，也是多个平面照片的粘合而已。

随着科技的进步和一些技术的突破，直到近三四年来，才有了原始意义上的初步的3D试衣系统。

目前的3D试衣系统主要包括网上3D试衣间和3D体感试衣镜。

我们想要设计的网上3D试衣系统实现的基本功能有：⑴选衣功能。

系统要能够比较直观的展示出一系列的衣服，
展示的方式是建立一个三维服装库，用户可以通过鼠标或键盘操作来选择喜欢的服装，以供虚拟试衣之用。

⑵试衣功能。

系统应该允许用户通过各种操作将选中的衣服
自动切合到“客户”身上进行试衣，并且系统能够使三维服装能够在“客户”身上正确的显示。

⑶展示功能。

系统应该允许用户在试衣完成后可以多角度的
观察试穿效果。

一个好的网上试衣系统必须支持用户的多方位试穿，以方便用户查看衣服是否真的适合自己。

二、两种3D试衣的现状分析
1. 网上3D试衣间
“3D试衣间”主要通过三维仿真虚拟模特和三维仿真
虚拟服装，为用户提供网上试衣服务。

首先用户根据自身的肩宽、胸围、臀围、腰围、身高等体型数据利用计算机生成一个与自己身形大致相同的三维仿真模特，然后需要为每一套试穿服装建立相应的三维仿真模型，最后在3D虚拟试衣的过程中，将三维服装穿在三维模特身上，用户可以通过控制三维仿真模特方位的变化，以达到用户能够全方位的察看服装的试穿效果，这使网上试衣有了很大的提高。

“3D试衣间”存在的主要缺陷：
⑴顾客虽然可以通过设置三围等一些参数来建立与自己相
近的三维模特，但是我们每个人的体型都是独一无二的，三围模特不能真实的反应“真我”，因此会影响试穿效果。

⑵ 3D试衣间中建立的三维模特一般都是静态的，消费者只
能察看试衣时的整体搭配效果，而不能察看人肢体动作发生改变时服装的试穿效果。

⑶我们需要为每一套试穿服装建立三维模型并存入数据库，
这是一项繁琐而复杂的大工程。

另外，建立三维仿真服装需要现实服装的具体参数，而服装版型的具体参数是服饰企业的商业机密，这又增加了开发的难度。

⑷三维服装的试穿是3D试衣过程中的最大难点。

因为三维
服装穿在三维模特身上后，需要根据人体的凹凸、服装的材质等条件约束后产生形变，从而判断服装的舒适程度，达到3D试衣的最佳效果。

目前，由于技术上的不
成熟等原因，3D试衣间通常局限于察看服装的搭配效果，真正意义上的试穿效果（如舒适度、服饰尺寸大小等）都没有得到很好的实现。

2.3D体感试衣镜
3D体感试衣镜中主要运用了AR(增强现实技术)和体感互动技术。

增强现实技术（Augmented Reality Technique，简称AR），是在虚拟现实基础上发展起来的新技术，是通过计算机系统提供的信息增加用户对现实世界感知的技术。

它将计算机生成的虚拟物体或关于真实物体的非几何信息叠加到真实世界的场景之上，实现了对真实世界的增强。

体感技术，在于人们可以很直接地使用肢体动作，与周边的装置或环境互动，而无需使用任何复杂的控制设备。

便可让人们身历其境地与内容做互动。

3D体感试衣镜的基本原理是通过体感摄像头获取人体的影像信息，如此可以捕获人体3D全身影像并输入到机器中，然后机器通过特定的程序将其存储的3D虚拟服装穿到顾客身上，其中借助AR技术（通过计算机的运算将衣服的3D画面与顾客的影像进行重叠）实现顾客对服装的“真实”试穿，最后在其显示器中反映顾客的试穿效果。

