参数化建模
目前参数化技术大致可分 为如下三种方法： （1）基于几何约束的数 学方法； （2）基于几何原理的人 工智能方法； （3）基于特征模型的造 型方法。
特点：1）零件截面形状复杂时很难将 所有尺寸表达出来；2）只有尺寸驱动 这一种修改手段，不容易判断曲线走 向；3）尺寸驱动的范围有限。如果给 出了不合理的尺寸参数，使某特征与 其它特征相干涉，则引起拓扑关系的 改变。
基于三维扫描的人体建模
实体建模 03
对人体的表达方式：基于体素分解的方式、构造实 体几何和多面体建模。
构造实体几何：该方法通过简单形体，如圆柱 体、椭球体、球体等的交、差、并等集合的运 算来表达人体外形。该方法能清晰地表达人体 的构造过程，直观地描述人体的几何特征。 缺点：有多种构造人体的表达方案，并且表达 的人体模型不够逼真，很难表示人体动态特征； 计算量大，稳定性差。
基于三维扫描的人体建模
物理建模 04
（引入人体自身物理信息，人体所处的外部环境因 素及时间变量）
特性：获得真实建模效果，能对人体的动态过 程进行有效的描述；采用多微分方程组的形于人体照片信息的人体建模
用数码设备拍摄人体正、背、侧面的二维图像，将 图像信息输入系统中，系统采用一定算法进行图像处 理，基于人体特征提取人体主要的尺寸信息。通过提 取人体轮廓线、截面线、特征尺寸等快速生成三维个 性化人体模型。 主要技术:针对人体照片信息的人体特征元素提取 方法、人体二维尺寸信息与三维尺寸信息的转换、基 于人体特征尺寸和特征曲线的三维人体模型构建等。
研究方向 direcation
研究方向
• 三维人体建模精确性研究 • 三维人体组织模型建立 • 有限元网格划分对仿真结果的影响
研究方向
• 三维人体组织模型建立方法： 1、构造几何实体法，规则几何代替复杂的实际形体，单 一材料代替复杂材料。特点：粗糙，误差大; 2、三维扫描法，不能重建物体内部结构; 3、基于CT胶片的手动建模方法，把CT胶片上的每一张图 像通过扫描转换为bmp, jpg等计算机可识别的图像格式， 在图像处理软件中人工准确对位，这种方法转换过程中容 易丢失很多信息，并且对位不准确会直接影响有限元模型 的精确性; 4、利用医学三维重建软件，例如Mimics，这种方法建立 的有限元模型可以准确地描述实体的外部形态和内部结构 特征，模型更精确。
（2）三维曲面建模精确性
不同的应用场合，对三维曲面模
型的精确度要求往往不同。比如，
用于虚拟试衣三维人体模型，一般 并不要求模型有多精细、多准确。
此类应用往往只需要三维模型的形
状能够大致反映人体的轮廓特征，
过于精细的模型反而会影响处理的 实时性。 在人体压力舒适性有限元分析方 面则需要十分精确的三维人体模型， 精确程度不同的人体模型往往会对 有限元分析的结果产生较大的影响。
曲面建模 02
曲面建模方法主要有三角曲面片逼近法、参数曲面建模
三角曲面片逼近法： 用多个小三角片表示人 体表面来解决表面复杂、形状和边界不规则的 人体几何造型问题，简化了三维人体模型的显 示、分析和计算。三角曲面片划分的越多，精 度就越高，人体表面越平滑。
基于三维扫描的人体建模
曲面建模 02
曲面建模方法主要有三角曲面片逼近法、参数曲面建模
基于三维扫描的人体建模
曲面建模 02
（增加面表，记录边与面之间的拓扑）
优点：能实现面与面相交、着色、表面积计算、 消隐等功能，此外还擅长于构造复杂的曲面物 体，如模具、汽车、飞机等表面。 缺点： 只能表示物体的表面及边界，不能进 行剖切，不能对模型进行质量、质心、惯性矩 等物性计算。
基于三维扫描的人体建模
谢谢大家
THANK YOU
基于照片信息的三维建模
• 邓卫燕等人提出面向服装设计的基于用户照片和神经网 络的三维个性化人体建模方法。通过基于图像的人体特 征区域和特征参数提取得到人体尺寸信息(尺寸、轮廓点 和轮廓线);通过基于神经网络的三维人体特征曲线生成 得到人体三维截面信息;以三维人体库中搜索的相似三维 人体为体形信息载体，通过特征尺寸、曲线驱动相似三 维人体变形，融合分治所得信息，快速生成三维个性人 体。
国内外研究现状 research status
国内外研究现状
基于参数化造型 技术的三维建模
应用于有限元分 析的建模技术
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基于三维扫描技 术的三维建模
基于照片信息的 三维建模
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基于三维扫描技术的三维建模
• 李祖华等人利用三角剖分技术，将人体曲面用三角面片 逼近实现人体曲面重建。头部采用直接基于空间体的三 角剖分方法进行重建，对头部以下部分采用简化的三角 剖分方法进行重建。运用鲁棒滤波算法检测出离群点， 并去除不同振幅的噪音数据，提高三维扫描散乱点云数 据的处理效率。采用光顺孔洞修补算法修补孔洞，实现 孔洞的封闭。通过三角网格细分和三角网格优化处理， 在孔洞内部获得足够数量、较均匀分布的新增采样点。 利用孔洞边界及其周围原始网格顶点特征，通过加权三 次曲线拟合，实现新增采样点的空间位置进行细调。
