楊莉

摘 要：人臺(tái)表面呈復(fù)雜的曲面組合特征，以特征截面的方式表達(dá)不同外型狀態(tài)的人臺(tái)特點(diǎn)，基于特征的逆向工程新的方法，運(yùn)用一種在二維草圖模式下截面特征輪廓線提取與數(shù)字化擬合方法。輔以geomagic工程軟件的測(cè)量、截取、擬合、重建、修整等數(shù)字模型處理特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)了二維草圖模式下特征輪廓線的特征數(shù)據(jù)點(diǎn)的坐標(biāo)提取，完成不同外觀形態(tài)的人臺(tái)特征分析對(duì)比。

關(guān)鍵詞：人臺(tái)；人臺(tái)特征；geomagic工程軟件

中圖分類號(hào)：TP391.72 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）02-0016-03

當(dāng)前逆向工程已成為實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)和快速開(kāi)發(fā)的重要技術(shù)手段。隨著各種特征技術(shù)的不斷發(fā)展和引進(jìn)，Geomagic逆向工程已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于各領(lǐng)域。王海南[1]以布依族陶器文物及兩面木質(zhì)地戲面具的保護(hù)為例，探討逆向工程技術(shù)在少數(shù)民族文化遺產(chǎn)保護(hù)問(wèn)題中應(yīng)用研究的方法，結(jié)合逆向工程軟件Geomagic studio中曲面造型的功能特點(diǎn)，采用NURBS曲面方法對(duì)文物的三維曲面進(jìn)行重建。韓霞[2]提出了“由Imageware處理點(diǎn)云特征曲線、曲面的建構(gòu)，再由Geomagic Studio整體構(gòu)造產(chǎn)品曲面并輸出加工”的具體方案?？s短新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)周期，為產(chǎn)品的高效快速開(kāi)發(fā)與創(chuàng)新設(shè)計(jì)探索出一條捷徑。劉妍妍[3]通過(guò)對(duì)逆向工程中的數(shù)據(jù)獲取技術(shù)的研究，選取使用3DSS三維照相掃描儀獲取房車(chē)前圍頂部的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，在Geomagic軟件中完成點(diǎn)云數(shù)據(jù)的前期處理，對(duì)基于曲線、曲面的重構(gòu)方法以及光順技術(shù)進(jìn)行研究。

本文從逆向工程技術(shù)入手，介紹一種快速提取數(shù)字化人臺(tái)特征面的方法。通過(guò)接收來(lái)自測(cè)量設(shè)備人臺(tái)數(shù)據(jù)，進(jìn)行一系列的編輯操作，得到品質(zhì)優(yōu)良的人臺(tái)曲面曲率數(shù)據(jù)，并通過(guò)stl數(shù)據(jù)格式利用點(diǎn)云坐標(biāo)值的表達(dá)方式完成人臺(tái)1和人臺(tái)2的主控因素特征對(duì)比。

1 人臺(tái)特征面的表述

服裝用人臺(tái)的關(guān)鍵點(diǎn)是具有高度的代表性，具備特定的人群體型特征并集中表現(xiàn)人體某些主要成分型態(tài)。劉正，胡淑蓉[4]在三維人體數(shù)據(jù)庫(kù)的基礎(chǔ)上，應(yīng)用因子分析，結(jié)合人臺(tái)使用以及服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要求，提取上身人臺(tái)制作所需的31個(gè)特征部位。所提取的特征部位具有代表性，能體現(xiàn)體型變化規(guī)律，考慮并融合現(xiàn)有人臺(tái)使用者的意見(jiàn)。本文以橫向、縱向坐標(biāo)平面為基準(zhǔn)，提取人臺(tái)關(guān)鍵特征因素?cái)?shù)據(jù)。

2 利用geomagic軟件提取人臺(tái)曲面特征曲率

Geomagic Studio軟件是美國(guó)雨滴（Raindrop）公司出品的逆向工程和三維檢測(cè)軟件，主要特點(diǎn)是支持多種掃描儀的文件格式的讀取和轉(zhuǎn)換、海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理、智能化NURBS構(gòu)面等，Geomagic Studio軟件的海量點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理功能克服了其他同類軟件中對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)操作時(shí)圖形的拓?fù)溥\(yùn)算速度慢、顯示慢等弊端。相比其他逆向軟件，主要功能包括點(diǎn)云數(shù)據(jù)的渲染、濾除噪聲點(diǎn)、多視點(diǎn)云的拼合、數(shù)據(jù)補(bǔ)缺、以及測(cè)量物體初始輪廓的確定等等[5]。

