三维扫描仪人体点云数据建模探讨

（3）过胸高点的横截面与人体模型交线就是胸围线。
胸围提取过程
人台线架
定义：三角片人体模型向人台曲面模型转换的中间物，定义模 型的框架信息。 准则：（1）人台线架要包括相关人体的特征尺寸信息。
（2）为了便于人台线架网格的填充，线架的每个网格
必须由4条或者3条首尾相连的B样条曲线构成。 （3）构成人台线架的各段B样条曲线要保证其光顺性。
曲面填充和拼接
具体方法：以能量模型为优化目标函数，以4条边界B样条曲线作为约
束条件。能量曲面的U、V方向的幂次和节点矢量等同于相应方向边界
B样条曲线的幂次和节点矢量，曲面边界控制顶点与相应边界B样条曲 线的控制顶点重合。根据上述约束条件，求解一个线性等式约束的二 次规划，可以得到能量极小曲面。
分片显示
二维服装样板
优点 运算 速度 快 缺点 模型 真实 感较 差
人台建模计算流程图
基于线架的三维服装人台曲面建模
方法如下：
1）通过三维人体扫描仪的扫描采样等方法得到人体表面的三维点云数 据，然后在计算机中重构三角片人体模型。 2）根据三角片模型信息确定人体基准面，并相应提取构造人台线架 所需的人体特征尺寸。 3）用 N 张平面与三角片人体模型求交得到 N 个点串数据，对点串 数据进行排序、分割、光顺，之后拟合各点串为 B 样条曲线，调整构成 线架的各样条曲线的端点切矢，在此基础上建立人台线架。 4）用 B 样条曲面填充人台线架网格，并拼接相邻的曲面片。
三维扫描仪人体点云数据建模探讨
便携式人体扫描硬件设备简图
便携式人体扫描模拟
摄 像 机 激光
摄 像 机 激光
该扫描仪的主要技术参数和特点如下：
⑴ 扫描仪由扫描人体到获得人体表面坐标数据及人体尺寸整个过程约为 两分钟。 ⑵ 数据精度约为2mm~2cm，由于人体外形比较复杂，各个部分的数据精 度也不一样。
胸围：在胸围高度附近的最大水平围度。
具体提取方法：
（1）估计胸围所在人体模型高度区域 H1、H2，并且 H1<H2，比较该 区域[H1，H2]内所有前后方向 Z 坐标值，找到人体中心左右两侧两个最 大值 LZmax、RZmax，最大值对应的那两个点即为左、右胸高点。 （2）当左右胸高点的高度坐标不一样时（如 LZ≠RZ） 可以取平均值， 然后修改胸高点的高度坐标。
人台线架的定义方案
（1）依据人台线架定义的准则（1）（2）定义N张平面分别与三角片人体模
型求交，得到N个平面点串数据。
（2）平面点串排序。平面与三角片人体模型求交得到的点云数据杂乱无序， 因此必须对每一组平面点串数据进行排序。
（3）分割点的提取以及平面点串数据分割。
（4）对各点串进行光顺并分别拟合为B样条曲线。
个数据点。
点云预数据处理主要包括：
（1）数据点的拓扑重建。
（2）数据滤波。
（3）数据多视对齐。
（4）孔洞填补。 （5）特征提取。
（6）数据精简。
根据点云的分布特征和组织形式，点云可分为：
（1）散乱点云：其特点是点云没有明显的几何分布特征，呈散乱无序状态。
（2）扫描线点云：点云由一组扫描线组成，扫描线上的所有点位于扫描平 面内。 （3）网格化点云：点云中所有点都与参数域中一个均匀网格的顶点对应。 （4）多边形点云：测量点分布在一系列平行平面内，用小线段将同一平面
提取方法：
（1）根据服装学和人体测量学定义，分析尺寸和特征点的 几何特征。 （2）从三角片人体模型中寻找特征点，或者在直线或平面 与人体模型的交线上搜索特征点，找到特征点的位置。 （3）通过与人体模型求交或者直接连线而得到尺寸信息， 人台特征尺寸的提取包括颈围、胸围、 腰围。
人体关键特征点
例如：胸围尺寸提取
⑶ 扫描仪所获取的人体表面数据是以文本(.txt)格式存储的。人体数据 分为六个部分，即肩头部、躯干、左右臂、左右腿。
数据点云
人体截面示意图
点云预处理概述及点云的分类
点云（Point Cloud）：通常是指由坐标测量机和激光扫描仪所测得的实物
三维空间点集。最小的点云只包含一个点，而高密度点云则可达几百万
缺点：不可避免地会丢失人体扫描数据的一些细节信息。 实践证明：基于线架的服装人台曲面模型在人台模型表示的准确性，建模效率以及
三维人台模型的可控性之间找到了一个很好的平衡。目前该方法已经移植到用户 的三维服装CAD系统中，开始应用。
三维人体扫描生成服装样板
无序点云 人体 提取人体特征 三角化 人体mesh模型 人体聚类分割 聚类区域 多边形展开 多边形回归
人台基准面的确定
确定人台基准面的方案 ：
（1）用 N 张高度处于胸围和腰围之间的横截面分别与三 角片人体模型相交， 得到 N 个人体模型上的点串。
（2）每个点串用最小二乘法拟合一个椭圆。
（3）对拟合出的 N 个椭圆的长短轴的方向使示）
人体相关特征尺寸的提取
整体显示
基于线架的三维人台曲面建模总结
优点：
（1）数据控制点少，运算速度快，曲面在非边界处任意阶连续，曲面上点的信息
容易获取。 （2）根据人体的特征尺寸信息对人台线架进行参数化定义以及变形，在满足人体
特征尺寸的基础上可以实现三维人台参数化建模。
（3）在人体表面绘制曲线是服装CAD中常用的功能，通过定义人台曲面模型上的曲 线就可以实现这一功能。
内距离最小的若干相邻点依次连接可形成一组有嵌套的平面多边形。
三维人体建模比较
建模 方法 线框 建模 实体建 三角片网 模 格建模 基于物 基于线架的 理的建模 三维曲面建 模 建模效 随着网格 能真实的 数据控制点 率和真 增多模拟 显示效果 少，运算速 实感好 效果更好 度快 复杂 数据庞大， 运算复杂 会丢失人体 单个点难 扫描数据的 以定位 一些细节信 息