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氅衣樣板處理

當(dāng)三維模型具有復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)時(shí),其內(nèi)部的重疊結(jié)構(gòu)、相交結(jié)構(gòu)及被遮擋結(jié)構(gòu)會(huì)使模型產(chǎn)生大量冗余的多邊形,這些多邊形無法在場(chǎng)景中顯示,反而增加了模型的面數(shù)與數(shù)據(jù)量。而虛擬現(xiàn)實(shí)中每一幀運(yùn)行的畫面都依靠計(jì)算機(jī)的顯卡和CPU的實(shí)時(shí)計(jì)算,如果模型的面數(shù)過多,會(huì)導(dǎo)致模型數(shù)據(jù)量增大,加載時(shí)間延長,運(yùn)行速度下降,甚至?xí)霈F(xiàn)畫面無法運(yùn)行的情況[9]。

中國古代服飾樣板結(jié)構(gòu)具有一定的特殊性,完全以真實(shí)的服裝樣板對(duì)其進(jìn)行模擬建模時(shí),由于其樣板之間的相交、重疊及遮擋,模型會(huì)產(chǎn)生大量冗余的多邊形,增加模型的面數(shù)。為對(duì)服裝模型進(jìn)行簡化,提高模型在虛擬場(chǎng)景中的運(yùn)行速度,降低模型展示對(duì)計(jì)算機(jī)硬件配置的要求,提高模型展示的流暢性,應(yīng)在不影響展示效果的基礎(chǔ)上對(duì)服裝模型進(jìn)行優(yōu)化精簡,即對(duì)服裝的樣板進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷膭h減,以構(gòu)造輕量化模型。

2.1 模型精簡原則

模型的優(yōu)化對(duì)虛擬現(xiàn)實(shí)的運(yùn)行速度有很大的影響,因此,為保證模型展示時(shí)系統(tǒng)的穩(wěn)定性與流暢性,應(yīng)對(duì)投入場(chǎng)景的模型進(jìn)行精簡優(yōu)化。精簡模型的核心思想是降低模型的面數(shù)[10],其具體操作有:刪除模型中看不見的面、刪除模型中重疊的面、刪除模型中相交的面。

2.2 氅衣樣板修改方案

利用CLO3D的線縫紉工具與自由縫紉工具將氅衣樣板進(jìn)行虛擬縫合,得到氅衣的三維模型。通過對(duì)模型的觀察可知,該模型中存在許多樣板之間相互交疊的情況,如圖2所示。其中,淺灰色部分代表雙層交疊,中灰色部分代表三層交疊,深灰色部分代表四層交疊。產(chǎn)生這些交疊的原因有兩方面:其一,氅衣領(lǐng)口、袖口、腋下及衣身邊緣的三層鑲邊裝飾造成了衣身板片與鑲邊板片的雙層疊加;其二,氅衣的右衽結(jié)構(gòu)造成了大襟片樣板、右片衣身樣板和鑲邊樣板的多層疊加。這些交疊部分樣板在場(chǎng)景中無法顯示,反而使氅衣模型產(chǎn)生了許多冗余的多邊形,增加了氅衣模型的面數(shù),降低了模型的應(yīng)用效果。為消除模型中多余的面數(shù),構(gòu)造輕量化的氅衣模型,應(yīng)在保證氅衣模型外觀效果的基礎(chǔ)上,對(duì)氅衣樣板進(jìn)行適當(dāng)?shù)膭h減處理。

圖2 樣板交疊示意

Fig.2 The schematic diagram of pattern overlapping

根據(jù)模型精簡原則,本文將模型中所有交疊部分樣板全部刪除,從而最大程度地降低模型的面數(shù)。觀察氅衣模型可知,模型中右片衣身的交衽處與開裾處并不是完全閉合的,所以右片衣身樣板雖為交疊樣板,但可能會(huì)在場(chǎng)景中顯示,若將其全部刪除可能會(huì)影響氅衣模型在交衽處與開裾處的外觀效果,而除右片衣身樣板外的其他交疊部分樣板在場(chǎng)景中并不顯示,對(duì)模型的外觀效果沒有影響,可直接刪除。因此,在氅衣模型的所有交疊樣板中,右片衣身交疊部分樣板的處理方法需通過實(shí)驗(yàn)確定,其他交疊部分樣板可直接全部刪除。