3D体感试衣镜的特点：
⑴通过体感互动技术获取人体的3D全身影像信息。

它与3D
试衣间相比，避免了需要设计复杂的算法来建立三维仿真模特的过程，并且这种情况才是“真正的我”在试穿服装。

⑵相同的是，都需要提前将服装建立3D模型存储到机器中。

而且试穿效果实际上都局限于服装款式的搭配，服装的尺寸大小等问题并没有得到有效的解决。

⑶用3D试衣镜中试衣时，用户可以随意改变自身的肢体动
作，3D服装也会跟随发生相应的改变（目前效果不是很好），并且顾客可以转身察看身后的试穿效果，加强了试衣的逼真性。

⑷ 3D体感试衣镜主要适用于品牌服装专卖店、大型服装卖
场，由于3D试衣镜价格比较昂贵，这限制了3D试衣镜对服装卖家、普通用户的普及，一定程度上影响了其发展。

一个3D试衣镜的试衣过程如下：
1 软件默认初始欢迎页面
2 点击欢迎界面进入试衣程
序
3 体感设备连接成功后，请
前后移动身体
4 等待感设备捕捉用户身体
5 请举起双手，等待软件捕
捉用户6 软件捕捉到用户后即可体验
试衣
7左手移至屏幕左侧箭头可试穿上件衣服8 右手移至屏幕右边箭头可试
穿下件衣服
服装种类的选择如下：
可以选择其他类别的衣服右手移动到屏幕分类按钮
上可以选择衣服类别
三、3D试衣系统的设计新思路
由于3D试衣镜的昂贵价格阻碍了它的普及，为此我们可以尝试3D试衣系统的新思路：尝试开发一个依托于单机电脑和服装卖场的新理念3D试衣间——网上3D试衣间与3D体感试衣镜的结合。

首先，我们需要根据衣服的样式以及尺码“等比例缩小”建立相应的3D服装模型存放到电脑的一个数据库中（此数据库中的衣服的样式、尺码等会随着商场中的衣服实体进行不断的更新）。

当顾客前来购买衣服时，可以通过一些外部体感设备（如类似3D试衣镜中应用的kinect摄像头等）来获取顾客的3D影像信息，并利用影像技术将顾客“等比例缩小”输入到电脑中，即将顾客的形体缩小体（外貌不变）输入到电脑形成一个“3D模特”，这时顾客就可以通过操作
电脑从已经设计好的服装数据库中挑选自己喜欢的衣服，将其穿到电脑中“真实的我”身上。

顾客从电脑的显示器上察看试衣效果，并通过不断地试穿、比较选出最适合自己的衣服。

由于当前计算机已经得到了比较广泛的普及，与3D体感试衣镜相比，此种3D试衣系统用户唯一需要准备的只是一台体感外设设备，它的成本当然会远远低于整套3D体感试衣镜。

因此全新3D试衣系统更容易得到较为广泛的推广。

全新3D试衣系统的优点：
⑴借助体感技术等可以较为真实的体验服装试穿的效果。

⑵成本相对较低，当相关技术更加成熟时，很容易为大众接
受、使用。

四、3D试衣系统的设计与实现
1.3D模特
试衣系统通过体感摄像头获取顾客的3D影像信息后，利用影像技术将顾客的人体模型“等比例缩小”输入到电脑中，即将顾客的形体缩小体（外貌不变）输入到电脑形成一个“3D 模特”。

2.3D服装
为了在现实中商业性地使用虚拟试衣系统，也为了和服装销售商所能提供的服装裁剪数据相衔接，网上3D试衣系统
采用从文件导入布片数据，然后用无缝拼接技术生成3D虚拟服装的策略。

