專利名稱：可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)和方法
技術領域：
本發(fā)明涉及對用于電腦制圖的三維模型或圖像的操作，尤其適用于基于人體特征進行人體測量與服裝CAD的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)和方法。
背景技術：
三維人體測量技術和人體特征信息提取技術是三維服裝CAD系統(tǒng)的技術基礎。雖然目前開發(fā)使用的三維掃描設備可以提供高質(zhì)量的人體模型，三維人體測量系統(tǒng)具有掃描時間短，精確度高、測量部位多等多種優(yōu)于傳統(tǒng)測量技術和工具的特點。但是，多數(shù)測量設備提供的僅為沒有人體特征信息的點云數(shù)據(jù)，不能直接得到三維服裝CAD所需要的人體特征信息。對掃描所得到的三維人體進行尺寸測量的基本原理是首先找到人體測量的特征點，線等信息，再將測量尺寸的測量規(guī)則轉化為幾何問題，如曲線長度，兩點間距，三點間角度等，再計算得到人體的長度，圍度，角度等尺寸。因此三維人體測量的關鍵是準確地確定人體測量點和將測量規(guī)則轉化為相應的幾何規(guī)則。
中國發(fā)明專利“一種基于實測人群體型的虛擬人臺的建立方法及虛擬人臺”(發(fā)明專利號ZL200710093824.8公開號CN101311967)、“一種虛擬人臺的應用方法”(發(fā)明專利號ZL200710093825. 2公開號CN10131196)和“一種中華虛擬人臺”(發(fā)明專利號 ZL200710093826. 7公開號CN10131196)分別公開了通過非接觸式人體測量創(chuàng)建虛擬人臺的方法和虛擬人臺的應用方法。在這些發(fā)明專利中，涉及大量的人體測量數(shù)據(jù)處理。在目前的三維人體尺寸測量系統(tǒng)中，如TC2，Human-solution, Cyber-ware等三維人體測量系統(tǒng)， 主要存在以下問題。
1)人體測量特征的自動識別準確率較低，適用體型范圍較小。
人體的測量的特征點主要是根據(jù)人體的骨骼點，體表特征點等來確定。目前的自動測量系統(tǒng)主要通過人體體表的幾何特征或人體比例的統(tǒng)計特性來進行人體特征點的自動識別。但由于人體生長時受到年齡、性別、種族、地域等多種因素的影響，造成了個體間體型的差異很大，因此造成了相同部位的人體測量特征點，在不同的個體上表現(xiàn)出的體表幾何特征并不一致。因而現(xiàn)有的測量系統(tǒng)對人體的特征的識別結果會與人工測量時標定的測量特征有較大差異，進而造成自動測量出的尺寸與手工測量差別較大，這也是目前三維人體測量系統(tǒng)沒有在產(chǎn)業(yè)中進行成熟應用的原因之一。
2)人體特征識別方法和規(guī)則，尺寸測量規(guī)則不能自由設計。
現(xiàn)有的測量系統(tǒng)中，人體特征點的識別規(guī)則，尺寸測量轉化的幾何規(guī)則都是由軟件本身預定義的，用戶不能根據(jù)自己需要設計特征點識別和測量規(guī)則。即使一些系統(tǒng)允許用戶通過系統(tǒng)提供的手工測量功能可以測量一些測量尺寸，但對于不同個體，這些手工測量過程需要再重復操作才能完成測量。
3)測量系統(tǒng)對人體測量姿勢有限定。
現(xiàn)有的三維測量系統(tǒng)因為其特征點識別規(guī)則，和尺寸測量規(guī)則都是對特定姿勢下的人體進行識別的，因此變換姿勢后，測量系統(tǒng)將對人體特征和尺寸不能進行正確識別和測量。 發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是要提供一種可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)，使用戶可以通過人機交互操作實現(xiàn)可編程三維人體測量，把三維人體掃描輸入，智能化的人體特征點識別和人體各部位尺寸的測量與基于人體特征的三維虛擬人臺建設結合起來，能夠自由地對三維人體模型進行尺寸測量，解決快速、批量、自定義的人體尺寸測量和人體特征建模的技術問題。
本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是
一種可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)，包括三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)輸入裝置100、 三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫150、虛擬人臺數(shù)據(jù)管理單元200和人機交互操作界面900，所述的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)輸入裝置100和虛擬人臺數(shù)據(jù)管理單元200連接到三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫 150，其特征在于所述的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)還包括
人體模型定義單元300，用于讀取三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)，分析人體特征信息，定義人體特征對象；
人體特征模型庫350，用于存儲所述的人體特征對象；
人體特征信息算法工具庫管理單元400，用于創(chuàng)建、修改和刪除人體特征信息處理命令；
基本算法工具庫450，用于存儲所述的人體特征信息處理命令；
人體測量規(guī)則模板管理單元500，用于記錄人體測量操作過程，生成人體測量規(guī)則模板；
人體測量規(guī)則庫550，用于存儲所述的人體測量規(guī)則模板；
三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)解析測量單元600，用于讀取和解析三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)，調(diào)用人體測量規(guī)則模板進行人體測量，獲取人體特征信息；
所述的人體模型定義單元300、人體特征信息算法工具庫管理單元400、人體測量規(guī)則模板管理單元500、三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)解析測量單元600分別連接到人機交互操作界面 900 ；
