PDF《三维人体测量技术的原理及应用》

浙江工程学院学报 , 第20 卷,第4期,2003 年12 月Journal of Zhejiang Institute of Science and Technology Vol .

20 , No .

4 , Dec1

2003 文章编号 :

100924741 (2003)

0420310205 收稿日期 :

2003 -

04 -

19 作者简介 : 张颖(1977 - ) , 女,浙江衢州人 , 在读硕士生 , 从事服装人体工程学研究. 三维人体测量技术的原理及应用 张颖,邹奉元 (浙江工程学院服装与艺术设计学院 , 浙江杭州 310033) 摘要 : 人体测量是服装设计与生产的十分重要的基础性工作.文章介绍了人体测量技术的现状 , 重点 分析了三维人体测量系统的工作原理 , 探讨了三维测量系统的应用. 关键词 : 三维测量 ;

人体测量 ;

原理 ;

服装 中图分类号 : TS94112 文献标识码 : A

0 引言人体测量是通过测量人体各部位尺寸来确定个体之间和群体之间在人体尺寸上的差别 , 用以研究人的 形态特征 , 从而为工业设计、人机工程、工程设计、人类学研究、医学等提供人体基础资料 [1] , 同时也是 服装设计与生产的十分重要的基础性工作. 人体测量是正确把握人体特征的必要手段 , 只有通过人体测量 , 掌握人体有关部位的具体数据 , 进行 服装结构设计时才能使各部位的尺寸有可靠的依据 , 才能保证服装适合人体的体型特征 , 舒适美观.人体 测量还是服装工业化生产中制定号型规格标准的基础 , 服装号型的制定是建立在大量的人体测量的基础上 的,通过人体普查的方式 , 对成千上万的人体进行测量 , 取得大量的人体数据 , 然后对数据进行科学的分 析研究 , 才能制定正确的号型标准 [2] . 纵观服装业的发展 , 从最初的单量单裁的小作坊经济 , 发展为使用号型标准的大规模工业化生产 , 一 直到现在 , 为满足消费者逐渐提升的个性化需求应运而生的量身定制服装的大批量生产 , 都离不开人体测 量技术的发展.在量身定制服装的批量生产成为世界服装业发展重要趋势的今天 , 先进的人体测量技术的 研制和开发显得尤为重要.实现量身定制服装的批量化生产要求至少在三个方面实现自动化 : 人体测量、 纸样设计和排料裁剪 [3] .关于纸样设计和排料裁剪的研究开始得比较早 , 几个先进的系统已经在服装生产 领域得到了成功的运用 , 而人体测量却仍停留在手工测量的阶段 , 难以实现自动化 , 先进的三维人体测量 技术成为解决这个问题的关键技术.

1 人体测量技术现状 从技术发展来看 , 人体测量技术可以分为传统的人体测量技术和三维人体测量技术.

111 传统的人体测量技术 以软尺、人体测高仪、角度计、测距计、可变式人体截面测量仪等为主要工具 , 可以直接测量出人体 各部位的体表长度和横截面形状 , 使用工具简单 , 操作方便 , 因此在服装业中长期被采用.但由于这些方 法都是接触式的测量 , 往往会使被测者感到窘迫或疲劳 , 或因测量者技术不够熟练造成测量误差.此外由 于人体具有复杂形状 , 无法进行更深入的研究.尽管传统的测量方法目前仍广泛使用 , 但其不足之处已显 而易见.

112 三维人体测量技术 人体测量技术不断发展 , 经历了由接触式到非接触式 , 由二维到三维 , 并向自动测量和利用计算机测 量、处理和分析的方向发展 [4] . 非接触三维自动人体测量是现代化人体测量技术的主要特征.三维人体自动测量作为现代图像测量技 术的一个分支 , 是以现代光学为基础 , 融光电子学、计算机图像学、信息处理、计算机视觉等科学技术为 一体的测量技术. 三维人体测量技术与传统的人体测量技术相比具有准确、高速和一致性的优点 , 对于传统方法无法测 量的人体形态、曲线特征等也可以进行准确的测量 , 测量时只需简单操作 , 不需要传统测量方法的专业知 识.此外 , 测量结果还可通过计算机直接输送到纸样设计和自动裁剪系统 , 实现人体测量、纸样设计和排 料裁剪的连续自动化. 三维人体测量技术通过快速的人体扫描和数据分析能够准确得出一系列尺寸 , 节约了时间、金钱 , 还 减少了误差 , 必将成为服装业个性化发展的关键技术.但目前对三维人体测量系统的研究还存在着一些问 题,如由于人体表面阴影和人体活动的影响而导致数据流失等. 对三维人体自动测量技术的研究 , 美、英、德、日本等发达国家开始较早 , 已研制开发了一系列三维 人体 测量系统,其中[TC ]

2 、Telmat 、Wicksand Wilson、Hamamatsu、Cyberware、Hamano 、Vitronic 以及TecMath 等公司的产品都适用于服装业的人体测量.

