基于unity平台的三维模拟技术在服装设计方面的应用Word文件下载.docx
- 文档编号:16793906
- 上传时间:2022-11-26
- 格式:DOCX
- 页数:54
- 大小:1.12MB
基于unity平台的三维模拟技术在服装设计方面的应用Word文件下载.docx
《基于unity平台的三维模拟技术在服装设计方面的应用Word文件下载.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于unity平台的三维模拟技术在服装设计方面的应用Word文件下载.docx(54页珍藏版)》请在冰豆网上搜索。
Useof3DsimulationtechnologyintermsofcostumedesignbasedonUnityplatform
Name:
ZhangXuesheng
Supervisor:
WangDaoshi
Institute:
BeijingInstituteofTechnology
Oraldefensedate:
June.15th,2010
研究成果声明
本人郑重声明:
所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。
尽我所知,文中除特别标注和致谢的地方外,学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。
与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。
特此申明。
签名:
日期:
关于学位论文使用权的说明
本人完全了解北京理工大学有关保管、使用学位论文的规定,其中包括:
①学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件;
②学校可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文;
③学校可允许学位论文被查阅或借阅;
④学校可以学术交流为目的,复制赠送和交换学位论文;
⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容(保密学位论文在解密后遵守此规定)。
导师签名:
摘要
本文基于3DMAX与Sketup进行三维服装模型与场T台场景搭建。
首先借助3DMAX软件对人台,衣服等进行建模,然后可以在该软件中对服装进行渲染和褶皱处理等。
由于服装初期完成后一般是在T台展示或是给生产商,只是看二维图形想象很难了解到服装的实际效果,因为我们构建一个三维的T台展示模型,将服装,人物置于这个环境之中,实现服装和环境的三维模拟,设计师就可以在设计阶段更好的了解自己服装的后期效果。
主要环节涉及:
利用仿真程序实现服装三维模型的燥接与缝合;
借助unity3d平台实现三维服装的设计模拟,添加重力、风力等参数,控制灯光效果,完成三维在线设计;
分析基于二次空间划分的自碰撞检测算法并进行改进,实现服装模型在三维环境下的自检测;
录制服装三维动画,模拟展示服装在T台上的效果,实现服装的实际效果模拟。
关键词:
三维服装模型,3dmax,unity3d,效果模拟
Abstract
Inthispaper,weuse3DMAXandSketuptomakethree-dimensionalgarmentmodelandTstationscenewithfarmstructures..Firstlymakeuseof3DMAXsoftwaremannequin,clothesmodeling,whichcanthenberenderedandfoldsofclothingprocessinginthesoftware.SincetheearlydaysafterthecompletionofclothingisusuallydisplayedintheTstationortothemanufacturer,onlytoseetwo-dimensionalgraphicstoimaginedifficulttounderstandthepracticaleffectoftheclothing,aswebuildathree-dimensionalmodeloftheTstageshow,theclothes,thecharactersplacedintheenvironment,toachieveathree-dimensionalsimulationofclothingandtheenvironment,designerscanbetterunderstandtheeffectsoftheirownlateinthedesignstagecostume.Themainaspectsrelatedto:
theuseofsimulationprogramstoachievethree-dimensionalmodelofdryclothesandthensuture;
Withunity3dthreedimensionalgarmentdesignandsimulationplatform,addinggravity,windandotherparameterstocontrolthelightingeffectstocompletethethree-dimensionalonlinedesign;
analysisbasedonquadraticspacedivisionsincecollisiondetectionalgorithmandimprovedmodeltoachieveself-testinthegarmentdimensionalenvironment;
recordingclothing3Danimation,simulationshowstheeffectofclothingintheTstage,theactualresultsachievedsimulationofclothing.
