姜延+馬文軒+陳劍華+劉正東

摘要：為弘揚傳統(tǒng)服飾文化，本文融合體感交互技術與增強現(xiàn)實技術，設計并實現(xiàn)了基于Kinect體感設備的3D服飾文化展示系統(tǒng)。不同于以往商業(yè)行為中的虛擬試衣鏡，系統(tǒng)更注重中華傳統(tǒng)服飾文化的普及，包括國粹箐華歷代服飾、少數(shù)民族服飾、奧運主題服飾在內的多個主題將給使用者帶來全新的用戶體驗。

關鍵詞：體感交互；Kinect；服飾文化；虛擬試衣鏡

中圖分類號：TS941.6 文獻標志碼：B

Kinect-based 3D Costume Culture Display System

Abstract： To carry forward traditional costume culture， a Kinect-based 3D costume culture display system was designed based on somatosensory interactive technology and Augmented Reality （AR（ technology. Different from virtual mirror for commercial use， the system pays more attention to the popularization of Chinese traditional costume culture. The costumes， which are displayed under several themes such as Ancient Costumes， Ethnic Costumes and Costumes for the Olympic Games， would give viewers a completely new experience.

Key words： somatosensory interaction； Kinect； costume culture； virtual mirror

近年來，弘揚中華傳統(tǒng)服飾文化受到社會各界的廣泛重視。服裝所展示的不僅是品牌、款式和色彩，同時也是一個國家的文化符號。然而，令人遺憾的是，不知從何時起，國人曾經引以為豪的中式服裝已經漸漸淡出了人們的視線，在工作和生活中我們所能接觸到的是清一色的西式服裝。對于華夏衣裳五千年的發(fā)展歷史，人們更是知之甚少。雖然介紹傳統(tǒng)服飾文化的書籍不少，例如：吳欣著《中國消失的服飾》、樓慧珍著《中國傳統(tǒng)服飾文化》等，但這類學術著作專業(yè)性較強，更適合業(yè)內研究者及高等院校教學使用，并不適合向廣大公眾做科普宣傳。

與此同時，博物館中珍貴的服飾藏品受到展品保護的限制，也只能是讓參觀者透過櫥窗對展品做簡單了解，學習過程缺少娛樂性和互動性，因此對服飾文化的傳播效果不夠理想。

為了更好地普及傳統(tǒng)服飾文化，本課題借助增強現(xiàn)實技術，體感交互技術，將中華歷代服飾、民族服飾、奧運服飾生動形象地展示在公眾面前。人們可以一邊體驗虛擬試穿的樂趣，一邊學習與之相對應的服飾文化知識，真正做到科學普及傳統(tǒng)服飾文化。本系統(tǒng)由北京服裝學院、北京科普發(fā)展中心、廣州新節(jié)奏智能科技有限公司三方聯(lián)合完成。

1 研究思路和方法

1.1 體感交互技術

體感交互起源于游戲行業(yè)，特指用戶通過身體運動和身體感受等方式完成人機交互。早期的體感交互必須借助昂貴的數(shù)據(jù)手套、3D頭盔等硬件才能實現(xiàn)。直到最近，隨著實時深度攝像機技術與體感交互算法的日漸成熟，特別是Microsoft Kinect與ASUS Xtion PRO的相繼發(fā)布，體感交互技術已顯露出它在電子娛樂、互動教育、醫(yī)療輔助、機械視覺等實際應用中的巨大潛力。

本系統(tǒng)所選用的體感設備是微軟開發(fā)的Kinect，它有 3個不對稱的鏡頭，中間的鏡頭是RGB彩色攝像頭，用于實時捕獲彩色圖像；左右兩邊鏡頭則分別為紅外投影機和紅外攝像頭，它們通過發(fā)射與接收紅外線來提供深度信息。系統(tǒng)借助Kinect體感交互設備不僅可以輕松獲得場景中的所有視頻信息，還可以通過檢測用戶的動作判斷其操作意圖，例如，用戶揮動手臂代表需要更換觀看的內容，手在某個位置2 s以上的停留則代表選定某件服裝，準備試穿等等。換句話說，Kinect實現(xiàn)了“你就是遙控器”的全新用戶體驗，消除了以往使用者與操作對象之間的隔閡，提高了整個展示系統(tǒng)的沉浸感與體驗度。

