徐愛婧,周 捷

(西安工程大學(xué),陜西 西安710048)

虛擬試衣技術(shù)是一種能夠幫助用戶實(shí)現(xiàn)無(wú)需脫衣,便可換裝并查看穿著效果的技術(shù)手段。隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展以及服裝消費(fèi)者購(gòu)物方式的改變,越來(lái)越多的服裝品牌零售商選擇了虛擬試衣這一新興的銷售模式,該模式分為線上與線下2種。對(duì)服裝消費(fèi)者而言,它不但讓消費(fèi)者用最短的時(shí)間快速瀏覽不同款式的服裝以及觀察試穿效果,增強(qiáng)了用戶的購(gòu)物體驗(yàn),還可以提高購(gòu)物效率；對(duì)服裝銷售商而言,虛擬試衣系統(tǒng)可以幫助解決因服裝合體度不夠或上身效果不佳等造成的退貨率高的問(wèn)題,能提升商戶的品牌知名度與交易額,并降低物流費(fèi)用與線下店鋪的人工成本。

此外,線下虛擬試衣間還能夠幫助商戶快速吸引商場(chǎng)內(nèi)的客流到店,并進(jìn)行目的性地廣告投放,商戶可通過(guò)采取互動(dòng)模式收集顧客反饋,獲得大量關(guān)于用戶體型、穿衣風(fēng)格偏好和服裝寬松度喜好等方面的數(shù)據(jù),幫助生產(chǎn)商改進(jìn)其生產(chǎn)計(jì)劃,提升銷售利潤(rùn)。

1 虛擬試衣系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及應(yīng)用

隨著時(shí)代進(jìn)步和科技的發(fā)展,服裝業(yè)的試衣模式正朝著智能化方向發(fā)展,脫穎而出的虛擬試衣系統(tǒng)正極大地改變著人們的服裝試穿習(xí)慣。

1.1 虛擬試衣系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著消費(fèi)者生活方式的數(shù)字化以及其對(duì)于沉浸式購(gòu)物體驗(yàn)的追求,無(wú)論是在實(shí)體店還是網(wǎng)上店鋪,借助于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)(augmented reality,AR)的虛擬試衣技術(shù)正逐漸成為潮流。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種將計(jì)算機(jī)生成的虛擬信息無(wú)縫疊加到真實(shí)的物理環(huán)境中,可實(shí)現(xiàn)對(duì)現(xiàn)實(shí)世界補(bǔ)充的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)[1]。其信息呈現(xiàn)方式相比于傳統(tǒng)的文字、圖片、視頻等更加直觀、高效,可以幫助拓寬人類認(rèn)識(shí)世界、感知世界的能力。AR廣泛應(yīng)用于醫(yī)療、娛樂(lè)、教育、制造等領(lǐng)域,如Jose Soeiro、Ana Paula Claudio等共同研發(fā)的一款運(yùn)用AR技術(shù)顯示患者虛擬腦部模型的應(yīng)用軟件,通過(guò)展示患者腦中的脈沖變化,指導(dǎo)醫(yī)生實(shí)施經(jīng)顱磁刺激手術(shù)[2]；谷歌公司研發(fā)的一款以引導(dǎo)玩家走向戶外為目的的“Ingress”戶外AR游戲；Fragoso、Gauglitz等共同研發(fā)的一款通過(guò)光學(xué)字符識(shí)別并翻譯替換原場(chǎng)景中文字的AR翻譯器[3]；呂淘沙、湯汶等共同研發(fā)的一款利用Vuforia特征點(diǎn)檢測(cè)匹配方法來(lái)實(shí)現(xiàn)用戶與秦兵馬俑幻影模型之間交互的系統(tǒng)[4]；Gerhard Schall、Erick Mendez等共同研發(fā)的一款依賴于AR技術(shù)的用于生成建筑或設(shè)施內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)以幫助公用事業(yè)公司現(xiàn)場(chǎng)工人進(jìn)行室外工作的應(yīng)用軟件[5]；其在時(shí)尚領(lǐng)域也應(yīng)用廣泛,如法國(guó)力克公司的Lectra 3D Fit、韓國(guó)CLO Virtual Fashion公司的CLO 3D、美國(guó)PGM公司的3D Runway和Gerber公司的V-Stitcher等虛擬試衣系統(tǒng)主要應(yīng)用于服裝新產(chǎn)品的開發(fā)與試樣[6]。上海試衣間信息科技有限公司研發(fā)的好搭盒子、上海魔購(gòu)百貨公司研發(fā)的魔購(gòu)百貨、日本優(yōu)衣庫(kù)公司研發(fā)的優(yōu)衣庫(kù)搭配師等虛擬試衣軟件主要用于線上銷售服裝的虛擬體驗(yàn)；上海衣脈信息科技有限公司、北京優(yōu)時(shí)尚科技有限責(zé)任公司和深圳云之夢(mèng)科技有限公司等研發(fā)的虛擬試衣魔鏡則主要用于線下銷售服裝的虛擬體驗(yàn)。

