1、 本科毕业论文 题 目： 三维服装试衣系统 _衣片网格划分的研究与实现 姓 名： 学 院：软件学院 系： 软件工程 专 业：软件工程 年 级： 学 号： 指导教师： 职称： 年 月 本科毕业论文 三 维服装试衣系统 衣片网格划分的研究与实现 I 摘 要 服装三维可视化技术 根据服装制作方法的不同也相应分为两类 ，一类是由服装化成 二维衣片 缝合成三维服装，另一类是根据立裁方法，即 由 三维立体服装转化成二维衣片。 本文基于第一类方法，根据人体模型的大小比例，在 CAD 中画出织物与服装的衣片轮廓 ，选 择合适的网格划分方法对衣片进行处理，便于后面对衣片施加力、模拟动态等效果的研究。 二维衣片的
2、网格剖分，即采用合理的剖份方法将二维衣片离散为基于弹簧 质点模型的规则的网格形式。由于服装的 外型 ，二维服装衣片在几何上表现为一系列不规则的有自由曲线和直线构成的封闭多边形。 由于存在弹簧 质点网格结构的约束及服装缝合的约束，我们在剖分二维 衣 片时要考虑到以下问题 ： 1. 网格结构满足弹簧 质点模型所要求的规则四边域形式，即实 现四边域的网格剖分。 2. 边界离散要确保缝合点的对位关系 ，即要满足 缝合对位边界约 束。 3. 由于织物存在经向和纬向，四边域网格 单 元要基本保持为矩形 或正方形，尽量符合织物本身的结构特性。 本文研究的就是针对这几个问题要求，研究网格剖分及其实现方法。 关
3、键词 ： 网格划分 CAD 弹簧 -质点模型 衣片 本科毕业论文 三 维服装试衣系统 衣片网格划分的研究与实现 II Abstract 3D garment visualization system is divided into categories according to the method of apparel assembly. One is sewing from two-dimensional pieces into three-dimensional garment; the other is draping from three-dimensional garment in
4、to two-dimensional pieces. Based the first 3D garment visualization method, according to manikins proportion, draws the fabric and clothings two-dimensional pieces in CAD, chooses the appropriate method of grid to divide these two-dimensional pieces for exerting the strength、 simulating dynamic effe
5、ct and so on. The method of grid to divide two-dimensional pieces namely uses reasonable method to separate the two-dimensional pieces into grid form which based on spring-mass model. As the result of garment pattern, the two-dimensional pieces display a series of anomalous seal polygon which consti
6、tute by the curve and straight line. Because of the constrain of the spring-mass model and clothing simulation sewing, when we divide the two-dimensional pieces should consider the following questions: 1. Grid structure should meet spring-mass model of particle required by rule of the form of four s
7、ides domain, that is, come true the dividing grid of the four sides domain. 2. Discrete border points to ensure that the closure of the place, that is, to meet the border-bound of clothing sewing. 3. Due to the existent of latitude and longitude in fabric, the unit of grid should be rectangular or s
8、quare, as far as possible meet the structure of the fabric. This paper is to address these requests, researching for the dividing grid and its implementation. Keywords: mesh method CAD spring-mass model Garment pieces 本科毕业论文 三维服装试衣系统 衣片网格划分的研究与实现 III目录 第一章 引言 . 1 1.1 网格划分的研究与实现的目的和意义 . 1 1.2 网格的种类和划
9、分方法 . 1 1.2.1 结构化网格 . 1 1.2.2 非结构化网格 . 2 1.3 本文研究 内容 . 4 第二章 衣片网格剖分研究 . 6 2.1 弹簧质点模型 . 6 2.2 二维织物初始切分区域的划分 . 7 2.2.1 初始切分子区域分割 . 7 2.2.2 剖分系数处理 . 7 2.3 基于二维扫描线算法进行初始切分区域的剖分 . 8 2.3.1 衣片区域二维剖分 . 8 2.3.2 基于二维多边形扫描线法的剖分算法 . 9 2.3.3 缝合预处理 . 10 2.4 二维衣片的三维缝合过程模拟 . 10 第三章 三角形网格自动剖分的实现 . 11 3.1 生成衣片外围轮廓 .
