基于3D人体扫描技术的服装设计系统

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。

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。

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设计加工。

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。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。

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。

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。