基于数据驱动的三维着装模拟关键技术研究

【摘要】三维着装模拟技术在电子商务、服装CAD、影视及游戏制作等诸多领域都有着广泛应用。目前普遍采用的物理模拟方法计算复杂度高,模拟效率较低,限制了三维着装模拟的进一步发展和应用。因此,研究快速真实的三维着装模拟技术对推动相关产业发展具有重要意义。本文在分析现有三维着装模拟研究现状基础上,提出基于数据驱动的三维着装模拟模拟方法。通过分析已有的服装形变样本数据,建立服装形变与人体动态(包括人体姿态、运动速度等信息)之间的数据映射关系。最后通过简单的矩阵运算实现三维着装模拟实时动态效果。提出基于物理-几何混合的人体驱动服装动态形变数据获取方法。分析服装模型各个元素的形变特性,划分服装模型为紧身层、浮贴层和宽松层；紧身层和浮贴层分别采用效率较高的蒙皮方法和近刚性方法；宽松层采用褶皱细节模拟效果较好的物理方法。服装形变特性表示为服装区域划分因子,包含服装动态间隙量和服装局部细节复杂度。各层模型大小所占服装整体的比重通过参数设置动态控制和调节。最后对不同服装模型分别相应的碰撞处理方法,获得服装-人体动态模拟数据。提出基于人体动态和服装前导序列动态驱动的服装形变数据映射模型。服装局部区域具有较为一致的形变规律,据此将服装模型按照三角形形变相似性划分为多个近刚性区域,服装实时模拟由近刚性区域整体形变和区域内三角形形变细节补偿叠加完成。采用线性和非线性回归分析方法分别建立起人体姿态与服装近刚性区域整体形变之间的映射关系,以及人体运动速度和加速度与服装三角形形变细节补偿之间的映射关系。最后依据服装前导序列动态实现时间轴上的服装形变平滑滤波。提出基于碰撞单元的服装-人体碰撞处理方法.服装局部区域内的三角形与人体之间的碰撞区域较为相似,采用层次聚类方法将该类三角形聚类为碰撞单元,以碰撞单元为基本单位进行碰撞检测。对各个碰撞单元分别构建碰撞检测包围盒树(boundingvolumetesttree,BVTT);对存在相交关系的各个碰撞单元进行配对,并通过朴素贝叶斯方法挖掘碰撞单元之间的碰撞概率；提出静态与动态相结合的碰撞任务分配机制,实现碰撞单元BVTT的并行更新及碰撞任务的并行执行。以本文研究成果为核心,开发三维着装模拟平台,展示服装动态形变、碰撞处理实例。最后,总结全文研究内容,针对研究工作存在的不足提出未来研究的展望。
【作者】刘炯宙；
【导师】陆国栋；
【作者基本信息】浙江大学，机械设计及理论，2014，博士
【关键词】数据驱动；碰撞单元；三维着装模拟；物理-几何混合模型；区域划分；回归分析；

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