所述的人體模型定義單元300連接到所述的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫150和人體特征模型庫350，所述的人體特征信息算法工具庫管理單元400連接到人體特征模型庫350和基本算法工具庫450，所述的人體測量規(guī)則模板管理單元500連接到所述的基本算法工具庫 450和人體測量規(guī)則庫550，所述的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)解析測量單元600連接到三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫150和人體測量規(guī)則庫550。
本發(fā)明的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)的一種較佳的技術方案是所述的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)還包括用于存儲人體測量結果的人體特征信息數(shù)據(jù)庫650 ；所述的人體特征信息數(shù)據(jù)庫650連接到所述的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)解析測量單元 600。
本發(fā)明的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)的一種更好的技術方案是所述的人體特征信息數(shù)據(jù)庫650連接到所述的虛擬人臺數(shù)據(jù)管理單元200，構建為基于人體特征的三維虛擬人臺。
本發(fā)明的另一個目的是提供了一種用于上述的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)的可編程三維人體測量方法，通過該方法，用戶可以根據(jù)需要定義，修改人體特征點的識別規(guī)則和人體各部位尺寸的測量規(guī)則。使得用戶可以不受測量系統(tǒng)本身制定規(guī)則的限制，能夠自由地對三維人體模型進行尺寸測量，解決現(xiàn)有的人體測量特征的自動識別準確率較低、適用體型范圍較小、測量規(guī)則不靈活、對人體測量姿勢有限定的技術問題。
本發(fā)明解決上述技術問題所采用的技術方案是
一種可編程三維人體建模和人體測量方法，用于權利要求1所述的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)，其特征在于所述的測量方法至少包含以下步驟
S100)通過三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)輸入裝置獲取每個個體的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)，存儲到三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫；
S200)通過人機交互操作界面從三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)中抽取并定義一組人體特征對象，建立基于人體特征的人體模型，儲存到人體特征模型庫；
S300)對應所述人體模型的每一人體特征對象，創(chuàng)建一條用于建立、修改或刪除所述的人體特征信息的特征命令，存儲到基本算法工具庫；
S400)記錄用戶調(diào)用所述的基本算法工具庫中的特征命令進行人體測量過程，生成人體測量規(guī)則模板，儲存到人體測量規(guī)則庫；
S500)調(diào)用人體測量規(guī)則模板解析三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)，根據(jù)人體特征模型從三維人體網(wǎng)格中提取出人體特征信息，生成基于人體特征的人體測量數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的可編程三維人體建模和人體測量方法的一種較佳的技術方案是所述的測量方法還包含下列步驟
S600)對每一個個體三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)重復步驟S500，將獲得的基于人體特征的人體測量數(shù)據(jù)存儲到人體特征信息數(shù)據(jù)庫，構建基于人體特征的虛擬人臺。
本發(fā)明的可編程三維人體建模和人體測量方法的一種更好的技術方案是所述的步驟S400包含如下動作
S410)選擇一待測量的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)集，創(chuàng)建對應的空白的人體測量規(guī)則模板；
S420)根據(jù)所述的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)集，從三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫讀取或通過人機交互操作界面選擇人體網(wǎng)格對象；
S430)根據(jù)步驟S420所選擇的人體網(wǎng)格對象，調(diào)用并執(zhí)行所述基本算法工具庫中相應的特征命令，通過人機交互操作界面輸入特征對象名稱，確定或修改人體特征信息，創(chuàng)建并儲存描述所述待測量人體網(wǎng)格對象的人體特征對象；
S440)記錄步驟S420中所調(diào)用的特征命令，將所述的特征命令追加到人體測量規(guī)則模板；
S450)判斷測量規(guī)則模板是否創(chuàng)建完成，若創(chuàng)建完成，則轉到步驟S460，否則返回步驟S420 ；
S460)將循環(huán)執(zhí)行步驟S420至S440生成的人體測量規(guī)則模板儲存到人體測量規(guī)則庫，所述的人體測量規(guī)則模板包含對所述的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)集進行人體測量的特征命令序列。
本發(fā)明的可編程三維人體建模和人體測量方法的進一步改進的技術方案是所述的人體測量規(guī)則模板是在計算機存儲裝置中的宏命令序列；所述的人體測量規(guī)則庫是在計算機存儲裝置中的宏命令庫；所述的步驟S440是所述的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)自動記錄用戶操作過程，并把用戶所調(diào)用的特征命令追加到所述宏命令序列的步驟； 所述的步驟S460是用戶通過人機交互操作界面控制操作，把系統(tǒng)自動生成的宏命令儲存到宏命令庫的步驟。