服装数据文件中除了裁剪数据之外，还有一些用于虚拟试衣过程的约束数据。

这些额外绑定的数据都是和服装的款式相关的，包括套穿过程中的标记数据以及微调过程中拖拽调整不动点等数据。

为了让用户在虚拟试衣之前也能全面的查看服装的各
种细节和特点，系统允许用户对显示的三维服装做鼠标拖曳。

用户可以用鼠标把服装模型做全方位的旋转，这样就能从前后左右上下等各个角度查看服装细节。

显然，相比简单的平面照片，这会让用户对服装的真实特点有个更好的把握。

3. 3D试衣及其实现方案设计
虚拟试衣的本质是把服装模型和人体模特结合在一起
显示出来。

把虚拟服装穿到一个3D虚拟模特身上通常是一件繁琐的、时间复杂度很高的工作。

为了获得最佳实时性，一个通常的做法是把布片当作刚体放置在目标对象周围，然后通过模拟的缝合来显示“穿”这个效果。

我们把这个过程叫做套穿过程。

简单缝合之后的服装显然还不是我们所希望看到的样子，为此系统还要实施几个后台运算过程来计算服装的外观。

这些运算过程来自于服装建模技术Sweater系统的启发，
把原先需要和用户进行交互的过程简化成从服装模型数据文件获取默认输入。

3.1套穿过程
套穿这一过程是把衣服放置在虚拟模特身上并且试图使服装上的标记和人体模特上的标记相匹配。

下面我们从服装模型的三角剖分开始，详细描述套穿过程设计的算法。

从Delaunay三角剖分开始，然后迭代细化。

这些三角形必须足够小，我们使用的三角形的边长一般为0.07-0.08个单位。

三角剖分完成之后，每一个布片在最初的状态下都是一个单一的多边形，然后我们按照缝合约束来把相邻的单一布片拼接成连续的网格结构。

最后我们通过建立一个从网格到3D空间的映射f来计算服装的几何外观。

这个映射f一次只处理一个顶点。

如果一条边的两个端点都被映射了，我们称这条边被映射了；如果一个三角形的三个顶点都被映射了，我们称这个三角形被映射了。

在每个顶点完成映射之后，系统将实施一个平整过程，目的是使已经映射好的网格每一条边的长度能接近于它们对应的初态长度，同时这也是为了防止三角网格的错位。

3.2拖拽调整
拖拽调整过程是交互式微调阶段，对已经套穿在3D模特身上的服装做更细致的调整。

就像现实世界中在试衣间试衣，顾客穿上衣服后也必然会用手调整一下穿在身上的衣物
使之达到更合适的状态。

在虚拟服装被套穿到3D模特身上之后，网上3D试衣系统可以用拖拽的方式调整服装的位置以及其他的一些细节，比如边缘。

3.3平整过程
在进行套穿过程和拖拽调整时都有一个不得不面对的问题，那就是如何使得虚拟服装始终保持在3D模特身上。

为此在套穿或拖拽调整的过程中，系统要反复地调用一个平整过程。

一个平整过程有3个部分：第一，我们尽可能地让虚拟服装的每一条边很好的接近于它们原来的初态长度，这有助于防止服装的过度拉伸和收缩。

第二，系统将修复那些翻折的三角形网格以片面虚拟服装发生折叠。

第三，平滑三角形网格中的二面角。

第一个目标防止过度拉伸和收缩以及第二个目标修复翻折可以通过同一个过程达到。

系统通过调整虚拟服装上的顶点位置，使得模型网格上的每个三角形都恢复成接近原来的初态形状。

我们把每个三角形的初态形状叫做参考三角形，参考三角形由三条初态边长唯一确定。

系统把一个参考三角形的拷贝U尽可能近的放在待调整三角形T的一侧，然后把T上的三个顶点都向着U上对应的顶点做相应的移动，这一算法思想来自纹理坐标最优化算法。

为了达到第三个目标平滑布料，系统通过移动顶点让每条边上的二面角都更接近于180度，从而使得布料更加平滑。

五、3D试衣系统的发展前景
由于越来越多的人群通过网上购物，网上购买服装也必然是新的趋势所在，通常网上购买衣服时顾客最大的顾虑就是衣服是否合适（包括服装的搭配、尺寸大小等），因此一个高效的3D试衣系统就不可缺少，借助电脑进行3D试衣必将会成为一种潮流和时尚。

六、参考文献
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