基于男士内裤的腰臀裆部点云坐标集三维建模

任 泽，钟安华

基于男士内裤的腰臀裆部点云坐标集三维建模

任 泽，钟安华*

（武汉纺织大学 服装学院，湖北 武汉 430073）

随着我国人民生活水平向小康转化，合体性和个性化的私人内裤订制成为男士更加追求的一种时尚。自动化快速成版是提高个性化定制效率的前提，而三维建模又是自动化快速成版的先决条件。通过三维扫描仪获得个体三角形数据，使用逆向工程软件将三角形数据转换为点云数据进行优化处理，在7个围度面选取50个等分点表征各截面形态，从腰围至大腿围提取350个点云坐标集，将对称处理后的点云坐标集做标记导入SOLIDWORKS软件，构建个体的实体模型。以个体为例提出男性腰臀裆部三维建模的方法，为男士内裤自动化快速成版做好技术支撑。

男士内裤；
腰臀裆部；
三维建模；
点云坐标集

由于物质生活的丰富，私人订制不再局限于小部分群体，合体性和个性化需求让私人定制成为更多消费者的选择，因此私人订制逐渐成为大众的高端需求。内裤被称为人体的第二皮肤，由于男性生殖器官的凸起形态各异，这成为男士内裤版型设计中不可忽视的设计因素之一，所以设计出合体的男士内裤需要以男性腰臀裆部的形态为依据。为解决针对个体男士内裤版型设计的繁琐步骤，自动化快速成版成为私人定制发展的趋势，而自动化快速成版离不开三维建模的曲面形态，所以企业要实现内裤版型的自动成版第一步是构建出男性腰臀裆部的三维模型。

目前，研究学者正朝着自动化快速成版方向着力于攻克三维建模技术。三维人体建模分为软件建模、图形建模、图像建模三种建模方法，图形建模包括曲面模型、实体模型和物理模型[1]。学者们从不同的方向使用不同的研究手段实现三维模型的构建，部分学者利用摄像机技术拍摄不同角度的人体状态，对测得的二维数据进行三维转换，利用计算机图形学拟合人体截面曲线实现三维建模[2-4]，这种建模方法简单，但构建的三维模型不够精确，尺寸误差较大；
还有部分学者提取重要截面的点云数据，将点云数据导入MATLAB软件中进行三维建模[5]，该方法通过拟合曲线的曲面建模方法，建立的模型无法导入其他软件进行模型功能开发，使用局限性较大。本文从腰至大腿围选取重要围度截面获取350个点云坐标集，通过SOLIDWORKS工程建模软件构建的实体模型[6]能够准确地表达人体体型，描述男性生殖器官形态，构建的模型更为精确。实体模型可以直接在试衣软件进行内裤的试衣，也可以在软件中完成实体模型向曲面模型的转化，使三维曲面模型转为二维版型，为后续实现内裤版型快速生成做好充分准备。

1.1 实验准备

本文随机选择一位青年男性作为实验对象，采用德国的Anthroscan三维人体扫描仪对实验对象进行人体扫描。该软件扫描的点密度达到了200p/cm2，人体点云数据量达到 300多万个，从而获取到精度高、部位全面、细节清晰的人体扫描数据[7]。实验对象按照实验设计要求穿着零压极薄的特制隐私内裤，双脚分开与测试台上的脚印重合，全身放松进行三维扫描。

1.2 实验数据获取

三维人体扫描仪可以自动提供超过100个人体部位尺寸测量，并结合手动标点测量获取所需的腰臀裆部三维建模相关数据，因实验需求只需要获得高度尺寸，包括腰高、腹高、髋关节高、臀高、生殖器官凸起点高、会阴高、囊袋最低点高、大腿围高，如表1所示为8个所需要的测量项目和尺寸数据。并且三维人体扫描仪会自动生成EXCEL格式的人体尺寸表格和OBJ格式的人体数据。

表1 测量项目和尺寸数据（单位：cm）

2.1 三维扫描人体数据补缺

将三维人体扫描仪得到的OBJ格式的人体数据导入逆向工程软件进行处理，由于在测量过程人体摇晃，以及人体站姿位的遮挡，导致非接触式三维人体扫描仪扫描的点云数据杂乱，人体表面可能出现孔洞，人体体表不光滑等问题。因此需要对扫描后的人体进行补缺处理以保证人体数据的准确性，如图1所示为三维扫描人体数据处理前的人体，图2为三维扫描人体数据补缺后的人体，经对比可以看出补缺后的人体表面更加光滑，体表外无杂乱点，人体体表无孔洞缺失，具体处理步骤如下所示：