基于虛擬試衣技術(shù)目前國(guó)內(nèi)外的發(fā)展現(xiàn)狀以及應(yīng)用,通過(guò)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn),關(guān)于該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方法,目前市面上相對(duì)成熟的有以下3種：

(1)人模與服裝的二維建模,具體包括3類。

第1類是摳取用戶提供的頭部二維圖像,將其直接銜接于已有的虛擬二維身體模型上,運(yùn)用ps技術(shù)通過(guò)拉伸或縮小調(diào)整該模型的身高、體寬等維度數(shù)據(jù)使其成為一個(gè)整體。

第2類是直接通過(guò)攝像頭獲取用戶頭部、身體等二維圖像數(shù)據(jù),并將二維服裝模型PS到用戶的圖像上。

第3類是僅保留用戶頭部二維圖像,不斷變換選取資源庫(kù)內(nèi)的二維身體與服裝組合模型。此種方法速度快,但真實(shí)感較差,且易發(fā)生用戶與服裝的疊加錯(cuò)誤等事件。

(2)通過(guò)拍攝用戶頭部照片獲取五官數(shù)據(jù),建立頭部三維模型；并通過(guò)輸入用戶的身高、體重、體型類別(如沙漏型、梨型、蘋果型、H型和T型等)、腰圍、臀圍等數(shù)據(jù)建立用戶人體模型。該方法建立的人體模型形象較為自然,無(wú)違和感,且身體維度較多,可較為真實(shí)地呈現(xiàn)試衣效果；但部分虛擬試衣系統(tǒng)因?yàn)槿狈γ阑δ?對(duì)于人體形象的反饋太過(guò)真實(shí),無(wú)法遮蓋用戶視覺形象上的缺點(diǎn),不能讓所有用戶接受。

(3)完全3D化構(gòu)建人體模型與服裝,可實(shí)現(xiàn)360°試衣效果展示,且試衣效果更具真實(shí)感,但受目前技術(shù)的局限,其試衣效果與真人試衣效果仍存在一定的差別。

1.2 虛擬試衣系統(tǒng)的應(yīng)用

我國(guó)虛擬試衣技術(shù)產(chǎn)業(yè)起步較晚,目前國(guó)內(nèi)的虛擬試衣系統(tǒng)存在人體模型個(gè)性化程度低、服裝款式少、著裝模擬真實(shí)感差等問(wèn)題[7]。但其優(yōu)勢(shì)與價(jià)值日益顯著,能夠?qū)崿F(xiàn)秒選裝、試裝、換裝的功能,操作界面人性化[8]。國(guó)外虛擬試衣技術(shù)發(fā)展較早,且已經(jīng)逐步成熟。如英國(guó)科技創(chuàng)企 Metail研發(fā)的虛擬試衣間；瑞士MIRALab實(shí)驗(yàn)室開發(fā)的MIRACloth系統(tǒng)；美國(guó)格伯公司與Browzwear合作開發(fā)的Accu Mark V-Stitcher系統(tǒng)；俄羅斯AR Door公司研發(fā)的“試衣魔鏡”；日本數(shù)字時(shí)尚科技公司的“Active Lab”。表1是主要虛擬試衣系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)及其優(yōu)缺點(diǎn)。

表1 主要虛擬試衣系統(tǒng)特點(diǎn)

2 虛擬試衣系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

虛擬試衣系統(tǒng)以三維人體重建與三維著裝模擬為基礎(chǔ),其人體數(shù)據(jù)獲取方式、人體模型構(gòu)建方法、服裝庫(kù)建立方式、面料模擬方法等的選擇直接影響了虛擬試衣效果的優(yōu)劣。