1.2 增強現(xiàn)實技術

增強現(xiàn)實技術（Augmented Reality，簡稱AR），是虛擬現(xiàn)實技術的延伸。它將計算機生成的虛擬物體、場景或系統(tǒng)提示信息實時融合到真實世界中，從而增強用戶對現(xiàn)實世界感知的程度。近期，由于AR技術在會展、設計、出版、娛樂等領域所發(fā)揮出的重要作用，它已被《時代周刊》列為當前最具活力和前景的十大技術之一。

系統(tǒng)中對于增強現(xiàn)實技術的應用如圖 1 所示，其中圖1（a）為博物館中實際展出的珍貴服飾；圖1（b）為系統(tǒng)硬件設備，位于屏幕上方的Kinect彩色攝像頭可以獲得現(xiàn)實世界中的真實影像；圖1（c）為用戶通過顯示設備觀察到的虛擬試穿效果。此時，不論用戶如何動作，服裝都像真正穿在人身上一樣，不會出現(xiàn)偏移或者穿透的現(xiàn)象，即使試穿者轉身或者跳躍，虛擬服裝也會表現(xiàn)出很好的隨動特征，從而帶給用戶較好的交互體驗感。

1.3 系統(tǒng)工作流程

系統(tǒng)實現(xiàn)過程分準備階段、制作階段、實現(xiàn)及測試階段 3 部分進行，具體工作流程如圖 2 所示。在前期的準備工作中最關鍵的是確定好系統(tǒng)展示方案，既要確定展示內容、明確作品風格、設計具體欄目，也要對每個子欄目的具體內容予以規(guī)劃。在資料搜集整理階段則要借助網絡及專業(yè)的資料庫全方位獲得與展示主題相關的各類資料。在具體制作階段，可分為二維和三維兩個小組同時開展，二維部分主要應用平面設計軟件完成用戶界面設計，服裝模型的貼圖制作等；三維部分則使用專業(yè)三維建模軟件建立服裝模型，并進行骨骼綁定、燈光設計、材質編輯等一系列工作。最終所有信息匯總到“體感3D服飾文化展示系統(tǒng)”，完成系統(tǒng)測試工作。

2 服飾文化展示系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

2.1 系統(tǒng)功能設計

不同于以往商業(yè)行為中的“3D虛擬試衣鏡”，系統(tǒng)不僅包含虛擬試衣功能，還利用文字、圖片、視頻等多媒體形式全面介紹了不同服飾背后所蘊含的文化背景，是集教育性、娛樂性、互動性于一體的服飾文化展示平臺。展示系統(tǒng)在國內實屬首例，具體功能見表 1。

系統(tǒng)設計了歷代服飾、民族服飾、奧運服飾 3 個欄目，每個欄目又包含 8 個子欄目，子欄目的選擇需要考慮時間順序及服飾文化的豐富程度。目前，系統(tǒng)已經整合了大量的文字、圖片資源，但視頻及虛擬試穿部分還有待進一步加強。由于服裝自身的特性，留傳于世的多為百年之內的作品，年代久遠的難免品相不佳，需要利用計算機圖形學做大量的后期處理工作，這也充分體現(xiàn)了課題在藝術與技術上的融合。

2.2 用戶界面設計

為突出傳統(tǒng)服飾文化這一主題，展示系統(tǒng)在用戶界面設計上保持了中國風的特色，在主界面及二級界面中均采用了對稱的布局方式（圖 3）。主界面中的四個欄目由上而下依次排列，清晰明了，不同欄目之間通過硬朗的線條及模糊的云朵予以連通，體現(xiàn)看似不同的主題之間又有著千絲萬縷的聯(lián)系。二級界面均采用了插畫的表現(xiàn)方式，用簡單的線條勾勒出不同服飾的造型特征，清新淡雅的顏色剛好與各自的主題相一致。