基于以上分析,本文設(shè)計(jì)氅衣樣板修改方法如下:

1) 以氅衣的實(shí)際樣板為基礎(chǔ),將包括右片衣身交疊部分樣板在內(nèi)的所有交疊樣板全部刪除,如圖3所示,以紅色虛線表示被刪除的樣板。

圖3 方法1樣板

Fig.3 The patterns of method one

2) 以氅衣的實(shí)際樣板為基礎(chǔ),在所有交疊樣板中,將右片衣身交疊部分樣板全部保留,其他交疊樣板全部刪除,如圖4所示,以紅色虛線表示被刪除的樣板。

圖4 方法2樣板

Fig.4 The patterns of method two

3) 以氅衣的實(shí)際樣板為基礎(chǔ),在所有交疊樣板中,將右片衣身交疊部分樣板部分保留,只保留其開裾處部分樣板及交衽處部分樣板,其他交疊樣板全部刪除,如圖5所示,以紅色虛線表示被刪除的樣板。

圖5 方法3樣板

Fig.5 The patterns of method three

模型效果評(píng)價(jià)

利用CLO3D分別對(duì)樣板1、樣板2、樣板3及氅衣的實(shí)際樣板進(jìn)行虛擬縫合和模擬建模,得到不同的氅衣模型,并對(duì)各個(gè)模型的外觀效果與應(yīng)用效果進(jìn)行綜合對(duì)比分析,以此確定氅衣在3D仿真中樣板修改的最佳方案。

3.1 實(shí)驗(yàn)步驟

1) 建模:經(jīng)查閱資料,氅衣的主體面料為素綢緞,因此本文以素綢緞面料的參數(shù)對(duì)CLO3D中的面料屬性進(jìn)行設(shè)定。為減少輸入不便,CLO3D面料模擬系統(tǒng)的所有織物物理屬性參數(shù)均沒有實(shí)際單位,只在0～99這一區(qū)間進(jìn)行設(shè)置。設(shè)置緯紗強(qiáng)度為9,經(jīng)紗強(qiáng)度為17,對(duì)角線張力為0,緯紗彎曲強(qiáng)度為11,經(jīng)紗彎曲強(qiáng)度為16,緯紗變形率為1,經(jīng)紗變形率為1,緯紗變形強(qiáng)度為90,經(jīng)紗變形強(qiáng)度為90。設(shè)置完成后,在相同的模擬環(huán)境中分別對(duì)樣板1、樣板2、樣板3及氅衣的實(shí)際樣板進(jìn)行縫合試穿,得到4個(gè)氅衣三維模型,并以氅衣實(shí)際樣板生成的模型為參照樣本,樣板1模型、樣板2模型及樣板3模型為對(duì)照樣本。

2) 模型外觀效果分析:修改后的樣板不應(yīng)改變氅衣模型原有的外觀效果。分別比較樣板1模型、樣板2模型及樣板3模型與參照模型在外觀效果上的差異,其差異性越小,則模型的外觀效果越好。

3) 模型應(yīng)用效果分析:模型的應(yīng)用效果可通過模型的面數(shù)、頂點(diǎn)數(shù)及數(shù)據(jù)量,模型上傳至網(wǎng)頁所需的時(shí)間[11]與模型在網(wǎng)頁展示時(shí)的CPU占用率來評(píng)價(jià)[12]。首先,通過3DSMAX的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)分別檢測(cè)參照模型、樣板1模型、樣板2模型、樣板3模型的面數(shù)、頂點(diǎn)數(shù)和模型數(shù)據(jù)量,并計(jì)算對(duì)照模型較參照模型在這三項(xiàng)參數(shù)上變化的百分比;其次,在相同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下將4個(gè)模型分別上傳至用于展示三維模型的網(wǎng)頁上,并測(cè)試4個(gè)模型上傳至網(wǎng)頁所需的時(shí)間,共進(jìn)行5次測(cè)試,取5次實(shí)驗(yàn)時(shí)間的平均值[13];最后,在相同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下,通過Windows任務(wù)管理器分別檢測(cè)4個(gè)模型在網(wǎng)頁展示時(shí)1 min內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的CPU占用率。模型的面數(shù)與頂點(diǎn)數(shù)越多,其數(shù)據(jù)量越大,上傳至網(wǎng)頁或展示平臺(tái)所需的時(shí)間越長,且數(shù)據(jù)量過大的模型在展示時(shí)會(huì)占用大量的內(nèi)存空間,導(dǎo)致計(jì)算機(jī)CPU占用率過高,進(jìn)而使系統(tǒng)運(yùn)行速度下降,造成網(wǎng)絡(luò)卡頓,降低了模型展示的流暢性,最終降低模型的應(yīng)用效果。