实体建模 03
对人体的表达方式：基于体素分解的方式、构造实 体几何和多面体建模。
基于体素分解的方式：将人体层层分解，表示 成一簇基本体素的集合。 特点：简单易行；是人体的近似表达，不能反 映人体的宏观几何特征；由于体素间的集合运 算涉及面与面之间的交运算，再加上计算精度 带来的误差等，容易造成体素之间拓扑关系的 混乱而出现奇异情况。
参数曲面建模： 贝塞尔曲面：由控制点及控制多边形生成曲面。 控制点位置的移动对其他部分的曲面会产生影 响，不具有局部控制的特性。在复杂的人体曲 面建模过程中，存在拼接困难的问题。 B样条曲面算法：具有独特的局部特性；当顶 点分布不均匀时，难以获得理想的曲面。
基于三维扫描的人体建模
曲面建模 02
参数化（Parametric） 造型的主体思想是用 几何约束、工程方程 与关系来说明产品模 型的形状特征，从而 达到设计一系列在形 状或功能上具有相似 性的设计方案。
基于三维扫描的人体建模
线框建模 01
（由它的全部顶点及边的集合描述）
优点： 用三维数据产生任意视图，视图间投 影关系正确；可生成透视图和轴侧图（优于二 维系统）；构造模型的数据结构简单，节约资 源；易学。 缺点： 缺少真实感；缺少曲线棱廓，曲面表 现困难；不能构成实体，无法识别面与体，不 能区别体内与体外，不能进行剖切，不能进行 两个面求交，不能自动划分有限元网络等等。
基于照片信息的三维建模
——人体特征点的提取
• Pargas R. P等最早对于分片的人体扫描数据进行了特 征点的自动提取，开发了人体尺寸测量软件，并提出了 一种用户自定义特征的方法，但是仅粗略选取的人体特 征，误差明显。 • Nurr按照人体的功能对人体进行分段，通过对不同截面 形状和位置的分析，求出其功能区域，而其毗邻处即为 特征位置，该方法需求取大量的人体横截面，费用高。 • Prabhakar和Hwang首次将神经网络技术引入到三维特 征识别领域。
曲面重建方法 method
曲面重建方法
基于建模软件的人体建模 基于三维扫描的人体建模
基于人体照片信息的人体建模
基于建模软件的人体建模
• 根据人体体型特征，利用通用建模软件3DMax 、 Maya等构建标准化三维人体模型，同时也可以应用 参数修改的方法对试衣系统自带的人体模型进行修 改调整获得与特定人体接近的个性化三维人体模型， 人体模型可根据应用场合存储成不同格式以方便后 期调用。 • 应用软件进行人体建模，由于每个人体都需要重新 构建，所以仅适合小规模的人体模型构建。同时， 对操作者的操作技巧、软件熟练程度有一定要求。
基于三维扫描的人体建模
实体建模 03
对人体的表达方式：基于体素分解的方式、构造实 体几何和多面体建模。
多面体建模：该方法首先构造一个多面体，然 后对多面体的顶点、边、面进行局部修改而构 造出与实体外形相似的多面体，通过类似于磨 光处理来生成自由曲面的控制顶点，并用参数 曲面进行拟合，拼接成所需的形状。根据设计 者的构思，可以灵活地进行人体形状的设计。
（2）
注：三维建模技术是利用计算机系统描述物体形状的技术。如何利用一组数据表示 形体，如何控制与处理这些数据，是几何造型中的关键技术。
（1）三维曲面建模发展史
20世纪60年代末 线框建模 曲线建模
20世纪80年代中后 期——第三次技术革命 特征参数化技术
20世纪80年代——第 二次技术革命 实体造型系统
三维曲面重建的精 确性分析
LOREM IPSUM DOLOR
Preface
• 为什么8号人台与穿服装的8好人台不能完全装配？
• 为什么有限元分析的结果不能定量分析只定性分析？
CONTENTS
01
介绍
02
曲面重建方法
03
国内外研究现状
04
研究方向
介绍 instruction
三维曲面建模
重要性 （1） 发展 （3） 精确性
基于照片信息的三维建模
• Hilton等人介绍了一种自动建立、识别和变形三维个性 化人体模型技术。在该方法中，用一台或多台摄像机从 目标人的正面、侧面和背面拍摄一系列多视点的彩色图 像。利用基于轮廓重建模型对标准三维人体模型进行形 变，以拟合目标人体的模型。由多视点图像获取的彩色 纹理映射可以很好地实现逼真的外观。这种方法主要着 眼于人体模型的视点外观结果。
第四次技术革命—— 变量化技术
（2）三维曲面建模重要性
•
利用有限元法进行分析，首要的任务是根据物理模型 (包括几何、材料、荷载、边界条件等)建立离散化的有 限元模型，即有限元建模或前置处理。经验表明，有限 元建模在整个有限元分析工作量中占70%--- 80%左右， 有限元模型质量的好坏直接关系到分析的成功与失败。 现代有限元建模系统大都基于CAD平台，是有限元技术 与CAD技术结合的重要环节，在有限元方法实际应用中 占有重要的地位。