本發(fā)明的可編程三維人體建模和人體測量方法的上述技術方案中，所述的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)是描述的人體體表形狀的三角網(wǎng)格實體；所述的人體模型是一組描述三維人體網(wǎng)格特征的人體特征對象的集合，其中，每個人體特征對象至少包含特征對象名稱和描述該對象的人體特征信息；所述的人體特征對象包括特征網(wǎng)格、特征點、特征平面、特征直線、 特征曲線、特征面片和特征測量尺寸；所述的人體特征信息是描述人體特征對象的幾何數(shù)據(jù)或尺寸數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的可編程三維人體建模和人體測量方法的上述技術方案中，所述的特征命令是一組根據(jù)所述的人體模型生成和修改人體特征信息的工具或算法集合，用戶通過人機交互操作界面調(diào)用儲存在基本算法工具庫中的特征命令，輸入特征對象名稱，識別和建立人體特征對象，確定或修改人體特征信息的幾何數(shù)據(jù)或尺寸數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的可編程三維人體建模和人體測量方法的上述技術方案中，所述的測量方法是在所述的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)中建立可編程的人體測量規(guī)則模板，并對不同的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)執(zhí)行所述的人體測量規(guī)則模板中的特征命令序列；執(zhí)行測量規(guī)則時，對于計算機能夠準確完成的可以在不同個體上正確重復執(zhí)行的規(guī)則性操作，由計算機自動完成；對于計算機不能在不同個體上正確處理和確定的操作，通過人機交互操作界面引導用戶人工選擇或輸入，實現(xiàn)以較少的人工操作替代計算機不能正確實現(xiàn)的操作，實現(xiàn)準確、快速的三維人體尺寸測量。
本發(fā)明的有益效果是
1、本發(fā)明的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)，使用戶可以通過人機交互操作實現(xiàn)可編程式三維人體測量，把三維人體掃描輸入，智能化的人體特征點識別和人體各部位尺寸的測量與基于人體特征的三維虛擬人臺建設結合起來，能夠自由地對三維人體模型進行尺寸測量，解決快速、批量、自定義的人體尺寸測量和人體特征建模的技術問題。
2、本發(fā)明的可編程三維人體建模和人體測量方法，使用戶可以自行定義人體特征識別規(guī)則和尺寸測量規(guī)則，同時用戶定義的測量規(guī)則能夠應用到不同的個體上，實現(xiàn)快速、 批量、自定義的人體尺寸測量和人體特征建模。
3、本發(fā)明將人體測量過程中的操作分成兩類，將計算機識別不準確或難以識別的特征，通過用戶指定，計算機能準備識別的特征和操作讓計算機自動完成，實現(xiàn)了三維人體尺寸的準確和快速測量，有效解決了計算機自動測量的準確性問題。
4、本發(fā)明的測量方法不僅適用于三維人體的測量，對于其他類型三維實體的尺寸測量同樣適用。


圖1是本發(fā)明的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)的系統(tǒng)結構示意圖。
圖2是本發(fā)明的可編程三維人體建模和人體測量方法流程圖。
圖3是人體測量規(guī)則模板示意圖。
圖4是本發(fā)明的方法生成人體測量規(guī)則模板的流程圖。
圖5是人體特征對象與三維人體模型結構示意圖。
圖6是人體特征對象、三維人體模型與三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)的定義示意圖。
具體實施方式
為了能更好地理解本發(fā)明的上述技術方案，下面結合附圖和實施例進行進一步地詳細描述。
圖1所示的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)的實施例，包括三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)輸入裝置100、三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫150、虛擬人臺數(shù)據(jù)管理單元200和人機交互操作界面900，三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)輸入裝置100和虛擬人臺數(shù)據(jù)管理單元200連接到三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫150，還包括用于讀取三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)，分析人體特征信息，定義人體特征對象的人體模型定義單元300 ；用于存儲所述的人體特征對象的人體特征模型庫350 ；用于創(chuàng)建、 修改和刪除人體特征信息處理命令的人體特征信息算法工具庫管理單元400 ；用于存儲所述的人體特征信息處理命令的基本算法工具庫450 ；用于記錄人體測量操作過程，生成人體測量規(guī)則模板的人體測量規(guī)則模板管理單元500 ；用于存儲所述的人體測量規(guī)則模板的人體測量規(guī)則庫陽0 ；以及用于讀取和解析三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)，調(diào)用人體測量規(guī)則模板進行人體測量，獲取人體特征信息三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)解析測量單元600。
如圖1所示，人體模型定義單元300、人體特征信息算法工具庫管理單元400、人體測量規(guī)則模板管理單元500、三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)解析測量單元600分別連接到人機交互操作界面900 ；人體模型定義單元300連接到所述的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫150和人體特征模型庫350，人體特征信息算法工具庫管理單元400連接到人體特征模型庫350和基本算法工具庫450，人體測量規(guī)則模板管理單元500連接到基本算法工具庫450和人體測量規(guī)則庫 550，三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)解析測量單元600連接到三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫150和人體測量規(guī)則庫 550。