2.1 點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理

Geomagic Studio軟件載入點(diǎn)云數(shù)據(jù)后，首先，圈選刪除掃描時(shí)放置物體的平臺(tái)造成的大片孤立的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，然后執(zhí)行“減除燥聲”命令，可以自動(dòng)過(guò)濾掉超過(guò)設(shè)定閾值的孤立噪聲點(diǎn)。選中模型的兩片局部點(diǎn)云數(shù)據(jù)，使用Manual Registration命令指定特征點(diǎn)來(lái)拼合兩片局部點(diǎn)云數(shù)據(jù)，連續(xù)操作完成多視數(shù)據(jù)拼合在同視角下的物體完整的輪廓。對(duì)于拼合后的整體點(diǎn)云數(shù)據(jù)設(shè)置一個(gè)閾值由軟件自動(dòng)濾除掉重疊的點(diǎn)云數(shù)據(jù)。可以使用Fill Hole或Add Points命令進(jìn)行少量數(shù)據(jù)點(diǎn)的修補(bǔ)或增加。Geomagic Studio軟件提供了點(diǎn)云數(shù)據(jù)的精簡(jiǎn)命令，通過(guò)設(shè)置一個(gè)采樣百分比可以將點(diǎn)云數(shù)據(jù)均勻減少[6]。點(diǎn)云數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)前后如圖1-2所示。

2.2 提取特征曲面

點(diǎn)云數(shù)據(jù)預(yù)處理完成后，將模型的點(diǎn)陣轉(zhuǎn)換為面片模型預(yù)設(shè)特征面的提取，也可在Geomagic Studio軟件中使用自動(dòng)抽取模型特征、邊界轉(zhuǎn)換成特征線，以直接提取特征部位曲線。為便于特征線的處理，以截面為單位，設(shè)置只顯示同一截面單位的點(diǎn)云數(shù)據(jù)的特征線，對(duì)于曲率變化比較大的截面可以增加切割的點(diǎn)云數(shù)量來(lái)保留曲面特征。如樣條曲線曲率變化較大，還可以通過(guò)增刪曲線上的控制點(diǎn)來(lái)對(duì)樣條瞳線進(jìn)行編輯。軟件默認(rèn)的切割平面有x軸、Y軸、z軸的法平面，可以指定一個(gè)平面，將與該平面相交的外形特征線提取出來(lái)。還可以通過(guò)自由指定法方向來(lái)確定切割平面?；鶞?zhǔn)胸圍特征截面提取時(shí)，選擇法相坐標(biāo)系下的腰圍位置進(jìn)行橫想平面的重建，然后利用插入特征平面的方式獲取面片草圖模式下的腰圍橫斷面法相平面二維模式。平面的方法獲取腰圍截面如圖3所示。

3 人臺(tái)關(guān)鍵特征因素?cái)?shù)據(jù)分析

3.1 人臺(tái)關(guān)鍵特征因素?cái)?shù)據(jù)的提取方法

從人臺(tái)的高度相關(guān)性出發(fā)，以腰圍平面為基礎(chǔ)面進(jìn)行主成分高度部位特征提取高度因子：（1）側(cè)頸點(diǎn)至腰圍平面的前后垂直距離表示為前長(zhǎng)和后長(zhǎng)；（2）側(cè)頸點(diǎn)至同側(cè)乳頭的距離表示為乳高；（3）后頸點(diǎn)至腰圍平面的垂直距離為背長(zhǎng)；（4）腰圍平面至臀圍截面的距離表示為臀高。

從人臺(tái)的圍度相關(guān)性出發(fā)，以腰圍平面為基準(zhǔn)面進(jìn)行主控成分圍度部位特征提取圍度因子：（1）腰圍平面垂直向上偏移至胸部最豐滿處為胸圍線位置，提取胸圍圍度長(zhǎng)；（2）腰圍平面垂直向上偏移至尖峰點(diǎn)位置處提取肩圍特征面；（3）以腰圍平面垂直距離向下偏移至胸下圍緯度位置，提起胸下圍圍度線；（4）腰圍平面向下垂直偏移至臀部最豐滿處，提取臀圍圍度特征線；（5）腰圍平面向下垂直偏移至臀圍特征線中間1/2處，提取中臀圍圍度特征線。

