基于Poser的个性化人体模型运动仿真技术研究

第25卷第7期 计算机应用与软件

Vol 125No .72008年7月 Computer App licati ons and Soft w are Jul .2008

基于Poser 的个性化人体模型运动仿真技术研究

李　燕

(武汉科技学院机电工程学院　湖北武汉430073)

收稿日期:2007-07-02。湖北省教育厅2007年科研重点资助项目(D200717002);湖北省数字化纺织装备重点实验资助项目

(DT L200607)。李燕,教授,主研领域:三维数字建模与逆向工程技术。

摘　要 根据服装工业对数字化动态人体模型的需要,提出了一种建立人体动态模型的新方法。该方法针对特定人体的三维扫

描数据,用逆向工程软件Geomagic Studi o 实现个性化的三维人体NURBS 曲面模型的构建,将完成后的人体曲面模型导入Poser 软件,利用人体特征点确定关节位置,建立相应的人体骨骼模型,并将人体表面模型与骨骼模型相匹配,实现人体运动仿真。实验证明,所建立的人体动态模型在外观形状和运动姿态上具有较高的真实性,操作简便,易于掌握。关键词 三维人体扫描　人体曲面模型　人体骨骼模型　Poser

O N LOCOMO T I O N E M ULAT I O N TECHNOLO GY O F I ND IV I D UAL I ZED

M AN I K I N BASED O N PO SER

L i Yan

(College of M achine and Electronic,W uhan U niversity of Science and Technology,W uhan 430073,Hubei,China )

Abstract Abstract A ccording t o the de mand of gar ment industry,in this article it br ought for ward a ne w method t o building the dyna m ic manikin .According t o particular scanned 32d hu man body data,the reversing engineering s oft w are “Geomagic Studi o ”was used t o realize the constructi on of individualized 32D NURBS curved manikin,then the accomp lished curved manikin was directed t o the s oft w are Poser .By u 2sing the hu man character points t o define the l ocati on of j oints,the relevant hu man skelet on manikin can be built and matching with hu man surface model,we would actualize hu man body dyna m ic e mulati on .The tested module is highly realistic in shape and dyna m ic status and can be contr olled easily .

Keywords 32D hu man body scan Hu man body Curved manikin Hu man body skelet on model Poser

0　引　言

三维人体建模是当前一大研究热点,它在人机系统工程、医学研究、服装C AD 以及虚拟现实等领域有着广阔的应用前景。在人体的几何造型方面,通常采用棒模型、表面模型、体模型和多层次模型等方法,在不同程度上对人体外形特征进行描述。由于这些方法通常利用的是常规测量数据和统计资料,对外形尺寸做了大量简化,因而所建立的人体模型缺乏足够的真实感。随着人体非接触测量技术的发展,可借助全身扫描仪方便地获取特定人体的表面数据,使得用真实人体扫描数据来建立个性化特征人体的表面模型已成为现实,但是,其所建立的仍然是静态人体模型,无法表现人体的动态效果。

由于人体是一种复杂的多关节形体,建立具有真实性的人体动态模型方法仍在探索之中。笔者提出了一种建立人体动态模型的新方法,把人体动态模型分成表面模型和骨骼模型两个层来构建,针对特定人体的三维扫描数据,用逆向工程软件Geo magic Stu 2di o 实现个性化的三维人体NURBS 曲面模型构建,将完成后的人体曲面模型导入Poser 软件,利用人体特征点确定关节位置,可建立相应的人体骨骼运动模型。所构成的人体骨骼模型是一个多关节运动学模型,可用来控制人体的各种姿态动作,将人体表面模型与骨骼模型相匹配后,即可实现人体运动仿真。

系统框架如图1所示

。

图1　实现人体模型运动仿真的系统框架

1　个性化的三维人体曲面模型的构建

基于人体扫描数据的三维人体曲面模型的构建分为两步:

1.1　人体点云数据的获取

本项目采用的是Tel m at 的SY MC AD 非接触式三维人体扫

描仪,在20s 内自动完成整个人体扫描过程,捕捉到人体500000个数据点,测量精度达到0.2cm,所测数据可以I V 文件格式输出,但所输出的I V 文件不能被Geomagic 软件直接读取,利用文本编辑软件打开I V 文件,把文件头和文件尾修改为WRL 文件格式,并保存为WRL 格式的文件就可以被Geomagic 软件读出,

78

计算机应用与软件2008年

所测得的点云图形如图2所示

。

图

2　人体点云数据

1.2　构建人体NURBS 曲面

将测得的人体点云文件,读入Geo magic Studi o,通过对人体点

云数据进行优化处理、人体多边形的编辑、人体曲面网格线的定义、人体曲面的拟合等操作,生成高质量的人体NURBS 曲面,如图3所示,将构建的人体NURBS

曲面模型以OBJ 格式文件输出。

图3　个性化的三维人体NURBS 曲面模型

2　由人体曲面模型建立人体骨骼模型

使用Poser 的I m port/W avefr ont OBJ 命令,将在Geomagic

Studi o 软件中完成的人体NURBS 曲面模型导入Poser 软件中,

打开H ierarchyW indow 窗口,用Create Ne w Figure 命令将导入的人体曲面模型改变为Poser 的形体对象,再根据形体对象的关节特征建立体骨骼模型。

2.1　人体骨骼模型的建立

在Poser 中有一套骨骼制作系统,可以方便直观地为形体对象构建骨骼,用鼠标选中人体,点击主介面右上角的Setup

Roo m,进入到Poser 的Setup Room,为人体曲面构建骨骼,激活Bone Creati on 工具,在人体模型的臀部位置按下鼠标左键向下

拖动鼠标,就为模型建立了第一根骨骼

,如图4所示。

图4　建立人体臀部第一根骨骼第一根骨骼放置的位置是相当重要的,因为这个骨骼会变

成将要创建的其它所有骨骼的父骨骼。

接下来继续为人体模型绘制骨骼,绘制骨骼的时候要注意,必须选中当前的骨头才能绘制和它相连的下一根骨头。把光标移动到第一根骨骼的底部,按住鼠标左键向下拖动鼠标,建立第二根骨骼,使用移动工具和旋转工具也可以对骨骼进行调整,激活移动或旋转工具,将光标放置到骨骼两端的起点,当光标变为圆圈时,按住左键拖动鼠标,修改骨骼的位置,完成后的人体骨骼如图

5所示。

图5　人体骨骼模型

2.2　人体骨骼的命名

建立好所有的骨骼后,需要为每根骨骼命名,为了能使用

Poser 系统中包含的大量现成姿势以及套用特殊效果,必须使用Poser 命名规则为人体模型的骨骼命名,Poser 中标准的人体模

型骨骼的命名规则如图6所示。

图6　Poser 中人体骨骼命名规则

在工作视图中双击其中一块骨骼,在打开的Ele ment Pr op 2

erties 窗口中有两种命名方式,在I nternal Na me 文本框中,使用Poser 命名规则进行命名;在Na me 文本框中输入用户自定义的名称,如果使用了Poser 命名规则对人体的骨骼进行命名,那么Poser 将自动为骨骼建立父子链接关系,如图7所示,使人体骨

骼模型成为一个多关节运动学模型,以实现人体骨骼的正确运动仿真。

图7　Poser 中人体骨骼的链接关系