KeyWords:
three-dimensionalclothingmodel,3dmax,unity3d,simulationresults
第1章绪论1
1.1课题来源及背景1
1.2研究意义和目的1
1.3国内外研究现状分析2
1.4研究内容与重要问题解决方案3
1.5技术方案4
第2章三维仿真关键技术及问题分析6
2.1基于unity的三维模拟技术分析6
2.1.1三维模拟技术概况6
2.1.2三维T台模拟流程7
2.1.3三维服装设计流程8
2.2三维服装模拟涉及的参数分析9
2.3三维服装动画技术10
2.4人体模型与衣物模型的结合与相互作用10
2.4.1简介10
2.4.2人体模型的蒙皮11
2.4.3质点-弹簧模型11
2.4.4有限元方法13
2.4.5三维人体受力模型13
2.4.6人体-服装的相互作用15
第3章三维模型的构建16
3.1环境配置16
3.2T台场景模型的构建16
3.2.1建筑物轮廓获取16
3.2.2建筑物侧面结构的获取17
3.2.3建筑物纹理数据的获取17
3.2.4建筑物模型创建17
3.3人体模型的构建18
3.3.1人体建模方法分析18
3.3.2人体模型的构建过程20
3.4服装模型的构建22
3.4.1布料建模方法概述22
3.4.2布料动力学原理24
3.5本章小结25
第4章碰撞检测与自检测25
4.1碰撞检测相关概念26
4.1.1碰撞检测背景和意义26
4.1.2碰撞检测研究进展27
4.2碰撞检测算法分析28
4.2.1基于图形的实时碰撞检测算法28
4.2.2基于图像的碰撞检测算法33
4.3T台场馆几何体间的碰撞检测34
第5章3D试衣系统程序实现37
5.13D模型的载入和渲染37
5.1.1CStaticMesh类37
5.1.23D模型的载入38
5.1.3模型的渲染40
5.23D模型的控制41
5.3光照的实现和灯光渲染44
5.3.1光照效果的实现44
5.3.2灯光渲染46
5.4粒子的实现47
5.4.1粒子属性初始化47
5.4.2粒子的渲染50
5.5控件的渲染56
5.6本章小结58
第6章总结59
致谢60
参考文献61
第1章绪论
1.1课题来源及背景
随着市场竞争的加剧,服装制造业如何适应以个性化、高质量、低成本为特点的市场快速反应需求,已成为现代服装企业生存和发展的重要难题。
虽然服装CAD技术获得了突飞猛进的发展,但主要还是基于人体的长度、宽度和围度方向的尺寸,很少包含人体三维(3D形状尺寸。
但就服装制作的过程而言,服装应是以多样、立体的人体为对象。
为了节省设计成本,同时呈现出服装的实际三维形态和穿着效果,我们将服装设计作品在计算机上用人台或人体的仿真效果模拟,同时对布料进行仿真,是服装设计师及计算机电子技术和动画技术理想的结合。
1.2研究意义和目的
虚拟布料技术起初用于影视动画及特技领域,如今在许多发达国家已经广泛用于立体时装设计及服装工业等领域。
在美国虚拟服装设计网站已出现很多,一方面利用网络进行在线设计,顾客与设计师共同设计,利用人体三维服装模型进行二维服装片的设计,并把服装衣片缝合后穿戴在三维人体模型上。
通过选择和设置布料的物理机械性能参数,重力,风力,以及人体的运动系列,设计师可以对话式地进行服装和人体地动力学运动模拟和仿真。
通过观察三维服装的运动模拟和仿真效果,设计师便可以直观地考察它在服装设计和布料及图案选择。
研究目的:
节约服装设计成本,方便设计师进行更加直观的设计,能够在服装下线生产之前就查看到在人体上的效果。
我们引入了3dmax三维建模软件进行人体建模和服装建模,同时借助Sketchup软件进行三维T台场景的搭建。
因为服装绘制设计软件CAD与3DMAX软件是可以进行直接导入的,因此我们可以很好的将二维设计与三维模拟相结合,构建出逼真的衣服仿真模型。
然后将构建好的三维模型导入到unity3d中进行开发,为布料填加重力、风力等模拟参数,同时设计任务模型在T台或是其他场景的行为动画,让设计师可以更好的分析自己设计服装的三维效果。
1.3国内外研究现状分析
3D虚拟仿真和显示技术可以仿真出复杂多变的自然现象,甚至也可以产生现实世界中一些并不存在的虚幻场景,这在生物医学、工业设计、军事等领域有着广阔的应用前景。