4) 綜合分析:一方面,分析比較樣板1模型、樣板2模型及樣板3模型的外觀效果與參照模型的差異性,以此確定出外觀效果與參照模型差異性最小的模型;另一方面,分析比較樣板1模型、樣板2模型及樣板3模型的面數(shù)、頂點(diǎn)數(shù)和數(shù)據(jù)量,上傳至網(wǎng)頁所需的時(shí)間及在網(wǎng)頁展示時(shí)的CPU占用率,以此確定出應(yīng)用效果最好的模型。綜合兩方面,總結(jié)出氅衣樣板在3D仿真中的最佳修改方案。

3.2 實(shí)驗(yàn)效果分析

3.2.1 模型外觀效果分析

樣板1模型、樣板2模型、樣板3模型及參照模型的外觀效果如圖6所示。由于氅衣在右片衣身交衽處不是完全閉合的,所以將右片衣身交疊部分樣板全部刪除的樣板1模型在交衽處出現(xiàn)了縫隙,與參照模型交衽處的外觀效果產(chǎn)生了較大的差異,如圖7所示;而樣板2模型將右片衣身交疊部分樣板全部保留,樣板3模型保留了右片衣身交衽處部分樣板,在交衽處沒有出現(xiàn)縫隙,如圖8所示。除此之外,氅衣左右兩側(cè)均開裾至腋下,其右片衣身樣板雖與大襟片樣板交疊,但穿著時(shí)會(huì)從開裾處露出,因此,將右片衣身交疊部分樣板全部刪除的樣板1模型在右側(cè)開裾處與參照模型的外觀效果產(chǎn)生了較大的差異,如圖7所示;而樣板2模型將右片衣身交疊部分樣板全部保留,樣板3模型保留了右片衣身開裾處部分樣板,在外觀效果上與參照模型幾乎無差異,如圖8所示。

圖6 模型外觀效果示意

Fig.6 The schematic diagram of model appearance effect

圖7 樣板1模型與參照模型

Fig.7 The model of pattern one and the reference model

圖8 樣板2模型與樣板3模型

Fig.8 The models of pattern two and pattern three

3.2.2 模型應(yīng)用效果分析

1) 利用3DSMAX分別檢測(cè)記錄參照模型、樣板1模型、樣板2模型、樣板3模型的面數(shù)、頂點(diǎn)數(shù)及模型數(shù)據(jù)量,如表1所示。并計(jì)算三個(gè)對(duì)照模型的面數(shù)、頂點(diǎn)數(shù)、模型數(shù)據(jù)量較參照模型減少的百分比,如表2所示。對(duì)照模型在三項(xiàng)參數(shù)上減少的百分比越大,則其應(yīng)用效果越好[14]。樣板1模型的面數(shù)較參照模型的面數(shù)減少了55.00%;樣板2模型的面數(shù)較參照模型的面數(shù)減少了46.27%;樣板3模型的模型面數(shù)較參照模型的面數(shù)減少了52.45%。三種樣板修改方案均有效地降低了氅衣模型的面數(shù)、頂點(diǎn)數(shù)、模型數(shù)據(jù)量,對(duì)模型的應(yīng)用效果產(chǎn)生了積極的影響,以此為依據(jù)對(duì)三個(gè)對(duì)照模型的應(yīng)用效果從高到低進(jìn)行排序:樣板1模型,樣板3模型,樣板2模型。