2.1 三維人體重建

三維人體重建技術(shù)首先需要收集人體多角度數(shù)據(jù)信息,目前市場(chǎng)上的虛擬試衣系統(tǒng)一般通過(guò)用戶輸入或攝像頭掃描人體來(lái)實(shí)現(xiàn),然后利用各種建模軟件、基于三維掃描技術(shù)或是序列圖像來(lái)進(jìn)行三維人體建模。

2.1.1 人體數(shù)據(jù)獲取

用戶體型數(shù)據(jù)的獲取是虛擬試衣系統(tǒng)的基礎(chǔ),其數(shù)據(jù)信息一般包括五官形象、身高、體重、胸圍、肩寬、臂長(zhǎng)、腰圍、臀圍和腿長(zhǎng)等。目前,虛擬試衣系統(tǒng)獲取人體數(shù)據(jù)的方式一般包括用戶輸入和攝像頭掃描人體2種。用戶輸入法一般會(huì)在系統(tǒng)操作頁(yè)面顯示人體測(cè)量方法,或是提供一些輔助選項(xiàng)如體型、腿型、腿長(zhǎng)、肩寬、松緊度偏好、膚色、發(fā)型和人種等,該方法適用性較廣,對(duì)用戶的設(shè)備要求低,但數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性依賴于測(cè)量者操作的規(guī)范性,可能存在一定的偏差；攝像頭掃描人體法通過(guò)交互技術(shù)識(shí)別人體數(shù)據(jù),該方法雖然大大提高了數(shù)據(jù)量取的準(zhǔn)確性,避免了人工測(cè)量的繁復(fù)操作,但部分虛擬試衣系統(tǒng)還不夠完善,前期準(zhǔn)備工作較為繁瑣[9]。

2.1.2 三維人體建模

三維人體建模技術(shù)主要包括3種方式：利用三維建模軟件進(jìn)行建模、基于三維掃描技術(shù)的人體建模以及基于序列圖像的三維人體建模。

常用的三維建模軟件包括Daz Studio、Make human、Character generator、3Dmax和 Maya等。其中Daz Studio可編輯人體骨骼系統(tǒng)和材質(zhì)屬性,材質(zhì)屬性包括表面色彩與貼圖、凹凸貼圖、透明貼圖、位移貼圖等,支持Renderman渲染器,渲染速度快,品質(zhì)高[10]。Make human基于大量的人體形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù),擁有3 000多個(gè)變形參數(shù),如身高、體重、身材比例、臉部形狀、脖子和腳等,可供使用者對(duì)照人體原圖進(jìn)行360°微調(diào),其自然姿勢(shì)系統(tǒng)可對(duì)運(yùn)動(dòng)中的皮膚和肌腱變形進(jìn)行摸擬,1.0.2版本紋理扭曲的可能性也較低,面部表情可多單元組合[11]。Character generator可對(duì)基礎(chǔ)模型進(jìn)行調(diào)整,選擇合適的頭部形狀、皮膚、發(fā)型、上衣、褲子、鞋子以及年齡等,但屬性數(shù)量有限,且與真人相比缺乏真實(shí)感[12]。

基于三維掃描技術(shù)的人體建模技術(shù)是通過(guò)掃描儀采集人體信號(hào)獲得人體表面信息,并對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪、精簡(jiǎn)、孔洞修補(bǔ)、表面重建等處理,構(gòu)建人體模型。該方法構(gòu)建出的模型較為精確,應(yīng)用較為廣泛,但掃描儀器價(jià)格昂貴,數(shù)據(jù)處理量大,費(fèi)時(shí)費(fèi)力。目前,一些國(guó)家均建立了自己的人體模型數(shù)據(jù)庫(kù),如日本的HQL數(shù)據(jù)庫(kù)、歐洲的European Anthropometric Database數(shù)據(jù)庫(kù)[13]、美國(guó)的Size US數(shù)據(jù)庫(kù)和我國(guó)開發(fā)的三維人體數(shù)據(jù)管理信息系統(tǒng)等[14]。

基于序列圖像的三維人體建模技術(shù)通過(guò)照相機(jī)在相同焦距下拍攝人體正、側(cè)、背面等多角度物體二維圖像,利用圖像處理算法進(jìn)行輪廓、截面線、特征尺寸等信息的提取并與立體匹配,在其基礎(chǔ)上結(jié)合相機(jī)參數(shù),利用單目、雙目或多目視覺原理得到人體的三維數(shù)據(jù),并通過(guò)曲線擬合映射法、bezier法、Nurbs法等建立模型,從而完成二維圖像到三維空間的重建。該方式所需的建模數(shù)據(jù)較易獲取,且建模效果較好,但對(duì)于照片的拍攝環(huán)境與照片清晰度等要求較高。