随着计算机硬件性能的提高和虚拟现实技术的发展,3D虚拟仿真和显示在电影特技、游戏动画、数字景区、气象预报、工业设计等领域应用价值的日益凸显,世界各国对3D虚拟仿真技术越来越重视,投入力度也越来越大。
应用3D虚拟仿真与显示技术,可以降低各种高技术工业产品的研制费用、缩短研制周期,这无疑对提高我国产品创新能力和国际竞争力具有十分重要的作用和价值。
布料、衣服等织物的仿真是3D虚拟仿真与显示领域的一个重要研究热点。
从1962年MortonHeilig发明了真实感全景仿真机开始,3D仿真技术在国内外逐渐得到了研究者的广泛关注,相关理论和技术也趋于成熟。
作为虚拟现实技术(VirtualReality,VR的发源地,美国的研究水平代表了国际3D仿真的发展水平。
北卡罗来纳大学(UNC的计算机系是进行虚拟现实研究最早的大学之一,主要研究航空驾驶、建筑仿真、分子建模、外科手术仿真等。
美国UCLA大学的城市仿真小组最为著名,从90年代中期开始虚拟城市仿真与显示的研究,致力于“虚拟洛杉矶”项目,至今已成功完成十多个城市的3D仿真。
由于其计算量相对几何模型、混合模型等其它仿真模型太大,而早期计算机硬件性能相对低下,因此使得动力学布料仿真长期没有得到广泛的实际应用。
随着研究者不断改进算法模型,加上计算机性能也有了显著提升,近年来布料仿真又成为了国内外一个研究热点。
衣服动画的应用前景非常广阔,但也面临着更大的技术障碍。
除了布料仿真中的研究难点外,仿真速度也是衡量衣服动画算法好坏的关键因素。
提升3D仿真与显示技术的关键,就是要在提高仿真视觉效果的同时,能够将仿真效果及时地展示给用户,即实时显示。
衣服随着人体在运动的过程中,空气浮力对衣服形态的影响也将增加,成为高精度仿真中不得不考虑的重要因素。
在计算机中一般通过釆样等手段以离散的方式近似表示连续体的物理特性,而且数值求解过程也会不可避免地引入误差,导致仿真系统会出现不稳定的现象。
为了得到逼真的视觉效果,一般每个物理模型的元素量都在数千甚至百万。
特别在基于物理模型的可变形体仿真中,对每个元素都需要求解动力学方程,而且还需要处理元素之间的自碰撞、物体之间的相互碰撞等问题,这将严重影响着衣服动画仿真与显示的实时性能。
仿真效果的真实性和虚拟显示的实时性一直是衣服动画技术中的两大研究热点和难点,长期制约着3D虚拟衣服动画在现实世界中的应用范围。
国外在基于unity3d虚拟服装设计与T台模拟漫游技术方面,发展起步领先于国内。
当前的关键技术研究主要集中在可交互式体验方面。
基于unity3d的三维模拟技术在工业设计、军事、教育和医疗国内都有广泛的应用。
然后在服装设计方面,当前的应用还是较少的。
1.4研究内容与重要问题解决方案
本文涉及的关键技术包括约束模型面数的3DMAX三维建模和服装样片缝合,基于Sketchup的T台场景模拟,模型的碰撞检测技术以及Unity3d平台下3D衣服的动画录制。
在前期设计过程中,设计师可以应用他较为熟悉的二维软件CAD进行初期设计。
然后将设计的二维软件导入到3DMAX软件中进行处理。
因此我们可以很好的将二维设计与三维模拟相结合,构建出逼真的衣服仿真模型。
然后将构建好的三维模型导入到unity3d中进行开发,为布料填加重力、风力等模拟参数,同时设计人台模型在T台或是其他场景的行为动画,实现服装的整体三维模拟效果。
首先构建三维模型以及三维场景,利用仿真程序实现服装三维模型的燥接与缝合。
了解如何实现学习在unity3d环境下的检测技术和动画录制与服装模型控制,如何添加重力、风力等参数,如何控制灯光效果以及摄像机,实现服装的实际效果模拟。
分析基于二次空间划分的自碰撞检测算法并进行改进,实现服装模型在三维环境下的自检测。
主要采用了CAD二维绘制软件,3DMAX、Sketup三维模型与场景绘制软件进行建模,然后借助unity3d平台实现三维服装的设计模拟,同时录制服装三维动画,模拟展示服装在T台上的效果。
借助unity平台,将三维模拟技术应用到服装设计过程中面对的主要问题及解决方案如下:
(1)模型优化问题