體感交互系統(tǒng)不同于一般的圖形界面系統(tǒng)，畢竟手勢控制不如鼠標的操作更加精確到位，因此系統(tǒng)在用戶界面的設計上，既要確保較好的視覺表現(xiàn)力，同時還要易于Kinect體感設備的識別與控制?？紤]以上特點，系統(tǒng)采用面積較大的矩形按鈕完成交互任務，用戶只需要站在設備前1.5 ～ 3.0 m范圍之內，系統(tǒng)就可以自動識別出雙手的位置，若用戶將手停留在某個按鈕上 2 s以上即表示確定進入該欄目。

2.3 服裝模型建立

三維服裝模型的建立是系統(tǒng)實現(xiàn)的關鍵，通常一個服裝模型的制作需要經歷如下步驟：

（1）確定展品（有實物最佳 ，否則需要較為詳盡的圖片資料作為輔助）；

（2）搜集資料（對實物進行多角度拍攝，整理相應文字、圖像等資料作為背景知識介紹）；

（3）三維服裝模型制作（使用3ds Max及CLO專業(yè)服裝建模軟件完成，保存為fbx格式）；

（4）制作貼圖（利用步驟（2）拍攝的照片，借助Photoshop軟件完成，保存為jpg格式）；

（5）模型格式轉換（使用Unity3D游戲引擎，將步驟（3）、（4）中的文件合成為u3d格式）。

（6）上傳模型至3D體感形象搭配系統(tǒng)后臺數(shù)據(jù)庫。展示系統(tǒng)開機后會檢測到數(shù)據(jù)的更新，通過無線網絡可以下載數(shù)據(jù)庫中的服裝模型。

系統(tǒng)在建立三維服裝模型過程中需要特別注意的是，由于系統(tǒng)對于虛擬服裝的渲染為實時操作，計算量極大，因此必須控制每個服飾作品的服裝面數(shù)小于3 000，否則將會影響到用戶體驗時的感受。為了盡量減少服裝模型中的面數(shù)，系統(tǒng)采用以貼圖效果代替復雜幾何造型的原則，同時，多層的服裝也僅僅通過貼圖中的陰影效果來實現(xiàn)，從而確保所有服裝在用戶試穿時均有流暢的表現(xiàn)。

2.4 系統(tǒng)實現(xiàn)效果

2014年9月，在全國科普日北京主場活動中，基于Kinect體感交互技術的3D服飾文化展示系統(tǒng)在中國科技館與廣大民眾見面，上千名參觀者親身體驗了系統(tǒng)中的48套服飾作品，《科技日報》、光明網等媒體對系統(tǒng)進行了報道。圖 4 為系統(tǒng)在現(xiàn)場展出時的效果。

3 結語

服飾作為一種文化形態(tài)，貫穿于中國古代各個歷史時期，也成為中華傳統(tǒng)文化的重要組成部分。科技帶給服飾全新的展現(xiàn)形式，更賦予傳統(tǒng)文化更加蓬勃的生命力，本課題旨在使用科技最前沿的增強現(xiàn)實技術、體感交互技術，全方位地向廣大公眾展示燦爛的華夏服飾及其背后蘊藏的豐富文化背景，提高國人的服飾文化修養(yǎng)，增強民族自豪感。

參考文獻

[1] Saffer D.Designing for interaction creating innovative application and devices[M].2nd Edition.Berkeley：New Riders Press，2009.

[2] 韓云，鐘圣倫，葉正圣.基于視角無關轉換的深度攝像機定位技術[J]，物理學報，2014，63（7）：1-9.

[3] Shotton J，F(xiàn)itzgibbon A，Cook M.Real-time human pose recognition in parts from single depth images[A].Proc.Computer Vision and Pattern Recognition：IEEE Press[C]，2011：1297-1304.

[4] 余濤.Kinect 應用開發(fā)實戰(zhàn)：用最自然的方式與機器對話[M].北京：機械工業(yè)出版社，2013.

[5] 羅斌，王涌天，沈浩.增強現(xiàn)實混合跟蹤技術綜述[J]，自動化學報，2013，39（8）：1185-1201.

[6] Virtual Fitting Room. http：//fits.me [OL]（2015-1-20）.