在圖1所示的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)的技術方案還包括用于存儲人體測量結果的人體特征信息數(shù)據(jù)庫650 ；人體特征信息數(shù)據(jù)庫650連接到三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)解析測量單元600 ；在該實施方案中，人體特征信息數(shù)據(jù)庫650還連接到虛擬人臺數(shù)據(jù)管理單元200，構建為基于人體特征的三維虛擬人臺。
本發(fā)明提供的用于上述的系統(tǒng)的可編程三維人體建模和人體測量方法的控制流程如圖2所示，以下結合附圖和實施例對本方法第步驟加以詳細說明。
步驟SlOO
通過三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)輸入裝置100獲取每個個體的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)，存儲到三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫150
在本實施例中，三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)輸入裝置100是三維掃描儀，通過三維掃描儀獲得掃描人體的三維三角形網(wǎng)格模型(3D Triangular Mesh)。對于部分只提供三維點云數(shù)據(jù)的三維掃描儀，可通過Rapidform等逆向工程軟件，對三維點云數(shù)據(jù)進行三角化 (3DTriangulation)處理，形成人體體表的三維網(wǎng)格面模型。對存儲到三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫 150的人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)的要求是數(shù)據(jù)無孔洞，拓撲結構正確，網(wǎng)格密度和人體測量姿勢無特殊要求。
步驟S200
通過人機交互操作界面從三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)中抽取并定義一組人體特征對象，建立基于人體特征的人體模型，儲存到人體特征模型庫。
本步驟建立人體模型(KeyModel)數(shù)據(jù)結構，人體模型數(shù)據(jù)結構用于描述整個人體模型數(shù)據(jù)，是其他特征信息的容器。在人體模型中，每個人體特征對象對應一個特征對象名稱，特征對象名稱又是所存儲特征對象的索引，在命名上不可重復。特征對象的一個實施例是采用C++標準庫中的std: :map<std: string，KeyObject*〉結構，其中特征對象 (KeyObject)表示所有特征對象的基類，其他特征對象都從其派生，每個特征對象存儲有自己的名稱，該名稱與其在人體模型中存儲的索引名稱一致。
圖5是人體特征對象與三維人體模型結構的示意圖，圖6是人體特征對象、三維人體模型與三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)的定義示意圖，在圖6中，標號1是特征面片，2是特征點，3是特征平面，4是特征曲線，5是特征網(wǎng)格。
如圖5所示，三維人體模型描述為一組特征對象的集合，每個特征對象包含了該對象的名稱和描述該對象的人體特征信息，也就是描述該對象的幾何數(shù)據(jù)或尺寸數(shù)據(jù)。
人體特征對象及其實例主要包括如下類別
特征點(KeyPoint)用于描述人體測量的特征點，幾何數(shù)據(jù)為點的三維坐標；如胸高點，肩端點和前頸點等(參見圖6中的標號2)。
特征直線(KeyLine)用于描述人體特征直線對象或參考直線，幾何數(shù)據(jù)為起點坐標和終點坐標。如X，Y，Z坐標軸所在直線，兩特征點連線的直線。
特征平面(KeyPlane)用于描述人體特征平面，幾何數(shù)據(jù)為平面上一點的坐標和平面的法向量。如腰圍線所在平面，胸圍線所在平面等(參見圖6中的標號3)。
特征曲線(KeyCurve)用于描述人體體表特征曲線，幾何數(shù)據(jù)為三次Nurbs曲線。 如肩線輪廓曲線，腰圍斷面輪廓線等(參見圖6中的標號4)。
特征面片(KeyI^tch):用于描述相鄰三個特征點及連接三個特征點的特征曲線構成的人體體表區(qū)域。如胸高點，肩端點，前頸點構成的體表區(qū)域(參見圖6中的標號1)。
特征網(wǎng)格(KeyMesh)用于描述三維的網(wǎng)格實體，幾何數(shù)據(jù)為三角網(wǎng)格。特征網(wǎng)格是某個個體的三維人體網(wǎng)格的子集，例如，軀干部分網(wǎng)格，手臂部分網(wǎng)格等(參見圖6中的標號5)。
特征測量尺寸(KeyMeasure)用于描述人體的各個測量尺寸。如胸圍，腰圍，身高，體表面積等。
步驟S300
對應所述人體模型的每一人體特征對象，創(chuàng)建一條用于建立、修改或刪除所述的人體特征信息的特征命令，存儲到基本算法工具庫。
本發(fā)明的方法通過一組基本工具對象來生成和編輯人體模型中的特征對象，這組工具由用戶調(diào)用，將提示用戶設置一些完成一定功能操作需要的參數(shù)。本步驟用于對應所述人體模型的每一人體特征對象，創(chuàng)建一個特征命令(Command)，該特征命令用于完成不同類型特征對象的生成和修改。本步驟將創(chuàng)建的特征命令存儲到基本算法工具庫，供用戶調(diào)用，用于通過幾何的方法確定或修改人體特征對象的幾何數(shù)據(jù)。
本發(fā)明將每個特征對象的增加，修改，刪除都通過特征命令(Command)完成。通過執(zhí)行一個或一組特征命令，完成特征對象的增刪改。特征命令對象有如下特點
1)本發(fā)明將人體測量時的執(zhí)行的特征識別和尺寸測量操作分為兩類，第一類為計算機能夠準確完成的可以在不同個體上正確重復執(zhí)行的規(guī)則性操作，如測量曲線長度，兩點距離，三點角度，區(qū)域面積，平面與網(wǎng)格實體求交，分割網(wǎng)格實體等操作；第二類為計算機不能在不同個體上正確處理和確定的操作，這類操作是人體測量準確性的重要基礎。人體測量時主要分兩個步驟，第一步是進行人體特征對象識別和建立，這部分兩類操作均有；第二步是進行人體特征對象的測量，這部分基本是第一類操作。特征命令在執(zhí)行時可以讓用戶根據(jù)所應用的個體的特點確定一些參數(shù)，引入第二類操作，從而解決某些計算機識別特征點不準確的問題。例如，在識別人體腰圍平面位置時，由于體型差異較大，計算機通常識別不準確，此時可以在執(zhí)行特征命令建立特征平面時，讓用戶去選擇人體腰圍線上任意一點的位置坐標，以此來確定腰圍平面位置。通過這種方法來實現(xiàn)以較少的人工操作替代計算機不能正確實現(xiàn)的操作，來完成準確、快速的三維人體尺寸測量。