2 三维人体测量仪的原理 目前 , 大多数三维人体测量仪的工作原理都是以非接触的光学测量为基础 , 通过光照射系统 , 使用视 觉设备来捕获物体的外形 , 然后通过系统软件来提取扫描数据. 人体扫描系统主要分为激光扫描和光扫描系统.此外还存在着表面追踪系统 , 但并不用于捕获人体的 形状.白光和激光扫描系统的流程都分为四个主要的步骤 [5] (见图 1) . 第一步 : 通过机械运动的光源照射和扫描物体 ;

图1三维人体扫描系统的流程 第二步 : CCD 摄像头探测来自扫描物体的反射 图像 ;

第三步 : 通过反射图像计算人与 CCD 摄像头 的距离 ;

第四步 : 通过软件转换距离数据产生三维 图像. 当前主要的人体扫描系统中 , [ TC]

2 、Wicksand Wilson、Telmat 和Hamamatsu 使用光扫描技术 , 而Cyberware、Vitronic , Hamano 和TecMath 使用激光扫描系统 [6] .

211 美国 [ TC]

2 三维人体测量仪 [7] 美国 [ TC]

2 公司的三维人体测量仪拥有 3T

6、2T

4、2T4s 三种型号.型号名称的第一个数字 (3 ,

2 , 2) 表示塔架数目 , 第二个数字 (6 ,

4 , 4) 表示传感器数目 , s 表示有较矮的外型.

21111 系统原理

1 1

3 第4期张颖等 : 三维人体测量技术的原理及应用 [ TC]

2 系统开发了白光相位测量轮廓技术 (PMP) 作为商业化用途.PMP 技术利用白色光源来投射正 图2[TC]

2 在投影机、摄像机 和扫描物体之间的三角测量 弦曲线在物体表面 , 当物体不规则的形状令投射的光栅变形 , 产生的图 像将可以表示其物体表面的轮廓 , 通过多部摄像机进行检测 (见图 2) , 然后将所有的图像合成一完整的人体轮廓.

21112 系统构成 该系统由扫描室、摄像头以及计算机数据处理软件系统等三部分组 成.系统软件 BMS 是整个测量系统的数据处理和光电测量装置控制的 核心.由微软公司的 Visual C ++ 语言开发 , 运行于 WindowsNT 平台 , OpenG L 作为图形显示工具.整个软件的功能包括图形用户界面、运行 速度控制、图像获得和存储、图像处理及三维数据计算和图像显示.

21113 扫描过程 该系统通过扫描、成像、三维测量编辑等操作可方便快捷地得到平面人体图像 ( Images) 、三维人体 网格图 (3D Point Cloud) 、三维人体模型 (Body Models) 以及三维测量数据 ( Extracted Measurements) .整个 测量过程在 40s 之内完成 , 其中扫描的时间为 10s , 数据处理时间为 30s. 根据 [ TC]

2 白光相位测量轮廓技术所得的数据集 , 可以与服装 CAD 软件结合实现对消费者的人体测 量、虚拟试衣、排料裁剪等自动化作业.目前 , [ TC]

2 三维人体测量仪已经成功实现与 Geber Technology 公 司的量身定制 (MTM) 软件的结合.

212 Cyberware 全身 3D 扫描仪 [8] Cyberware 的全身扫描仪有两个型号 : WB4 和WBX.WBX 是一个封闭的 3D 全身扫描仪 , 是为了扫描 军队新成员而定制的 , 目前还在研制阶段.

21211 系统原理 WB4 是彩色的全身扫描仪 (图3) , 该系统用激光扫描三角测量技术来获取三维影像 , 通过工作站的 软件来控制整个扫描及移动过程 , 使用者可以用工作站上的图像工具来看扫描结果 , 把多个扫描图像结合 起来就构成一完整人体模型.

21212 系统构成 图3Cyberware 全身 3D 扫描仪 图4Cyberware 扫描位置 扫描仪由两个塔架组成 , 在两塔架中 有一个圆形平台.每个塔架有一条配........