（1）网格医生优化：网格医生可以自动修复体表三角形网格的部分缺陷。

（2）剔除噪音：将人体三角形对象转为点云数据。利用减少噪音工具将偏移的点移至统计的正确位置以弥补扫描误差，使点的排列更平滑。然后将点云数据封装成三角形数据。

（3）填充孔洞：腋下、会阴处等不易扫描到的位置会出现孔洞，为不影响后期数据获取，对缺失部位进行填充孔洞，经过上述点处理后的人体孔洞更容易填充。

图1 补缺前的人体图

图2 补缺后的人体图

2.2 腰臀裆位截面获取

2.3 截面点云坐标集提取

（1）将修正的截面转为点云数据，使用统一工具可以规定点的数目，通过不断尝试，当截面点密度为50时最为合适。过少的点无法表征截面形态，过多的点会造成数据繁杂。

（2）如图3所示将50个等距离排列的点按顺序导出点坐标信息，式中x为点的横坐标，y为点的纵坐标，i为点的标记号码。

（3）将截面点坐标信息导入EXCEL里，点1和点26横坐标做归零处理，其余24个点如公式（2）所示对截面进行对称处理，使截面得到26个点坐标信息，腰围截面点对称处理后的点坐标信息如表2所示。

表2 腰围曲线摆正处理前、摆正处理后、对称处理后点坐标对比

图3 腰部50个等距点

3.1 三维实体模型的构建

依据逆向工程软件中的中心点，分别建立腰、腹、髋、臀、生殖器官凸起点、会阴以及大腿围部7个基准面。将每个围度26个点坐标信息导入基准面，使用镜像实体工具进行点对称，每个面生成50个点，如图4所示使用样条曲线工具将50个点连成平滑的曲线，如图5所示生成7个围度的闭合曲线，使用3D草图工具，连接围度面上相对应的点，将面构成体，使用放样凸体工具，生成腰臀裆部实体模型。

图4 腰部曲线

图5 7个围度的闭合曲线

3.2 三维实体模型与扫描人体的对比

从外观形态上看，如图6所示为扫描人体与三维实体模型正面、侧面及后面的形态对比图，从正、后面看，实体模型能够准确表征男性生殖器官形态和臀部翘起程度，勾画出人体体表曲线弯曲状态；
从侧面看，腰部至臀部侧面弯曲弧度一致，生殖器官凸起程度一致，能够表达出男性人体腰臀裆部特征部位。因此，实体模型体与扫描人体在外观上极其相似，形态相符度极高。

表3 扫描人体与三维实体模型重要尺寸对比（单位：cm）

表4 不同成品服装规格误差（单位：cm）

图6 扫描人体与实体模型正面、侧面、后面形态对比图

4.1 自动化快速成版

自动化快速成版是服装数字化发展的新方向，是实现私人定制产业化发展的必经之路。而男士内裤自动化快速成版离不开男性腰臀裆部的三维形态，所以男性腰臀裆部的三维建模是自动化快速成版的前提。使用SOLIDWORKS建立的实体模型可以直接转换成曲面模型，如图7所示为该实验对象腰臀裆部的曲面模型，将三维模型的曲面进行虚拟剥离，剥离的曲面进行展平处理，实现三维曲面向二维版型的转化，如图8所示为整合处理后获得该模型的二维版型，打破了原有制版的局限性，直接生成的版型为数字化版型生成提供新方法。

图7 三维曲面模型

图8 二维版型

4.2 虚拟试衣间

随着电子商业的快速发展，远程网络购物已经成为时代的潮流。三维精准建模实现了对消费者的真实三维模拟，模拟精度较高[8]。顾客只需要完成一次三维人体扫描就能建立顾客的三维模型，通过三维建模技术实现消费者体型形态重现，构建出私人订制品牌自己的顾客体型数据库，远程完成后期顾客体型数据尺寸采集，利用CLO3D软件在线进行虚拟试衣。解决了高端私人订制量体裁衣的麻烦，避免了顾客尺寸数据的二次采集和多次改版再试衣的麻烦，节省大量的人力物力。如图9为平角内裤的基础版型[9]，将平角内裤版型和实体模型导入CLO3D中，图10为三维模型穿着平角内裤的正面效果图，从效果图上可以看出，实体模型可以完成虚拟试衣效果。