2)每個特征命令由輸入?yún)?shù)、輸出和算法構成。輸入?yún)?shù)分為定義參數(shù)和執(zhí)行參數(shù)。定義參數(shù)指在定義特征命令時需提供的參數(shù)，通常包括執(zhí)行該命令需要的其他特征對象的名稱，在模型中新增特征對象的名稱；執(zhí)行參數(shù)是特征命令在執(zhí)行時需要用戶提供的參數(shù)，通常包括用戶選擇對象或輸入數(shù)值。本發(fā)明的一個實施例是使用Rapidform軟件為基礎平臺，通過開發(fā)插件實現(xiàn)各功能。在此情況下，特征命令在執(zhí)行時可以直接調(diào)用 Rapidform軟件本身的命令實現(xiàn)操作，所述的執(zhí)行參數(shù)可以是調(diào)用Rapidform軟件本身的命令時需要用戶提供的參數(shù)。
3)可以將多個特征命令組合定義為新的特征命令。
4)可以通過編程實現(xiàn)各個特征命令完成不同功能，且特征命令本身可以無限制擴充，以實現(xiàn)更多特定功能或組合形成新功能。
典型的特征命令按分類舉例如下表
類型名稱輸入?yún)?shù)輸出算法說明用戶指定坐標1.用戶指定坐標值；在 KeyModel 中將選定的坐標作點建立特征點2.生成的KeyPoint對象名稱；增加新的為生成的特征點增加對象KeyPoint 對象。的幾何數(shù)據(jù)。兩特征曲線求1.第一條特征曲線KeyCurve名稱；在 KeyModel 中計算兩條特征曲交生成特征點2.第二條特征曲線KeyCurve名稱；增加新的線的Nurbs曲線的3.生成的KeyPoint對象名稱；KeyPoint 對象交點?？s短特征曲線1.要縮短的特征曲線名稱；按指定的兩點縮將特征曲線的修改端點到特征點2.第一個特征點名稱； 3.第二個特征點名稱；短曲線。Nurbs曲線按兩特征點的坐標縮短。刪除特征對象LKeyObject 的名稱；在 KeyModel 中根據(jù)名稱查找到刪除刪除指定名稱的特征對象對象后，從 KeyModel中刪除
步驟S300建立的特征命令的實施例，包括下列特征命令
A.特征網(wǎng)格對象的生成或修改命令
Al 根據(jù)用戶選擇的三角網(wǎng)格實體生成特征網(wǎng)格對象。
A2 以特征平面分割特征網(wǎng)格對象。
B.特征點對象的生成或修改命令
Bl 根據(jù)用戶選擇點生成特征點對象。
B2 對兩個特征曲線的相交得到的特征點。
B3 特征曲線和特征平面相交得到的特征點。
C.特征平面對象的生成或修改命令
Cl 通過一個特征點對象與系統(tǒng)兩個坐標軸向平行的特征平面。
C2 通過三個特征點對象確定的特征平面。
C3 通過一個特征點對象，并且以一個特征直線方向為平面法向量的特征平面。
D.特征直線對象的生成或修改命令
Dl 以兩個特征點對象為起點和終點的特征直線。
D2 以特征平面定義的原點和單位法向量構成的特征直線。
E.特征曲線對象的生成或修改命令
El 以特征平面與特征網(wǎng)格相交得到的特征曲線。
E2 對特征曲線對象進行分割。
F.特征面片對象的生成或修改命令
Fl 以三個相互連接的特征曲線構成的區(qū)域。
G.特征測量尺寸的生成或修改命令
Gl 計算兩個特征點間距離，或指點坐標的坐標值差。
G2:計算特征曲線長度。
G3 計算特征曲線凸包長度。
G4 計算特征網(wǎng)格上，兩個特征點間的最短路徑長度。
G5 計算三個特征點間的角度。
G6 計算兩個特征直線間的角度。
G7 計算特征直線與特征平面間的角度。
具體的特征命令舉例說明如下
實施例1
Al 根據(jù)用戶選擇的三角網(wǎng)格實體生成特征網(wǎng)格對象。
創(chuàng)建時輸入
要生成的特征網(wǎng)格對象的名稱，如“Mesn_Left_Leg”。
執(zhí)行時輸入
用戶選擇的三維網(wǎng)格實體。
計算或處理方法
生成一個名稱為輸入名稱特征網(wǎng)格對象，并將其選擇的網(wǎng)格實體數(shù)據(jù)作為該對象的幾何數(shù)據(jù)。并將該特征網(wǎng)格加入到人體模型中，如模型中已經(jīng)存在則覆蓋已存在的特征網(wǎng)格。
實施例2:
A2 以特征平面分割特征網(wǎng)格對象。
創(chuàng)建時輸入
1)用戶選擇要分割的特征網(wǎng)格對象或輸入要分割的特征網(wǎng)格對象的名稱。
2)特征網(wǎng)格分割后，在分割平面上下生成的兩個特征網(wǎng)格對象的名稱。
執(zhí)行時輸入無
計算或處理方法
1)在人體模型中查找要分割的特征網(wǎng)格對象。
2)在人體模型中查找分割用的特征平面對象。
3)對特征網(wǎng)格對象中的三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)進行分割，將分割后的平面上下的兩個三維網(wǎng)格數(shù)據(jù)，作為幾何數(shù)據(jù)，分別生成上下兩個特征網(wǎng)格實體對象，并加入到人體模型中。
實施例3:
Bl 根據(jù)用戶選擇點生成特征點對象。
創(chuàng)建時輸入
要生成的特征點對象的名稱，如“Point_BP”。
執(zhí)行時輸入
用戶選擇(或輸入)的點的三維坐標，如(x, y，ζ)。
計算或處理方法
生成一個名稱為輸入名稱特征點對象，并將其坐標設為(X，y, ζ)。并將該特征點加入到人體模型中，如模型中已經(jīng)存在則覆蓋已存在的特征點。
實施例4:
C3 通過特征點建立特征平面的命令。
輸入?yún)?shù)通過的特征點對象名稱；生成的特征平面對象名稱；特征平面法線方向的特征直線名稱。
輸出在KeyModel中生成以輸入?yún)?shù)命名的新特征平面。
算法以特征點對象位置坐標，和特征直線方向向量，定義特征平面的幾何數(shù)據(jù)， 即由點和向量定義平面的幾何問題。
應用舉例通過人體左胸高點建立胸圍平面；通過人體BNP點建立人體對稱平面寸。
步驟S400:
記錄用戶調(diào)用所述的基本算法工具庫中的特征命令進行人體測量過程，生成人體測量規(guī)則模板，儲存到人體測量規(guī)則庫。
本步驟通過使用基本算法工具庫，記錄算法工具庫的使用步驟，完成各特征對象的定義和組織，形成可編程人體測量和人體模型建立的模板文件。其特征是
1)每個特征對象是通過執(zhí)行步驟S300建立的基本算法工具庫的進行定義的。在執(zhí)行每個特征命令工具時，會要求用戶提供輸入?yún)?shù)，正確完成參數(shù)輸入后即完成一個特征對象的生成。