表1 模型各項(xiàng)參數(shù)

Tab.1 Parameters for models

表2 模型各項(xiàng)參數(shù)變化量

Tab.2 Variation of various model parameters

2) 記錄5次參照模型、樣板1模型、樣板2模型、樣板3模型上傳至網(wǎng)頁上所需時(shí)間,取其平均值,如表3所示。模型上傳至網(wǎng)頁所需時(shí)間越少,則其應(yīng)用效果越好。由表3數(shù)據(jù)可知,參照模型5次上傳的平均時(shí)間為61.60 s,樣板1模型5次上傳的平均時(shí)間為26.92 s,樣板2模型5次上傳的平均時(shí)間為39.12 s;樣板3模型5次上傳的平均時(shí)間為35.02 s。三種方案均有效地降低了模型上傳至展示平臺(tái)的時(shí)間,對(duì)模型的應(yīng)用效果產(chǎn)生了積極的影響,以此為依據(jù)對(duì)三個(gè)對(duì)照模型的應(yīng)用效果從高到低進(jìn)行排序,其順序?yàn)?樣板1模型,樣板3模型,樣板2模型。

表3 模型上傳至網(wǎng)頁所需時(shí)間

Tab.3 Time required for uploading model to web page

3) 記錄參照模型、樣板1模型、樣板2模型、樣板3模型在網(wǎng)頁展示時(shí)1 min內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的CPU占用率,如圖9所示。模型運(yùn)行展示時(shí),CPU的占用率越高,其應(yīng)用效果越差。由圖9可以看出,三個(gè)對(duì)照模型在展示時(shí)的CPU占用率較參照模型均有所降低,其中降低程度最大的是樣板1模型,其次是樣板3模型,最后是樣板2模型。

圖9 模型展示時(shí)的CPU占用率

Fig.9 CPU utilization rate during model presentation

3.3 實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析

1) 從氅衣模型外觀效果角度分析:樣板2模型與樣板3模型的外觀效果與參照模型較為接近,而樣板1模型的外觀效果與參照模型存在較大差異。因此,以外觀效果為制約規(guī)則,只能選擇樣板2模型和樣板3模型。

2) 從氅衣模型應(yīng)用效果角度分析:實(shí)驗(yàn)從模型的面數(shù)、頂點(diǎn)數(shù)、數(shù)據(jù)量,模型上傳至網(wǎng)頁所需的時(shí)間及模型在網(wǎng)頁展示時(shí)的CPU占用率三個(gè)方面對(duì)三個(gè)對(duì)照模型的應(yīng)用效果進(jìn)行測(cè)試。結(jié)果均表明,三個(gè)對(duì)照模型的應(yīng)用效果較參照模型均有所提高,其中應(yīng)用效果最好的是樣板1模型,其次是樣板3模型,最后是樣板2模型。

3) 綜合分析:以模型外觀效果為依據(jù),樣板2模型與樣板3模型均可選擇;以模型的應(yīng)用效果為依據(jù),將三個(gè)對(duì)照模型按照模型的應(yīng)用效果從高到低進(jìn)行排序,依次是樣板1模型,樣板3模型,樣板2模型。綜上分析,樣板3模型為最優(yōu)選擇,而樣板3模型對(duì)應(yīng)的樣板修改方法則為氅衣樣板在3D仿真中的最佳修改方案。

3.4 模型樣板修正

通過模型效果評(píng)價(jià)實(shí)驗(yàn)可知,方案3為氅衣模型在3D仿真中樣板修改的最佳方案。由于方案3只保留了右片衣身交衽處部分樣板及開裾處部分樣板,而將其他交疊樣板全部刪除,所以完整的右片衣身樣板被減削成多片小片樣板,使得這部分樣板變得零碎、分散。因此,在保證模型外觀效果的條件下,應(yīng)對(duì)保留的右片衣身樣板進(jìn)行局部修正,將多片分散的小片樣板合并成完整樣板,修正后的氅衣樣板與模型效果如圖10所示。

圖10 氅衣模型樣板示意

Fig.10 The schematic diagram of the patterns of outer garment model