基于物理引擎PhysX的3D试衣系统的设计与实现.doc

基于物理引擎PhysX的3D试衣系统的设计与实现.doc基于物理引擎PhysX的3D试衣系统的设计与实现摘要:为了实现3D试衣功能及解决虚拟试衣建模算法时间复杂度比较大的问题,该文结合虚拟现实等技术,首先用弹簧-质点模型对服装布料进行建模,然后以牛顿第二定律为理论基础分析以质点-弹簧模型建模的服装布料的受力情况,结合以GPU为基础的物理引擎PhysX,建立3D试衣间,仿真服装布料与人体模型的运动交互状况。最后加入人体模型调整、选衣、试衣等功能。该系统在Windows平台下,利用VisualStudio2008设计开发,结合虚拟现实等技术的综合应用,建立了一套包括选衣、试衣、人体参数调整等功能的3D试衣系统。关键词:3D试衣;布料仿真;弹簧―质点模型;物理引擎;PhysX中图分类号::A文章编号:1009-3044(2014)08-1826-04随着计算机技术及网络的快速发展,虚拟现实等技术已广泛应用于生活的各个方面。在网络购物的广泛发展中,虚拟现实的需求逐渐增大,3D虚拟试衣作为网络购物中的必要环节应运而生。目前,试衣系统普遍采用虚拟试衣间的方式。所谓虚拟试衣问,就是一个供用户和机器实时交互的平台,用户通过此平台在各种服装中做出选择,并把选中的衣服在虚拟模特身上进行试衣。虚拟试衣间须具功能:选衣、试衣、展示等[1]。目前面贴图作为主要技术。此类系统观赏缺乏真实性,交互性单一,试衣效果较差。国外的虚拟试衣较成熟,典型的系统有日内瓦大学MIRALab课题组的VirtualTryOn[2]和OnlineClothingStore[3]。但此类系统服装模拟的时间复杂性较大,无法实现3D试衣的实时性要求,用户体验不足。本文从实际需求出发,针对于国内虚拟试衣以2D系统为主的不足,设计出一套可以全方位展示模型以及服装的系统,促进了国内3D试衣系统的发展。借鉴与国外服装模拟的算法复杂性较大的不足,本系统以弹簧-质点模型模拟服装布料建模,引入物理引擎PhysX作为模型算法,该引擎结合OpenGL、GPU计算等技术,可快速的模拟服装的运动及与模型的碰撞等过程。此外,在用户试衣过程中,用户可根据自身条件方便的调整人体模型的具体参数,在不同场景中,系统可全方位的展示服装和人体模型,极大地提高了用户的真实性体验。1弹簧-质点模型在3D试衣系统中,首要解决的问题是对服装布料的模拟。服装布料的仿真一直是虚拟现实及图像领域的热点。服装布料是天然或人工纤维的网状编织物,具有各向异性、不可压缩性、抗拉不抗弯等一些明显的力学特性[4]。由于服装布料为非线性的应力形变关系,服装布料的外形会随着服装内力及外力的改变而变化。因此,服装布料的建模比一般物体复杂。目前,三维服装布料的建模和仿真大致分可分为三类:几何模型,物理模型和混合模型。其中,物理模型随着计算机硬件技术以及图形算法的不断发展而成为服装布料主流的仿真方法。而在物理模型中,Provot[5]建立的弹簧-质点模型因其模型简单、计算效率高而被广泛应用。Provot建立的弹簧-质点模型把服装布料看成横向和纵向均匀分布的网格。整个服装布料的质量都浓缩到相交的网格点上,网格点用质点来表示,我们认为所有质点质量相同、且在网格中均匀分布。质点与质点之间通过弹簧来连接。由于服装布料内部在不同方向上都有作用力,根据主要的三种作用力拉伸、剪切