2)通過記錄用戶使用每個特征命令的執(zhí)行順序，來實現(xiàn)模板文件的生成。因為每個特征命令所依賴的參數(shù)不同，有些特征命令需要以已經(jīng)建立的特征對象作為輸入條件， 例如測量胸圍尺寸特征命令，必須以已經(jīng)建立的胸圍特征曲線對象為輸入條件。因此特征命令的執(zhí)行必須按一定順序進行，不同的執(zhí)行順序產(chǎn)生的效果是不同的。
3)特征命令分為兩類，一類是單個特征命令，另一類為組合特征命令 (GroupCommand)，這類特征命令本身為特征命令的序列式組合，其執(zhí)行效果為依次執(zhí)行組合中的各個特征命令。因此，記錄特征命令所生成的人體測量模板的存儲結構也是一個組合特征命令，其結構如圖3所示。
圖4是本發(fā)明的可編程三維人體建模和人體測量方法中生成人體測量規(guī)則模板的步驟S400的流程圖，包含如下動作
S410)選擇一待測量的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)集，創(chuàng)建并命名一個測量對應人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)的空白的人體測量規(guī)則模板；
S420)根據(jù)所述的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)集，從三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫讀取或通過人機交互操作界面900選擇人體網(wǎng)格對象；
S430)根據(jù)步驟S420所選擇的人體網(wǎng)格對象，調(diào)用并執(zhí)行所述基本算法工具庫中相應的特征命令，通過人機交互操作界面輸入特征對象名稱，確定或修改人體特征信息，創(chuàng)建并儲存描述所述待測量人體網(wǎng)格對象的人體特征對象；
S440)記錄步驟S420中所調(diào)用的特征命令，將所述的特征命令追加到人體測量規(guī)則模板；
S450)判斷測量規(guī)則模板是否創(chuàng)建完成，若創(chuàng)建完成，則轉到步驟S460，否則返回步驟S420 ；
S460)將循環(huán)執(zhí)行步驟S420至S440生成的人體測量規(guī)則模板儲存到人體測量規(guī)則庫，所述的人體測量規(guī)則模板包含對所述的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)集進行人體測量的特征命令序列。
步驟S500:
調(diào)用人體測量規(guī)則模板解析三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)，根據(jù)人體特征模型從三維人體網(wǎng)格中提取出人體特征信息，生成基于人體特征的人體測量數(shù)據(jù)。
人體測量規(guī)則模板管理單元500記錄用戶使用基本算法工具庫450中各個特征命令的過程，將用戶使用這些特征命令進行人體測量的過程記錄下來，就可以生成各種人體測量規(guī)則模板，建立人體測量規(guī)則庫陽0。然后通過在不同的三維掃描人體網(wǎng)格模型上，調(diào)用人體測量規(guī)則庫中的人體測量規(guī)則模板，實現(xiàn)對不同人體的體型尺寸自動測量。生成人體測量規(guī)則模板的一個實施例是生成胸圍測量模板根據(jù)上述步驟S300建立的特征命令的實施例，生成的測量胸圍尺寸的測量規(guī)則是:A1-B1-C1-E1-G3，其中
Al 根據(jù)用戶選擇的三角網(wǎng)格實體生成特征網(wǎng)格對象(用戶選擇胸廓網(wǎng)格)；
Bl 根據(jù)用戶選擇點生成特征點對象(用戶指定胸圍平面通過的特征點)；
Cl 生成通過一個特征點對象與系統(tǒng)兩個坐標軸向平行的特征平面(系統(tǒng)自動生成胸圍特征平面)；
El 以特征平面與特征網(wǎng)格相交得到的特征曲線(系統(tǒng)自動確定胸圍特征曲線)；
G3:計算特征曲線凸包長度(系統(tǒng)自動測量胸圍尺寸)。
圖2所示的可編程三維人體建模和人體測量方法的實施方案還包含下列步驟步驟 S600
對每一個個體三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)重復步驟S500，將獲得的基于人體特征的人體測量數(shù)據(jù)存儲到人體特征信息數(shù)據(jù)庫，構建基于人體特征的虛擬人臺。
以上述胸圍測量模板為例，對于不同的三維人體，輸入的三維網(wǎng)格形狀是不同的， 最終生成的胸圍特征曲線和測量出的胸圍尺寸也是不同的，從而實現(xiàn)對不同人體應用同一測量規(guī)則，輸出不同測量尺寸。
本發(fā)明的可編程三維人體建模和人體測量方法的上述技術方案中，所述的人體測量規(guī)則模板可以是在計算機存儲裝置中的宏命令序列；所述的人體測量規(guī)則庫是在計算機存儲裝置中的宏命令庫；所述的步驟S440是所述的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)自動記錄用戶操作過程，并把用戶所調(diào)用的特征命令追加到所述宏命令序列的步驟；所述的步驟S460是用戶通過人機交互操作界面控制操作，把系統(tǒng)自動生成的宏命令儲存到宏命令庫的步驟。
本發(fā)明的可編程三維人體建模和人體測量方法的上述技術方案中，所述的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)是描述的人體體表形狀的三角網(wǎng)格實體；所述的人體模型是一組描述三維人體網(wǎng)格特征的人體特征對象的集合，其中，每個人體特征對象至少包含特征對象名稱和描述該對象的人體特征信息；所述的人體特征對象包括特征網(wǎng)格、特征點、特征平面、特征直線、 特征曲線、特征面片和特征測量尺寸；所述的人體特征信息是描述人體特征對象的幾何數(shù)據(jù)或尺寸數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的可編程三維人體建模和人體測量方法的上述技術方案中，所述的特征命令是一組根據(jù)所述的人體模型生成和修改人體特征信息的工具或算法集合，用戶通過人機交互操作界面調(diào)用儲存在基本算法工具庫中的特征命令，輸入特征對象名稱，識別和建立人體特征對象，確定或修改人體特征信息的幾何數(shù)據(jù)或尺寸數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的可編程三維人體建模和人體測量方法的上述技術方案中，所述的測量方法是在所述的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)中建立可編程的人體測量規(guī)則模板，并對不同的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)執(zhí)行所述的人體測量規(guī)則模板中的特征命令序列；執(zhí)行測量規(guī)則時，對于計算機能夠準確完成的可以在不同個體上正確重復執(zhí)行的規(guī)則性操作，由計算機自動完成；對于計算機不能在不同個體上正確處理和確定的操作，通過人機交互操作界面引導用戶人工選擇或輸入，實現(xiàn)以較少的人工操作替代計算機不能正確實現(xiàn)的操作，實現(xiàn)準確、快速的三維人體尺寸測量。