2.2 三維著裝模擬

三維著裝模擬包括服裝庫(kù)的建立以及面料的模擬仿真等。

2.2.1 建立服裝庫(kù)

服裝庫(kù)的建立方法,一般分為二維圖像合成與三維服裝建模2種。

(1)二維圖像合成可采用靜態(tài)建模與動(dòng)態(tài)建模2種方式,前者通過(guò)拍攝模特穿著服裝時(shí)靜止?fàn)顟B(tài)下的樣子并進(jìn)行人工摳圖裁剪,實(shí)現(xiàn)人物與服裝剝離并保留服裝部分；后者通過(guò)拍攝模特穿著服裝走動(dòng)時(shí)不同姿勢(shì)下的樣子并進(jìn)行每一幀的摳圖。二維服裝的校準(zhǔn)是將用戶影像與服裝庫(kù)中的二維服裝進(jìn)行匹配,通過(guò)比例校準(zhǔn)可實(shí)現(xiàn)用戶與服裝之間的貼合,但不夠逼真,很難體現(xiàn)服裝的面料特性。Fits.me的Virtual Fitting Room借助于FitBot,通過(guò)對(duì)服裝模型的識(shí)別、記錄、測(cè)量以及圖像處理等,存儲(chǔ)服裝信息于云數(shù)據(jù)庫(kù),該數(shù)據(jù)庫(kù)款式模型多,可滿足大多女性用戶的需求,但成本較高,應(yīng)用不夠廣泛。Metail選擇對(duì)實(shí)體模特進(jìn)行不同角度的拍照并進(jìn)行服裝圖形合成,展示效果豐富,個(gè)性化程度高。

(2)三維服裝建模,首先構(gòu)建三維人體模型,然后利用樣條曲線建立服裝樣板并生成面料,其次將服裝置于人體模型外部并進(jìn)行骨骼綁定、蒙皮等操作,最后進(jìn)行樣板的縫合和渲染等。該方法人工成本低于二維圖像合成建模,且更加適合產(chǎn)品數(shù)量多、更新周期短的企業(yè)。Fitiquette、My Virtual Model等也都使用了該服裝建模方法。

2.2.2 面料仿真

三維著裝模擬主要依賴于服裝面料的模擬。Pierce于20世紀(jì)30年代提出設(shè)想,認(rèn)為面料質(zhì)感可測(cè)量[15],模擬屬性一般包括彈性、粗糙度、厚重感、觸摸冷熱感等,面料質(zhì)感的模擬綜合了計(jì)算機(jī)、系統(tǒng)仿真、圖像圖形等多門學(xué)科技術(shù),可以通過(guò)改變織物的紗線種類、紗線排列、組織結(jié)構(gòu)以及顏色等信息設(shè)計(jì)模擬面料。目前國(guó)內(nèi)所存在的織物觸摸感知技術(shù)很少通過(guò)觸摸硬件模擬器作為面料質(zhì)感反饋設(shè)備,一般通過(guò)畫面顯示虛擬織物的相關(guān)觸感特征來(lái)感知織物手感。

服裝面料的模擬方法主要包括幾何建模、物理建模與綜合建模等。

(1)幾何建模著重于表現(xiàn)其幾何特征,展示服裝外觀造型,如扭曲、褶皺等。一般采用Bezier曲線、Nurbs曲線和余弦曲線等生成不規(guī)則多邊形,從而模擬曲面形態(tài)。該方法計(jì)算快,但仿真效果、適應(yīng)性較差,控制不靈活,很難反映布料的質(zhì)量、粗糙程度和彈性系數(shù)等物理屬性[16]。