图9 平角内裤版型

图10 实体模型试衣图

4.3 版型优化分析

三维实体模型可以精准的模拟人体体表曲面起伏状态，腰臀裆部模型在CLO3D虚拟试衣时可以通过压力图检测内裤对人体体表造成的服装压，观测各个部位的压力值，为企业后续版型优化带来了便利。另外，实体模型可以测量实验对象体表表面各个部位的弯曲程度，如图11所示为男性腰臀裆部曲面曲率图，根据曲率的局部半径以不同颜色显示，公式3为该部位点的曲率，公式4为该部位点的曲率半径，精确描述男性腰臀裆部每一点的弯曲变化程度，更为细致的了解模型体表特征，为男士内裤虚拟立体裁剪提供了可能性。

图11 男性腰臀裆部曲面曲率图

本文提出男性腰臀裆部三维模型的构建方法，通过三维人体扫描仪获得男性人体三角形数据和高度尺寸数据，利用逆向工程软件对扫描的三角形数据进行优化处理后，截取7个围度截面转化为点云数据，共选取350个等距点云坐标集进行对称处理，将处理后点云坐标集导入SOLDWORKS软件，利用放样工具构建男性腰臀裆部实体模型。经过重要部位尺寸数据和外观形态的对比，得出通过点云坐标集构建的实体模型更为精确。通过简便的三维人体扫描就可以形成企业品牌自己的客户体型数据库，远程实现顾客的在线虚拟试衣，观测试衣状态和试衣服装压，及时对版型进行调节，为企业反复量体裁衣提供了解决方案；
并且通过工程建模软件构建的实体模型可以转化成曲面模型，三维曲面向二维平面的转化为后续的自动化快速成版提供了新思路。

[1] 艾容羽, 庄梅玲, 张蒙蒙, 等. 基于图形和图像的人体曲面建模研究[J]. 针织工业, 2020, (06): 72-76.

[2] 陈利珍, 邓中民. 基于图像序列的三维人体建模方法研究[J]. 针织工业, 2013, (01): 54-56.

[3] 王力. 基于图像的非接触式人体测量与建模技术研究[D]. 西安：西安工程大学, 2018.

[4] 王婷, 顾冰菲. 基于图像的人体颈肩部三维模型构建[J]. 纺织学报, 2021, 42(01): 125-132.

[5] 蔡晓裕. 青年女性腰腹臀特征分析及建模研究[D]. 杭州：浙江理工大学, 2021.

[6] 王珊珊. 基于男子颈部三维模型的服装压感舒适性研究[D]. 无锡：江南大学, 2017.

[7] 舒伟伟. 60-75岁老年女性肩臂部形态分析及衣袖版型研究[D]. 武汉：武汉纺织大学, 2020.

[8] 李亚男, 周捷. 虚拟试衣间应用进展研究[J]. 针织工业, 2021, (10): 54-58.

[9] 印建荣，常建亮. 内衣结构设计教程[M]. 北京：中国纺织出版社有限公司，2021. 57-58.

Three-dimensional Modeling of Point Cloud Coordinate Set of Waist, Hip and Crotch based on Men"s Underwear

REN Ze, ZHONG An-hua

(College of Clothing, Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073, China)

With the transformation of people"s living standards to a well-off society in China, tailored and personalized private underwear has become a fashion that men are increasingly pursuing. Automatic and rapid edition is the premise of improving the efficiency of personalized customization, and 3D modeling is the prerequisite of automatic and rapid edition. The individual triangle data was obtained by 3D scanner, and the triangle data was converted into point cloud data for optimization using reverse engineering software. 50 aliquot points were selected to characterize the morphology of each section in 7 circumference planes, and 350 point cloud coordinate sets were extracted from waist circumference to thigh circumference. Marking the symmetrically processed point cloud coordinate set and importing it into SolidWorks software is necessary to build an individual entity model. Taking an individual as an example, this paper puts forward the three-dimensional modeling method of male waist, hip and crotch, which provides technical support for the automatic and rapid plate forming of men"s underwear.

men"s underwear；
waist hip crotch；
three-dimensional modeling；
point cloud coordinate set

钟安华（1967-），女，教授，硕士生导师，研究方向：服装人体工学和服装数字化.

湖北省虚拟仿真实验室建设项目（D141091003）；
湖北省大学生创新创业训练计划项目（S202010495025X）.

TS941.2

A

2095－414X(2022)06－0059－05

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