基于unity3d开发平台进行服装的三维模拟,为了保证服装模拟的真实效果,衣服的设计和褶皱感必须贴近实际效果,这就造成了导入的服装模型可能包含的面数较多,这会严重影响系统的加载速度,在后期展示的过程中,可能会存在加载服装T台走秀动画就慢的情况。
因此我们在初期设计过程中,要注意模型的构建面数,尽量同贴图代替模型的各种效果,尽量采用初模。
(2)人体与衣服之间的自碰撞检测
当模特在T台展示衣服过程中,会存在人体模型和衣服之间的摩擦,随着人体的走动和肢体动作的不同,衣服会呈现出不同的效果。
因此要实现衣服模型与人体模型之间的碰撞检测,同时也要实现模特整体与地面和墙面的碰撞检测。
采用了基于二次空间划分的自碰撞检测改进算法,实现了碰撞检测。
(3)服装样片的缝合
3D模型设计人员在运用了这些功能后,虽然看似生成了模型的整体,但往往并没有对部件的关联部位进行辉接和缝合操作,这个问题在网络上一些共享的max模型中普遍存在。
特别是衣服模型,在动力学仿真的过程中,由于受到重力、风力的作用,没有烧接在一起的衣服样片部件会散开。
解决这种问题的方式,一个直接的办法就是将这些max模型重新加载到3DSMAX软件中,并进行手动挥接,之后保存即可。
但这种方式非常耗时,特别是很多模型部件之间的缝隙并不明显,需要对模型视图放大数倍之后才能发现没有辉接的缝隙,使得挥接效率非常低。
对于一些结构复杂的模型,这种解决方式显然是行不通的。
为此本文给出另一种办法,就是通过仿真程序实现自动燥接与缝合功能。
1.5技术方案
研究要完成三维模型以及三维场景的构建,利用仿真程序实现服装三维模型的燥接与缝合。
添加重力、风力等参数,如何控制灯光效果以及摄像机,实现服装的实际效果模拟。
为了保证服装模拟的真实效果,衣服的设计和褶皱感必须贴近实际效果,这就造成了导入的服装模型可能包含的面数较多,这会严重影响系统的加载速度,在后期展示的过程中,可能会存在加载服装T台走秀动画就慢的情况。
所以要尽量减少3D模型的面数,才能加快系统的加载速度和处理效果。
通过仿真程序实现自动燥接与缝合功能。
我们的思路就是,由于需要待燥接的顶点位置通常非常邻近,以至于几乎要重叠,于是可以基于二分法在为衣服顶点自顶向下建立AABB层次包围盒树的时候,根据顶点位置上的邻近性,将坐标位置几乎要重合的这些顶点,合并为一个顶点。
由于在3DS模型中,三角面片信息中还依赖于顶点的序号,为了保证面片的边被同时缝合,还需要将面片中这些同位置的顶点序号统一合并成一个,并将其余的同位置顶点置为无效顶点,不参与仿真过程。
还有就是,对于预处理阶段建立的顶点、面片等各种邻接关系,在顶点挥接之后,也需要进行相应的合并。
Sketchup软件是构建三维建筑模型的软件,可以十分快速方便的构建各种场景模型。
采用该软件进行场景构建主要是因为在构建场景方面,它比3DMAX软件更加快捷高效,而且它也可以导出。
MAX文件。
可以很好的实现与3DMAX软件的兼容。
当人体走动的时候,衣服模型要根据人的摆动,行走状态做出相应的变形、飘动和褶皱等效果。
所以人体模型和服装模型之间发生碰撞时,我们要进行碰撞检测,当服装模型获取到检测信号后做出摆动、灯光效果变换、褶皱、飘动等效果动作。
不仅仅实现了衣服的三维设计,也将衣服在人体上的穿着效果呈现给设计师作为参考。
第2章三维仿真关键技术及问题分析
2.1基于unity的三维模拟技术分析
2.1.1三维模拟技术概况
三维模拟技术是以沉浸性(Immersion)、交互性(Interaction)和构想性(Imagination)为基本特征的计算机高级人机界面,它综合应用了计算机图形学、仿真技术、多媒体技术、人工智能技术、计算机网络技术、并行处理技术,模拟人的视觉、听觉、触觉等感觉器官功能,使人能够沉浸在计算机生成的虚拟境界中,并能够通过语言、手势等自然的方式与之进行实时交互,创建了一种适人化的多位信息空间。
三维模拟技术具有超越现实的虚拟性,其核心设备仍然是计算机,它的一个主要功能是生成虚拟境界的图形,故此又称为图形工作站:
图像显示设备是用于产生立体视觉效果的关键外设,目前常见的产品包括光阀眼镜、三维投影仪和头盔显示器等。
其中高档的头盔显示器在屏蔽现实世界的同时,提供高分辨率、大视场角的虚拟场景,并带有立体声耳机,可以使人产生强烈的浸没感;