(2)物理建模著重于表達(dá)服裝的力學(xué)特征以及運(yùn)動(dòng)過(guò)程,將面料視為許多微小粒子,并計(jì)算各粒子間的作用力。該方法精確度高,穩(wěn)定性好,但計(jì)算量較大,且收斂慢。代表模型有質(zhì)子-彈簧模型、有限元模型和粒子模型。目前應(yīng)用最為廣泛的是基于質(zhì)子-彈簧模型的建模方法,其根據(jù)面料的各向異性使用結(jié)構(gòu)彈簧、剪切彈簧和彎曲彈簧等不同彈簧連接各質(zhì)點(diǎn),建立中心質(zhì)點(diǎn)與周圍質(zhì)點(diǎn)的相關(guān)連接網(wǎng)絡(luò),并運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定理和反演動(dòng)力學(xué)理論模擬各質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng),模擬效果與相鄰質(zhì)點(diǎn)的數(shù)量成正比[17]。有限元模型法是離散化所需求解的彈性物體,將無(wú)限多的自由體轉(zhuǎn)化為有限多個(gè)單元體,通過(guò)有限元物理屬性模擬服裝變形,主要用于模擬服裝面料的力學(xué)效果。粒子模型法是將物體離散為一系列能夠響應(yīng)因面料變形而產(chǎn)生拉伸力、彎曲力等內(nèi)力的粒子,這些粒子相互約束,且具有速度、質(zhì)量、位置等屬性,是從粒子能量角度定義面料的內(nèi)部屬性[18]。

(3)綜合建模法是運(yùn)用幾何方法與物理方法分別模擬面料基本形狀以及網(wǎng)格形變細(xì)節(jié)補(bǔ)充的方法,該方法一般情況下能夠擁有幾何建模模擬速度快和物理建模真實(shí)感高的優(yōu)點(diǎn),但并非總是如此。常用模型有Cordier模型、Taillefer模型、Kunii模型和Tsopelas模型等[19]。

此外,還有基于統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí)方法,不考慮面料本身的物理性質(zhì),僅根據(jù)服裝形狀空間與人體動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)等,建立其映射關(guān)系,從而驅(qū)動(dòng)服裝模擬。該模擬方法通常較為簡(jiǎn)單,可調(diào)節(jié)面料模擬真實(shí)感與效率之間的矛盾,利于實(shí)時(shí)模擬。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展,虛擬試衣技術(shù)作為服裝CAD系統(tǒng)的一部分,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于大量服裝品牌,且取得了一定的成效?，F(xiàn)針對(duì)其在人體模型的快速構(gòu)建、人體與服裝面料品質(zhì)模擬的真實(shí)感、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與交換、費(fèi)用成本以及虛擬試衣服務(wù)項(xiàng)目的多樣性等方面提出發(fā)展方向。

(1)人體以及服裝模型的快速構(gòu)建。虛擬試衣技術(shù)涉及到多個(gè)工序,大量的建模以及渲染工作意味著大量的數(shù)據(jù)計(jì)算,而良好的建模方法可幫助縮短系統(tǒng)計(jì)算時(shí)間,實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)渲染,可根據(jù)這一情況對(duì)三維人體樣本形態(tài)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)習(xí),從而快速構(gòu)建人體模型。

(2)模型仿真性。雖然目前采用基于物理的人體建模與服裝綜合建模的方法應(yīng)用比較廣泛,但數(shù)字化的模型與實(shí)物存在差異,很難模擬其真實(shí)狀態(tài),無(wú)法準(zhǔn)確表達(dá)人體特征,因此仍存在很大的改進(jìn)空間。

(3)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)與交換。三維人體掃描系統(tǒng)通過(guò)掃描大量人體數(shù)據(jù)并進(jìn)行存儲(chǔ),若能實(shí)現(xiàn)同類系統(tǒng)間的交換,則可避免用戶繁瑣的再次量體過(guò)程,也利于服裝生產(chǎn)商分析人體體型,設(shè)計(jì)生產(chǎn)出更加合體的服裝,避免浪費(fèi)。

(4)費(fèi)用成本。于商家而言,一些虛擬試衣系統(tǒng)成本較高,如二維服裝數(shù)據(jù)庫(kù),需要工人掃描每件服裝數(shù)據(jù)并進(jìn)行摳圖處理,工序繁瑣,人工成本過(guò)高,可通過(guò)改進(jìn)服裝庫(kù)建立方法,從而節(jié)省人工費(fèi)用等成本；此外,三維人體與服裝的建模、修改以及渲染等對(duì)攝像頭、渲染器、屏幕等設(shè)備要求較高,小型商家無(wú)法承擔(dān)設(shè)備費(fèi)用,導(dǎo)致普及程度不高,應(yīng)加強(qiáng)硬件設(shè)備的研發(fā)與更新。

(5)服務(wù)項(xiàng)目多樣性。虛擬試衣技術(shù)服務(wù)于用戶,不僅可以為其提供試衣服務(wù),仍應(yīng)增加服務(wù)項(xiàng)目,如服裝款式推薦、個(gè)性化搭配等,做到真正的服務(wù)用戶、造福用戶。