從人臺(tái)的寬度相關(guān)性出發(fā)，以腰圍平面為基準(zhǔn)面進(jìn)行主控成分寬度特征提取寬度因子：（1）以腰圍平面垂直距離向上偏移至前腋下點(diǎn)位置，提取前胸寬控制部位特征線；（2）以腰圍平面垂直距離向上偏移至后腋下點(diǎn)位置，提取后背寬寬控制部位特征線。

從人臺(tái)的特殊部位相關(guān)性出發(fā)，提取特殊部位唯獨(dú)特征：（1）由于脖頸可視為上細(xì)下粗、后高前低的柱狀體于肩部相接連，頸根圍面并未和腰部平面相平行。因此，提取頸根圍度特征時(shí)，可考慮以多個(gè)點(diǎn)重新構(gòu)成平面的方式，獲取貼合脖頸圍度的特征線。（2）以肩部特征平面為基準(zhǔn)，提取前后肩斜線特征數(shù)據(jù)。

從人臺(tái)縱向特征相關(guān)性出發(fā)，以前后正中心平面為基準(zhǔn)，提取人臺(tái)縱向特征曲線：（1）以人臺(tái)正中心z軸方向，提取人臺(tái)前后中心曲度特征線；（2）以人臺(tái)中心平面為基準(zhǔn)，縱向通過(guò)乳頭點(diǎn)位、小肩線中點(diǎn)位置、至人臺(tái)底部平面，獲取人臺(tái)側(cè)面曲度特征。（3）以人臺(tái)中心縱向平面為基準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)人臺(tái)厚度側(cè)面位置，做90°垂直方向平面，獲取人臺(tái)側(cè)縫線位置特征線曲度特征數(shù)據(jù)。

根據(jù)主控成分因子特征（如表1、2所示）可以得到每個(gè)因子數(shù)值的測(cè)量幾何范圍，即因子所描述的該測(cè)量部位數(shù)字范圍內(nèi)的較強(qiáng)表達(dá)方式。

3.2 截面曲線的擬合

本文利用gemagic design軟件的使用方法，獲取截面和人體截面。采用多點(diǎn)擬合的方式，把取點(diǎn)的誤差值設(shè)置為0.5mm的范圍之內(nèi)，進(jìn)行腰圍面片草圖特征曲線的48個(gè)型值點(diǎn)的擬合曲線。擬合圖片對(duì)比圖4-5所示。

利用gemagic軟件測(cè)量位于人臺(tái)1和人臺(tái)2的常用控制部位特征截面，如胸圍截面、腰圍截面、臀圍截面、前后中心側(cè)截面、正側(cè)身截面；每截面上48個(gè)點(diǎn)云的（x，y）坐標(biāo)值。數(shù)據(jù)采集如表3所示。

4 結(jié)語(yǔ)

在截面輪廓曲線的相關(guān)研究中，Lee Hyun-Young，等[7]利用Rapid Form研究女性乳房乳底輪廓線形態(tài)參數(shù)提取，進(jìn)行形態(tài)分析。徐小惠，等[8]用Imageware在三維人體點(diǎn)云數(shù)據(jù)中通過(guò)人體特征點(diǎn)作截面以及曲線模擬。

本文以橫向、縱向坐標(biāo)系法相平面為基準(zhǔn)，提取人臺(tái)關(guān)鍵截面特征因素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分析。確定，曲面坐標(biāo)值越大人臺(tái)曲度表面的曲率離散性隨之變化；曲線型值點(diǎn)的坐標(biāo)值越相近，人臺(tái)曲面的曲率走勢(shì)越緩慢，表面特征起伏程度?。唤孛娴膸缀涡螤罹辰绶秶陌俜直戎翟叫?，特征平面接近的橢圓形越扁；甚至頸根圍的截面的幾何境界范圍比值超過(guò)百分比，顯示頸根圍特征平面于其余截面呈相反橢圓形[9]。因此，利用geomagic逆向軟件可以準(zhǔn)確的把我人臺(tái)的曲面特征，以利于更好的分析和確認(rèn)人臺(tái)的優(yōu)缺點(diǎn)，在人臺(tái)的實(shí)際使用過(guò)程中更快速選擇合適的人臺(tái)模型。

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