其他外设主要用于实现与虚拟现实的交互功能,包括数据手套、三维鼠标、运动跟踪器、力反馈装置、语音识别与合成系统等等。
三维模拟技术的应用前景十分广阔,它始于军事和航空航天领域的需求,但近年来,三维模拟技术的应用已大步走进工业、建筑设计、教育培训、文化娱乐等方面。
三维模拟技术的关键技术和研究内容包括以下几个方面:
(1环境建模技术:
建模技术是三维模拟技术的核心,所谓环境建模,就是由实际获取的目标三维坐标数据根据应用的需要,对获取的数据进行处理,建立相应的目标的三维模型。
(2立体声合成和立体显示技术:
在虚拟现实系统中消除声音的方向与用户头部运动的相关性,同时在复杂的场景中实时生成立体图形。
(3视觉反馈技术:
用户在虚拟现实系统中通过其物理引擎,可以感受到所操作或碰撞物体带来的力反馈,从而带来更真实的虚拟体验。
(4交互技术:
虚拟现实中的人机交互远远超出了键盘和鼠标的传统模式,利用数字头盔、数字手套等复杂的传感器设备,三维交互技术与语音识别、语音输入技术成为重要的人机交互手段。
(5系统集成技术:
由于虚拟现实系统中包括大量的感知信息和模型,因此系统的集成技术为重中之重:
包括信息同步技术、模型标定技术、数据转换技术、识别和合成技术等等。
2.1.2三维T台模拟流程
(1)首先在3d软件中准备好模型,制作T台场景的简单建筑造型。
这里用的是真实世界的比例,旁边测量工具测量的是1000cm,10米高。
(2)导出fbx格式文件。
勾选光滑组输出,设置单位为厘米,Y轴朝上。
(3)新建一个unity项目:
勾选你将来要用到的引擎自带的几个资源包例如:
CharacterController。
unityPackage(这个里面有一个第一人称控制,一个第三人称控制。
)Particles。
unityPackage,Skyboxes。
unityPackage天空盒,TerrainAssets。
unityPackage地形素材包或者先新建一个空的项目,再open打开ProgramFiles\Unity\Editor\StandardPackages目录下的这些。
unityPackage文件,效果是一样的。
(4)把fbx文件和贴图用鼠标拖进这里。
我们设立fbx文件名是Building01,贴图放textures目录里了。
这直接把texutres目录拖进来。
把Building01拖进Hierarchy栏或者直接拖进编辑窗口,区别是一个自动放在0点位置。
图2-1系统搭建过程操作界面
(5)创建一个地形:
Terrain->
CreateTerrain创建,Terrain->
SetResolution设置地形参数,宽高长红线画的。
(6)点选地形,选择绘制地形贴图笔刷,点击EditTextures,从项目栏选张贴图拖到4的位置,然后点Add。
立方体和灯也是用相同的流程建立的,草也是拖张贴图上去,植物则是拖一个实现做好的prefab,可以从地形资源包里面直接导入树,草,石头。
使用Unity类似Speedtree的内置工具,用它做自己需要的植物并方便的调整造型也很容易实现。
图2-2脚本添加步骤图
(7)点击GameObject->
CreateOther->
DirectionalLight建立方向光,勾选ShadowType中的软阴影,就可以看见影子了,其他的颜色、强度参数可根据需要进行调整。
(8)现在放个人放进三维模拟T台场景去走动。
选择第一人称或者第三人称。
这个是CharacterController。
unityPackage资源包里面的,在创建项目的时候勾选这个资源包。
2.1.3三维服装设计流程
要进行衣服模拟步骤基本如下:
摆放好虚拟人(虚拟人的动作可事先设定—制作衣服—为虚拟人试穿衣服—为动画模拟衣服的运动—为面料添加纹理。
(1)摆放虚拟人
像裁缝会叫我们平举双手来测量我们的胸围一样,将虚拟人放置一个合适的位置,将会给计算机减少大量的运算时间。
一般我们使虚拟人摆放以下的造型。
(2)制作衣服以摆好的虚拟人姿势为向导,画一些曲线(一个
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 unity 平台 三维 模拟 技术 服装设计 方面 应用