10、11 3.2 网格剖分介绍 . 16 3.2.1 三角形网格剖分准则 . 16 3.2.2 栅格法介绍 . 17 3.3 网格剖分介绍 . 19 3.3.1 布点 . 19 本科毕业论文 三维服装试衣系统 衣片网格划分的研究与实现 IV3.3.1.1 撒点 . 20 3.3.1.2 结点整理 . 22 3.3.2 连线 . 26 3.3.2.1 连线方法 . 26 3.3.2.2 连线整理 . 29 3.3.3 网格优化 . 30 3.4 小结 . 32 第四章 真实感图形处理 . 33 4.1 Lambert 漫反射模型 . 33 4.2 Phong 模型 . 34 4.3 场景中织物与服装
11、的光照计算 . 35 4.4 小结 . 36 第五章 结论 . 37 致 谢 . 38 参考文献 . 38 附 录 . 40 本科毕业论文 三维服装试衣系统 衣片网格划分的研究与实现 V Contents Chapter 1 Introduction .1 1.1 Goal and significance of grid division .1 1.2 The types and methods of grid .1 1.2.1 Structual grid .1 1.2.2 Unstructual gird.2 1.3 The studies of this paper .4 Chapte
12、r 2 Garment-grid research.6 2.12.1 Spring-mass model .6 2.2 Initial two-dimensional fabric region .7 2.2.1 Segmentation of the intial cut .7 2.2.2 Partition coefficient processing .7 2.3 Bsaed on two-dimensional scanning algorithm .8 2.3.1 Divide two-dimensional region .8 2.3.2 Based on two-dimensio
13、nal polygonal scanning method .9 2.3.3 Sewing pretreatment. 10 2.4 Three-dimensional simulation suture of two-dimensional pieces . 10 Chapter 3 Realize triangular grid automatically partition .11 3.1 Two-dimensional pieces external contour.11 3.2 Introduction grid . 16 3.2.1 Triangular grid guidelin
14、es . 16 3.2.2 Introduction raster method . 17 3.3 Introduction grid . 19 3.3.1 Distribution node. 19 本科毕业论文 三维服装试衣系统 衣片网格划分的研究与实现 VI3.3.1.1 Point spread . 20 3.3.1.2 Finishing node . 22 3.3.2 Connection . 26 3.3.2.1 Connection methods. 26 3.3.2.2 Finishing connection . 29 3.3.3 Grid Optimization. 30
15、 3.4 Summary . 32 Chapter 4 photorealistic graphics . 33 4.1 Diffuse model of Lambert . 33 4.2 Phongmodel . 34 4.3 Scene in the light fabric and clothing calculation. 35 4.4 Summary . 36 Chapter 5 Conclusion . 37 Acknowledgments . 38 References . 39 Appendix . 40 本科毕业论文 三维服装试衣系统 衣片网格划分的研究与实现 1 第一章 引
16、言 1.1 网格划分的研究与实现的目的和意义 在工程力学的计算中，为了得到分析部件的数值解，往往对模型进行离散化处理。一种是采用非连续体模型 1、另一种方法是对连续体模型进行离散化处理，如限元法。无论哪种方法，分析部件的网格划分都是预处理步骤之一。对于服装来说，三角形网格划分 2的目的就是为了得到服装的拓扑结构信息。即每一个粒子的空间位置及相邻的三角形的信息。 网格划分是有限元分析计算中关键步骤，网格划分的好坏直接影响到计算的精度和速度，甚至会因网格划分不合理而导致计算不收敛。网格划分一般采用四 边形划分或三角形划分。四边形划分求解精度要高于三角形划分，但三角形划分的适用范围相对四边形划分要广
17、泛。三角形划分适合任意的区域，而且这种划分在空间区域中的三个点总是共面的。 二维平面中任意多边形大致可分为凸多边形、凹多边形这两种。根据网格生成过程的不同，有六类方法可以实现：结点连接法、映像法、拓扑分解法、几何分解法栅格法和空间编码法。本文采用的方法属于栅格法类，因此，网格三角形剖分分为两个步骤：网格点的生成和网格点的连接。 目前，这方面的研究工作仍然很活跃。一方面是因为问题和对象千差万别，对网格剖分和生成的 要求又各不一样；另一方面，确实尚无一种算法或软件能够包罗万象，适合于各种情况，总是有一定的局限性或这样那样的问题。因此，本论文涉及的算法和开发的软件是服装衣片的 2D/3D 转化的一部