綜上所述，本發(fā)明的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)和方法，對三維人體掃描數(shù)據(jù)進行可編程的人工輔助計算機自動解析測量，實現(xiàn)了計算機掃描三維圖像數(shù)據(jù)的高效率的數(shù)據(jù)挖掘，不僅可以從掃描的人體數(shù)據(jù)中提取服裝CAD設計所需要的人體特征信息，還可以同時建立包含人體特征信息和按區(qū)域劃分的虛擬人臺，為三維服裝CAD系統(tǒng)和其他需要基于人體特征信息的工業(yè)設計、人機工程等系統(tǒng)提供基礎信息。
本技術領域中的普通技術人員應當認識到，以上的實施例僅是用來說明本發(fā)明的技術方案，而并非用作為對本發(fā)明的限定，任何基于本發(fā)明的實質(zhì)精神對以上所述實施例所作的變化、變型，都將落在本發(fā)明的權利要求的保護范圍內(nèi)。
權利要求
1.一種可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)，包括三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)輸入裝置 (100)、三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫(150)、虛擬人臺數(shù)據(jù)管理單元(200)和人機交互操作界面 (900)，所述的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)輸入裝置(100)和虛擬人臺數(shù)據(jù)管理單元(200)連接到三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫(150)，其特征在于所述的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)還包括人體模型定義單元(300)，用于讀取三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)，分析人體特征信息，定義人體特征對象；人體特征模型庫(350)，用于存儲所述的人體特征對象；人體特征信息算法工具庫管理單元G00)，用于創(chuàng)建、修改和刪除人體特征信息處理命令；基本算法工具庫G50)，用于存儲所述的人體特征信息處理命令；人體測量規(guī)則模板管理單元(500)，用于記錄人體測量操作過程，生成人體測量規(guī)則模板；人體測量規(guī)則庫(550)，用于存儲所述的人體測量規(guī)則模板；三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)解析測量單元(600)，用于讀取和解析三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)，調(diào)用人體測量規(guī)則模板進行人體測量，獲取人體特征信息；所述的人體模型定義單元(300)、人體特征信息算法工具庫管理單元000)、人體測量規(guī)則模板管理單元(500)、三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)解析測量單元(600)分別連接到人機交互操作界面(900)；所述的人體模型定義單元(300)連接到所述的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫(150)和人體特征模型庫(350)，所述的人體特征信息算法工具庫管理單元(400)連接到人體特征模型庫 (350)和基本算法工具庫050)，所述的人體測量規(guī)則模板管理單元(500)連接到所述的基本算法工具庫(450)和人體測量規(guī)則庫(550)，所述的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)解析測量單元 (600)連接到三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫(150)和人體測量規(guī)則庫(550)。
2.根據(jù)權利要求1所述的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)，其特征在于所述的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)還包括用于存儲人體測量結果的人體特征信息數(shù)據(jù)庫 (650)；所述的人體特征信息數(shù)據(jù)庫(650)連接到所述的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)解析測量單元 (600)。
3.根據(jù)權利要求2所述的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)，其特征在于所述的人體特征信息數(shù)據(jù)庫(650)連接到所述的虛擬人臺數(shù)據(jù)管理單元000)，構建為基于人體特征的三維虛擬人臺。
4.一種可編程三維人體建模和人體測量方法，用于權利要求1所述的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)，其特征在于所述的測量方法至少包含以下步驟S100)通過三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)輸入裝置獲取每個個體的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)，存儲到三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫；S200)通過人機交互操作界面從三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)中抽取并定義一組人體特征對象， 