3D人体扫描技术综述及展望

第二种是条状光谱扫描算法，我们利用硬件投射出的等间距 的黑白条纹光谱，根据反射回来的黑白曲线图片，计算出人体截 面的数据，然后合成出完整的人体模型数据。
第三种是利用硬件设备对目标模型重特定角度拍摄的几张图 片，根据图形学的算法，拟合出近似的人体模型数据。
但是实际上，这些算法的实现都应该在扫描设备提供商这里 得到了实现，很少会出现设备提供商只提供原始数据，需要我们 来计算出3D模型数据的情况。
关键词：3D人体扫描；2D至3D转换；服装CAD
一、前言及背景 3D扫描技术在最近二十年间得到了迅猛的发展。3D扫描技 术目前成功地运用在了电影行业，以及军事领域，而且在这几个 领域已经得到了稳步发展。主要技术有3种：激光扫描、模式光建 模、借助图形处理，且3种技术各有优劣，互有补充。 在另外一个领域，服装以及时尚领域中，传统的电脑辅助设 计都是基于2D的，比如CAD辅助服装设计。这种的好处就是可以 利用计算机进行服装设计的辅助，比如可以很方便地进行无纸化 的设计、便捷的操作、编辑和保存等等，也可以在计算机上很方 便地进行面料、颜色、材质的编辑和选择，以及材料的裁剪。 然而传统的基于2D的服装设计的缺点就是，设计的方式仍旧 是走着传统的裁缝式的流程，必须要在平面上设计完成以后，才能 加工样品，进行试穿。然后才能知道在3D立体层面的是否合适。 基于这样的情况下，人们开始考虑将2种技术和应用结合到一 起来，也就是把3D扫描技术引入到服装设计中来，这样在服装的设 计阶段就可以方便地在3D人体模型数据上进行裁剪，试穿，可以在 设计阶段就能看到最终成品的实际效果，从而大大提高生产效率。 本文就是要介绍这样的一种基于3D人体扫描技术的服装设计系统。 二、系统功能设计 1. 三维人体提取技术。服装CAD中的三维人体提取技术就是 根据人体或三维人台的三维扫描数据，重构人体模型，自动提取 人体特征尺寸信息，计算长度和显示特征线和特征点。这是将人 体数据数字化后在服装CAD系统中应用的第一步，也是整个服装 数字化的基础。 2. 三维人体扫描。三维人体扫描时通过数字转换器、照相机 或扫描仪获得与区域图像类似的等高线图，再由模型软件处理转 换为空间点，以点数据云显示虚拟模型、关键标志，具有扫描迅 速，重现尺寸准确等优点。 3. 3D人体扫描系统概述。整个基于3D人体扫描技术的服装设 计系统的用例图，如图1所示。 从该图中我们可以很清楚地看到系统各模块之间的关联，本 文着重研究的是其中的第一个子系统即3D扫描模块。 3D人体扫描模块作为整个基于3D人体扫描技术的服装设计系 统的基础，在整个系统中起到较为重要的作用，通过系统中的接 口，最主要是要将3D数据通过扫描等方式进行建模，并读入我们 关心的数据，比如尺寸等。 而第二个模块2D设计模块和传统的CAD辅助服装设计比较类 似，也是在2D平面的层次对衣料进行颜色，纹理，材料，质感， 尺寸这些适合平面维度编辑的元素进行衣料的设计和编辑。 第三个模块3D设计模块则是在原有衣料的基础上，在3D空间 的维度对衣料进行加工，进行成衣的设计，主要通过3D空间的旋 转、缩放等3D空间特有的操作可以让设计师很直观地对衣服进行
参考文献： [1] 朱琴娟.在服装三维设计和模拟中的模型设计研究[J].绍兴 文理学院学报,2005,(9). [2] 王鹏、吴志明.利用OpenGL与3DS集成技术构建服装CAD 的三维人体模型[J].苏州大学学报（工科版）,2005,(1). [3] 胡建鹏.基于款式设计的虚拟三维服装真实感效果模拟[J]. 计算机工程与设计,2008,（12）. [4] 姚宝华.三维人体建模理论的研究及虚拟试衣仿真初探[D]. 河北工业大学,硕士学位论文. [5] 王媚,陆国栋,张东亮.服装CAD中三维人体建模技术的研究 及应用[J].工程图学学报,2007,（1）. [6] 徐晓燕,修毅.服装三维造型过程的实现[J].北京服装学院学 报,2008,（1）.
