虚拟化身参数化编辑算法设计与实现

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三维虚拟人物化身在诸如虚拟服装展示、三维动画、游戏等应用中是必不可少的组成部分,它是人类在虚拟世界的重要体现,是进行其他活动的主体。对于虚拟人物化身的重建而言,首先要解决的一个问题是如何快速的创建特定的人体模型。传统基于手工建模、3D扫描的方法虽然可以创建特定的人体模型,但是操作过于繁琐,而参数化人体建模降低了操作成本、提高了模型的生成速度和修改速度。其次人物服装的创建也是虚拟化身重建中重要的一个环节。当前通过参数化方法建立的人体多是赤裸的,无法展示着装效果。因此需要在已有的参数化人体模型上加入服装参数化编辑的方法,实现有着装效果的虚拟人物化身重建。本文对人体参数化建模进行研究,目的是实现虚拟人物化身的参数化编辑,其中包括基于身材语义的人体参数化编辑和服装自适应变形两部分内容。为实现该目标本文的主要方法分为两步:首先基于人体参数化建模方法建立人体形状空间,再将人体语义参数通过线性回归的方式映射到人体形状空间,实现通过人体语义参数修改人体模型进行个性化的三维人体模型重建过程。其次利用局部刚性变换算法计算具有不同语义属性人体模型顶点的变换矩阵,再通过线性混合蒙皮建立人体模型顶点和三维服装顶点的关系,用人体变形驱动服装变形,实现服装的自适应变形。除此之外,本文还利用了对偶四元数混合蒙皮的方法对上述服装自适应算法进行改进,并对实验结果进行了对比分析。最后,为了验证上述方法的可行性,本文利用该方法在Unity 3D平台中实现了具有着装效果的参数化人体模型,并结合骨骼动画、布料模拟等技术开发了一款面向普通用户的动态三维人物试衣系统。该系统可以让用户从各个角度观看着装效果,还能通过实时交互满足用户对人体模型身材、三维服装款式、场景配置进行选择和修改的需求,允许用户打造个性化的动态三维人物着装系统。
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