18、分，也适用于服装衣片的物理模拟，但对其他的问题有待考虑。 1.2 网格的种类和划分方法 1.2.1 结构化网格 从严格意义上讲，结构化网格是指网格区域内所有的内部点都具有相同的毗邻单元。结构 化网格有很多优点： 1.它可以很容易地实现区域的边界拟合，适于流体和表面应力集中等方面的计算； 2.网格生成速度快； 3.网格生成是良好； 4.数 据结构简单； 5.对曲面或空间的拟合大多数采用参数化或样条插值的方法得到，区域光滑，与实际的模型更容易接近。它的最典型的缺点就是适用的范围比较窄。尤其随着近几年来的计算机和数值方法的快速发展，人们对求解区域的复杂性的要求越来越高，在这种情况下，结构化网格生成技
19、术就本科毕业论文 三维服装试衣系统 衣片网格划分的研究与实现 2 显得力不从心。 结构化网格的生成技术只有： 代数网格生成方法，主要应用参数化和插值的方法，对求简单的求解区域十分有效。 PDE 网格生成方法，主要用于 空间曲面网格的生成。 1.2.2 非 结构化网格 同结构化 网格的定义相对应，非结构化网格是指网格区域内 的内部 点不 具有相同的毗邻单元。即与网格剖分的不同内点相连的网格数目不同。从定义上可以看出，结构化网格和非结构化网格有相互重叠的部分，即非结构化往各种可能会包含结构化网格的部分。 非结构化网格技术从 六十年代开始得到了发展 ,主要是弥补结构化网格不能够解决任意形状和任意连通
20、区域的网格剖分的缺欠 .到 90 年代时 ,非结构化网格的文献达到了它的高峰时期 .由于非结构化网格的生成技术比较复杂 ,随着人们对求解区域的复杂性的不断提高 ,对非结构化网格生成技术的要求越来越高 .从现在的文献调查的情况来看 ,非结构化网格生成技术中只有平面 三角形的自动生成技术比较成熟（边界的恢复问题仍然是一个难题，现在正在广泛讨论） ,平面四边形网格的生成技术正在走向成熟。而空间任意曲面的三角形、四边形网格的生成，三维任意几何形状实体的四面体网格和六面体网格的生成技术还远远没有达到成熟。需要解决的问题还非常多。主要的困难是从二维到三维以后，待剖分网格的空间区非常复杂，除四面体单元以外，
21、很难生成同一种类型的网格。需要各种网格形式之间的过度，如金字塔形，五面体形等等。 非结构化网格技术的分类，可以根据应用的领域分为应用于差分法的网格生成技术（常常成为 grid generation technology）和应用于有限元方法中的网格生成技术（常常成为 mesh generation technology），应用于差分计算领域的网格要除了要满足区域的几何形状要求以外，还要满足某些特殊的性质（如垂直正交，与流线平行正交等），因而从技术实现上来说就更困难一些。基于有限元方法的网格生成技术相对非常自由，对生成的网格只要满足一些形状上的要求就可以了 。 非结构化网格生成技术还可以从生成网格
22、的方法来区分，从现在的文献资料所涉及的情况来看，主要有以下一些生成方法： 1. 正则栅格法 3： 正则 栅格法的基本原理是，将以完全包含目标区域的正则栅 格放置在目标区域上面，除去落在目标区域之外的栅格单元，并对与物体边界相交的栅格单元进行调整或剪裁以便更准确的逼近目标区域。将这些栅格单元按一定的样式分成一定数量的网格单元后，通过光滑技术处理 即得到最后的网格。栅格越密，网格质量越好。 本科毕业论文 三维服装试衣系统 衣片网格划分的研究与实现 3 图 1-1 采用正则栅格法剖分的任意封闭多边形 由图示我们可以看出，这种方法在原理上相当简单而且完全符合样板剪裁的自然思路。不足之处在于边界网格的质
23、量不够好但不影响到 2D 3D 的最终转换效果。由于便解剖分单元将受到对位缝合边的 约束限制，基于剖分之后，边界单元还须进一步的调整与处理。 2. 区域自动分解法：自动分解技术试图把将要网格化的实体分解为小块，而 这些小块可以用已有的方法来进行网格划分。通常， 这些小块石能被识别的体元或者扫描体。此方法高度依赖于几何体能否适当的识别和分解。现有的方法主要有两大类： (1)几何分解，其优点是边界灵敏，方向不灵敏；缺点是分解过程计算量大、难度大，很难实现完全意义上的自动分解。 (2)网格分割，其优点是不依赖于几何算子，网格是边界灵敏的，方向不灵敏的；缺点是该方法只能适用于有限的一类问题。 区域分解
24、 完成后，可以对得到的子块 利用原型法、映射法和扫描法进行网格生成。原型法是用预先设定的网格剖分模板来剖分可识别的简单几何形体的一种网格生成方法。映射法可以被认为是原型法的一种扩展，因为映射法在参数空间中的网格剖分一般使用一种最简单的六面体原型 六正面体。扫描法是由二维四边形有限元网格通过旋转、扫描、拉伸等操作而形成六面体网格的一种方法。 3. 波前法：这种方法是二维 四边形网格逐层推进法的发展，基本思想是将实 体的边界都向内域移动一段距离，在两个边之间形成网格单元。但由于在三维实体内部，各六面体单元边与边之间、免予 面之间的相互关系十分复杂，并且在实体表面的布点必须满足一定的条件才能生成完全的六面体网格，故在方法实现上具有较高难度，并且对于非凸域有时会出现凹陷单元的问题。但由于该方法产生的六面体网格质量（尤其是边界单元的质量）优良，因此是很有前途的一种方法。其优点是网格边界灵敏的，方向不灵敏；已有的表面网格可以应用，因此和相邻的实体具有很大的相容能力；输入独立于几何体，所