从试验结果可以看出，当视频图像中出现跳跃位置的噪声干 扰时可以有效地屏蔽滤除。
根据统计试验结果数据，用卡尔曼滤波前与用卡尔曼滤波后 的目标跟踪正确率上升4.8个百分点。
图 7 经卡尔曼滤波处理前后的对比视频帧图样
四、结论 该研究为模式识别做好了充分的前期工作。在这些工作的基 础上，进一步对汽车车型进行建模即可以进行汽车车型的识别。 另外对于天气变化，光线变化对图像分割造成噪声干扰的情况有 待进一步研究。
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封面文章
程度，提取估计值x和测量值z与最优输出结果s差距较小的索引图 像区域予以保留，并将目标对象的边界还原即可。
图 6 测量值z、估计值x和最优化结果s的对比图表
为了说明卡尔曼滤波器对噪声的滤除效果，特检出经卡尔 曼滤波处理前后的对比视频帧图样如图7所示。其中图7（a）、 图7（b）是上一章初始分割视频图像结果中相邻的两祯，图7 （a1）、图7（b1）是分别对应于7（a）、图7（b）处理后图 像。由图像可知，初始分割结果中图像图7（b）的运动目标产 生了误判。图7（a1）对分析正确的图7（a）的分割结果予以保 留，当到下一帧时，人物的运动带来运动目标坐标的突变，使得 卡尔曼滤波器将其作为噪声干扰去除，就得到了图7（b1）。
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设计加工。
图 1 整个系统的Use Case
而最后一个是整合模块，这个模块的主要工作是对成衣在3D 虚拟模特人体身上的整合，进行效果接受度的检测，主要是一个演 示的场景，如果设计师对效果不满意，或者对衣服在3D人体模型身 上配合度不够，那么可以回到前一个设计步骤进行衣服的再加工。
三、系统功能设计 3D人体扫描模块。这个模块的功能是通过特定的设备，将人 体的3维数据进行采样和收集，录入到计算机中，整理并且保存， 以便后面的模块可以拿来使用。 事实上，这个模块是相对独立的，特别是考虑到要针对不同 硬件机器、不同扫描算法的兼容性的开发难度，我们可以考虑用第 三方3D扫描模块的扫描结果，将其导入到我们的系统中。 我们在这里可以通过两种方式进行输入数据，一个是直接从 物理硬件设备，数据采样设备（比如激光扫描器）中直接扫描得 到的数据，另外一个是通过导入第三方3D模型数据得到的数据。 目前国外使用的三维扫描有十几种，仅仅在光源形式和方法 上稍有差异。按其作用原理主要可分为3种：激光扫描法、白光模 式扫描法和基于算法的图像建模。 理论上来说，这三种扫描的算法主要是： 第一种是激光扫描算法，我们利用硬件（激光扫描器）从人 体模型自顶向下（或者自底向上）获取连续的人体截面数据，再 合成一个完整的人体模型数据。主要是将激光投射在人体上形成
参考文献： [1] 赫金.自适应滤波器原理（第四版）[M].北京:电子工业出 版社,2003. [2] 乔彩风,宋世军,何忠. 数字视频监控系统的智能化实现[J]. 计算机与现代化,2007，(12). [3] G.Winkler.图像分析、随机场和动态蒙特卡罗方法（英文 版）[M].北京：世界图书出版公司,1999. [4] 谢一宁,宋文涛,罗汉文.关于前向最大后验概率（MAP） 算法的研究[J].上海交通大学学报,2001，(6). [5] 郭秀丽,郭玉申,洪鹰等.基于光流的卡尔曼滤波方法估计物 体运动参数[J].机床与液压,2005，(7).
3D人体扫描技术综述及展望
新通国际学院 陆 丹
摘 要：由于3D扫描技术在最近十几、二十年间得到了迅猛的发展，并在这些年成功地运用于电影、军事等领域，本文就是通过 3D人体扫描技术在服装领域的发展，主要介绍了基于3D人体扫描技术的服装设计系统。它部分借鉴了CAD技术，应用了计算机图形 学、数据库及网络通信等计算机及相关领域的知识。本系统通过2D至3D的转换，更直观地展示了模特穿上服装后的三维效果，从而解 决了目前二维环境下服装CAD技术的不足，使用户使用起来更为简便快捷。本文通过这些知识，完成了系统的各个功能模块设计。
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一个或多个细条纹。同时，光传感器应用一些简单的几何规律来 接受到人体测量数据。为了确保光束是无害的，只有对人眼安全 的激光才会被使用。激光扫描系统主要是由激光、光学系统、光 感应器，来通过人体表面从而生成数字化信息。
但是硬件组件的高昂成本会成为激光扫描的不利因素。除了 激光，光感应器和光学系统和一些要求很精确的电动机也必须找 到一些别的扫描系统来替代。同时，扫描系统还需要在一定范围 进行校正，从而能使处理数据测得更为精确，包括对肌肉的收缩 或呼吸的校正。
而完成了第一模块的工作后，我们就可以进行第二及第三步 的操作，从而最终生成动态效果。
四、结论 本文是基于3D人体扫描技术的服装设计系统下，着重研究了
3D人体扫描模块，通过对三维人体扫描模块的分类及其原理的部 分探讨，补充了目前三维人体扫描的技术细节，同时对未来做了 一定的展望。通过对三维人体扫描技术的探讨，从而能进一步进 行基于3D人体扫描技术的服装设计系统的研究。具有较好的工程 应用价值。