三维虚拟服装从生成到仿真应用,有着复杂的流程。如何快速方便地生成三维虚拟服装,并实现在不同体型,不同姿态下,同一件服装的多态重用,成为一个亟待解决的命题。有鉴于此,本文提出了一种基于几何建模方案的三维扫描服装仿真穿着方法。在此基础上对三维扫描服装的生成方法、三维网格分割技术、三维虚拟服装的剪裁及缝合线的生成算法、三维人体的精确测量技术、基于几何重构的三维虚拟服装的穿着算法等方面进行了研究。论文的主要内容包括:1、一种三维扫描服装快速生成系统的实现。本文建立了一套基于离线点云生成算法的单机三维环绕扫描系统。将深度图采集和点云生成算法分离,加快了扫描速度,减少了相机转动对点云生成质量的干扰。2、三维网格自由分割系统的实现。为了能对三维扫描得到的三维原始服装进行便捷的编辑处理,本文提出了三维网格自由分割算法。此算法包括七个步骤:第一、构造半边结构三角形网格。第二、构造连续的切割平面。第三、对切割路径进行优化,排序,并记录切割路径经过的三角网格面。第四、对切割路径与所经过的三角形的关系进行分类,并进行切割,同时记录生成的分离边。第五、对分离边所在的三角形进行分离,形成分离边界。第六、根据分离边界,将三维网格进行分组重构。第七、生成分组间的缝合线。经过交互式剪裁,自动剪裁和人体的自动分割等多种应用的适用性测试,证明该方法高效稳健。3、三维人体和三维服装切环算法的研究。三维人体和三维服装的特征点自动查找,是实现三维服装自动穿着的关键技术。为了能够精确找到三维服装和三维人体的特征点,本文对切环算法进行了研究,改进了切环算法,并对切环结构进行分析归类,以适应三维服装和三维人体的形态特征。4、基于服装特征点的三维裁片自动生成算法和三维人体自动分割算法研究。三维裁片自动生成,排放是多种应用的基本需求。在已有的三维服装动态模拟算法中,服装的2D裁片大多从CAD服装样板生成软件中获得,或从三维人台中分块展平获得。在应用中要么需要手动排放服装裁片位置,要么需要生成裁片间的缝合线信息。难以提供自动的排放,缝合功能。本文提出了三维服装裁片自动生成算法和裁片虚拟缝合线生成算法,并跟据三维人体的切割分块,提出了自动排放算法。5、基于几何重构的三维虚拟服装的着装算法研究。已成型的三维服装在多态重用过程中,需要达到两个技术指标:一是快速准确;二是尽可能多地保留服装的褶皱,悬垂等自然形态。本文在三维虚拟服装的仿真应用中,提出了基于几何重构算法的三维服装着装方法,由于避免了物理建模,数值积分等计算步骤,为在线试衣系统提供了快速可靠的仿真效果。同时由于几何方法在穿着过程中对悬垂,褶皱等自然形态的保留,为物理方法的预处理提供了很好的初始状态,得到的效果更加接近真实穿着效果。本文的基于几何重构的穿着算法包括姿态匹配,裁片几何缝合,穿透补偿三个步骤。本文通过点云迭代算法(ICP)进行三维虚拟服装裁片和三维人体对应部位的姿态同步。通过预先生成的裁片间的缝合线将分离的裁片进行缝合。此外,三维虚拟服装在虚拟穿着过程中会出现三维虚拟服装网格与三维人体网格,三维虚拟服装网格与自身网格的穿透问题。本文提出了基于切环算法的穿透网格探测方法,来确定穿透网格三角形。通过对穿透网格的细分确定移动顶点,通过正向移动穿透网格,同步移动穿透网格,反向移动穿透网格三种方法对不同类型的网格穿透进行位置修正。同时,为了保持三维虚拟服装网格的几何特征,本文采用拉普拉斯网格变形算法,来对移动顶点的邻居顶点进行保形变换。