建立基于人體特征的人體模型，儲存到人體特征模型庫；S300)對應所述人體模型的每一人體特征對象，創(chuàng)建一條用于建立、修改或刪除所述的人體特征信息的特征命令，存儲到基本算法工具庫；S400)記錄用戶調(diào)用所述的基本算法工具庫中的特征命令進行人體測量過程，生成人體測量規(guī)則模板，儲存到人體測量規(guī)則庫；S500)調(diào)用人體測量規(guī)則模板解析三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)，根據(jù)人體特征模型從三維人體網(wǎng)格中提取出人體特征信息，生成基于人體特征的人體測量數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權利要求4所述的可編程三維人體建模和人體測量方法，其特征在于所述的測量方法還包含下列步驟S600)對每一個個體三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)重復步驟S500，將獲得的基于人體特征的人體測量數(shù)據(jù)存儲到人體特征信息數(shù)據(jù)庫，構建基于人體特征的虛擬人臺。
6.根據(jù)權利要求4所述的可編程三維人體建模和人體測量方法，其特征在于所述的步驟S400包含如下動作S410)選擇一待測量的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)集，創(chuàng)建對應的空白的人體測量規(guī)則模板；S420)根據(jù)所述的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)集，從三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫讀取或通過人機交互操作界面選擇人體網(wǎng)格對象；S430)根據(jù)步驟S420所選擇的人體網(wǎng)格對象，調(diào)用并執(zhí)行所述基本算法工具庫中相應的特征命令，通過人機交互操作界面輸入特征對象名稱，確定或修改人體特征信息，創(chuàng)建并儲存描述所述待測量人體網(wǎng)格對象的人體特征對象；S440)記錄步驟S420中所調(diào)用的特征命令，將所述的特征命令追加到人體測量規(guī)則模板；S450)判斷測量規(guī)則模板是否創(chuàng)建完成，若創(chuàng)建完成，則轉到步驟S460，否則返回步驟 S420 ；S460)將循環(huán)執(zhí)行步驟S420至S440生成的人體測量規(guī)則模板儲存到人體測量規(guī)則庫， 所述的人體測量規(guī)則模板包含對所述的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)集進行人體測量的特征命令序列。
7.根據(jù)權利要求6所述的可編程三維人體建模和人體測量方法，其特征在于所述的人體測量規(guī)則模板是在計算機存儲裝置中的宏命令序列；所述的人體測量規(guī)則庫是在計算機存儲裝置中的宏命令庫；所述的步驟S440是所述的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)自動記錄用戶操作過程，并把用戶所調(diào)用的特征命令追加到所述宏命令序列的步驟；所述的步驟S460是用戶通過人機交互操作界面控制操作，把系統(tǒng)自動生成的宏命令儲存到宏命令庫的步驟。
8.根據(jù)權利要求4 7之任一項權利要求所述的可編程三維人體建模和人體測量方法，其特征在于所述的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)是描述的人體體表形狀的三角網(wǎng)格實體；所述的人體模型是一組描述三維人體網(wǎng)格特征的人體特征對象的集合，其中，每個人體特征對象至少包含特征對象名稱和描述該對象的人體特征信息；所述的人體特征對象包括特征網(wǎng)格、特征點、特征平面、特征直線、特征曲線、特征面片和特征測量尺寸；所述的人體特征信息是描述人體特征對象的幾何數(shù)據(jù)或尺寸數(shù)據(jù)。
9.根據(jù)權利要求4 7之任一項權利要求所述的可編程三維人體建模和人體測量方法，其特征在于所述的特征命令是一組根據(jù)所述的人體模型生成和修改人體特征信息的工具或算法集合，用戶通過人機交互操作界面調(diào)用儲存在基本算法工具庫中的特征命令，輸入特征對象名稱，識別和建立人體特征對象，確定或修改人體特征信息的幾何數(shù)據(jù)或尺寸數(shù)據(jù)。
10.根據(jù)權利要求4 7之任一項權利要求所述的可編程三維人體建模和人體測量方法，其特征在于所述的測量方法是在所述的可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)中建立可編程的人體測量規(guī)則模板，并對不同的三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)執(zhí)行所述的人體測量規(guī)則模板中的特征命令序列；執(zhí)行測量規(guī)則時，對于計算機能夠準確完成的可以在不同個體上正確重復執(zhí)行的規(guī)則性操作，由計算機自動完成；對于計算機不能在不同個體上正確處理和確定的操作，通過人機交互操作界面引導用戶人工選擇或輸入，實現(xiàn)以較少的人工操作替代計算機不能正確實現(xiàn)的操作，實現(xiàn)準確、快速的三維人體尺寸測量。
全文摘要
可編程三維人體建模和人體測量系統(tǒng)和方法，涉及用于電腦制圖的三維模型或圖像的操作，尤其適用于基于人體特征的人體測量與服裝CAD。其人體模型定義單元連接到三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫和人體特征模型庫，人體特征信息算法工具庫管理單元連接到人體特征模型庫和基本算法工具庫，人體測量規(guī)則模板管理單元連接到基本算法工具庫和人體測量規(guī)則庫，三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)解析測量單元連接到三維人體網(wǎng)格數(shù)據(jù)庫和人體測量規(guī)則庫。用戶通過人機交互操作實現(xiàn)自行定義人體特征識別規(guī)則和尺寸測量規(guī)則，同時用戶定義的測量規(guī)則能夠應用到不同的個體上，把三維人體掃描輸入，智能化的人體特征點識別和人體各部位尺寸的測量與基于人體特征的三維虛擬人臺建設結合起來。
文檔編號G06T19/00GK102521878SQ20111042836
公開日2012年6月27日 申請日期2011年12月20日 優(yōu)先權日2011年12月20日
發(fā)明者何愛芳, 劉瑞旗, 夏明 , 張文斌, 張曉霞, 王慧, 陳忠偉 申請人:恒源祥(集團)有限公司