叠穿的模拟装置和模拟方法、模拟程序 【技术领域】
本发明涉及叠穿(多层穿着)的模拟。
背景技术
专利文献1(日本特开2002-117414)记载了叠穿的模拟。在模拟中，指定穿着衣物的顺序，从内侧衣物开始依次模拟着装状态。此处，设对于内侧衣物和外侧衣物的干涉，内侧衣物不受外侧衣物的影响，而外侧衣物受到内侧衣物的影响，从而使计算简单化。此外，公开了构成衣物的多边形之间的冲突的判定法用于评价有无衣物之间的干涉。
叠穿中，在穿着衣物的顺序上具有自由度，但专利文献1没有考虑到这一点。例如有在裙子、裤子上穿着衬衫、针织套衫或在衬衫、针织套衫上穿着裙子、裤子的选择。还有在衬衫下穿着裙子还是穿着牛仔裤的自由度。在专利文献1中，变更着装顺序时，模拟回到最初步骤，以前的模拟中的数据几乎不能利用。
专利文献1：日本特开2002-117414
【发明内容】
本发明的课题是，在短时间内进行包括变更叠穿的顺序、变更衣物的组合的模拟。
本发明提供一种用于对人体模型穿上衣物的着装状态进行模拟的装置，其特征在于，包括：
存储单元，用于对每件衣物存储没有叠穿的其他衣物而模拟着装状态时的衣物的图像；
输入单元，用于输入叠穿的衣物的内外顺序；
检测单元，用于将所述存储的每件衣物的图像重叠并且检测违反输入的内外顺序的部位；
移动单元，用于对于违反内外顺序的部位使应位于外侧的衣物的图像向应位于内侧的衣物的图像的外侧移动；以及
模拟单元，用于基于移动后的外侧衣物的图像模拟叠穿的着装状态。
此外，本发明提供一种对人体模型穿上衣物的着装状态进行模拟的方法，其特征在于，
对每件衣物存储没有叠穿的其他衣物而模拟着装状态时的衣物的图像，
接受叠穿的衣物的内外顺序的输入，
将所述存储的每件衣物的图像重叠，并且检测违反输入的内外顺序的部位，
对于违反内外顺序的部位，使应位于外侧的衣物的图像向应位于内侧的衣物的图像的外侧移动，
基于移动后的外侧衣物的图像模拟叠穿的着装状态。
本发明还提供一种用于通过数字信息处理装置来对人体模型穿上衣物的着装状态进行模拟的程序，其特征在于，
使所述数字信息处理装置执行下述步骤：
存储步骤，用于对每件衣物存储没有叠穿的其他衣物而模拟着装状态时的衣物的图像；
输入步骤，用于接受叠穿地衣物的内外顺序的输入；
检测步骤，用于将所述存储的每件衣物的图像重叠并且检测违反输入的内外顺序的部位；
移动步骤，用于对于违反内外顺序的部位使应位于外侧的衣物的图像向应位于内侧的衣物的图像的外侧移动；以及
模拟步骤，用于基于移动后的外侧衣物的图像模拟叠穿的着装状态。
优选在叠穿的着装状态的模拟中，以内侧衣物因与外侧衣物的干涉而变形的方式进行模拟。
此外，优选在叠穿的着装状态的模拟前使移动后的外侧衣物的图像平滑化。
优选的是，所述衣物的图像各自以多个多边形构成，
在检测出重叠的图像违反内外顺序的部位时，以规定顺序扫描应位于外侧的衣物的图像的多边形是否在应位于内侧的衣物的图像的外侧，并且存储扫描结果而将接近的多边形上的扫描结果利用在后续的扫描中。
在本说明书中，有关扫描装置的记载也直接适于模拟方法、模拟程序，而有关模拟方法、模拟程序的记载也适于模拟装置。
本发明中，在例如模拟两件衣物的叠穿的情况下，以下述顺序进行：
a：单独地模拟两件衣物的着装状态，
b：输入叠穿的顺序，
c：使两件衣物的图像重叠，使模拟图像移动以使应位于外侧的衣物位于外侧，
d：接着模拟叠穿的着装状态。
此处，即使变更叠穿的顺序，a的处理也不会浪费，再次执行c、d的处理即可。
模拟一件衣物的着装状态，与从该图像的上面模拟第二件的图像的着装状态的情况相比，第一次的模拟为低速。但是，在变更叠穿的顺序而再次进行模拟的情况下，无需重复a的处理，因此变为高速。此外，在变更叠穿的组合的情况下，例如变更裙子和相组合的衬衫的情况下，由于能够部分地省略a的处理，所以效率高。
此外，以内侧衣物因与外侧衣物的干涉而变形的方式进行模拟时，与固定内侧衣物而仅模拟外侧衣物的情况相比，能够进行逼真的模拟。
而且，在叠穿的着装状态的模拟前，使移动后的外侧衣物的图像平滑化时，能够使模拟叠穿的着装状态中的初始状态接近最终状态，从而使模拟高速化。
为了高速地检测重叠的图像违反内外顺序的部位，优选进行以下的处理。以规定顺序扫描应位于外侧的衣物的图像的多边形是否在应位于内侧的衣物的图像的外侧，并存储扫描结果。而且，将接近的多边形上的扫描结果利用在后续的扫描中。在叠穿的一个位置上得知一侧衣物的哪个多边形与另一侧衣物的哪个多边形接近时，在其他位置上也能够推测哪个多边形与哪个多边形接近。因此，能够高速地检测重叠的图像违反内外顺序的部位。
【附图说明】
图1是实施例的叠穿模拟装置的框图。
图2是表示实施例中的叠穿的模拟的图。
图3是实施例中的内外判定部的框图。
图4是表示内外判定中的扫描的图。
图5是表示内外判定中的扫描方向的变形例的图。
图6是以多边形单位示意地表示内外判定的图。
图7是示意地表示实施例中的内外判定表的图。
图8是示意地表示随着使衣物向外侧移动而在多边形之间产生的力的图。
图9是实施例中的平滑化部的框图。
图10是示意地表示作用于多边形之间的力的图。
图11是示意地表示叠穿模拟所需时间的图，其中，1)表示实施例，2)表示将内侧衣物看作与人体模型相同的刚体时的现有例，3)表示考虑内外衣物之间的干涉的现有例。
图12是实施例的叠穿模拟程序的框图。
标号说明
2叠穿模拟装置 4手动输入部
6图像输入输出部 8彩色显示器 10彩色打印机
12单独模拟部 14内外判定部 16平滑化部
18干涉处理部 20渲染部 22存储器
32扫描管理部 34干涉检测部 36内外判定表
38移动部 40，50外侧衣物 42，52内侧衣物
44，54移动后的外侧衣物 46，56轴90应力计算部
92移动处理部 94冲突判定部 100～104多边形
105～107移动后的多边形 121单独模拟指令
122内外判定指令 123平滑化指令
124叠穿模拟指令 P1～P3多边形
a，b，c顶点向量 n法线向量 p顶点向量
【具体实施方式】
以下表示用于实施本发明的最佳实施例。
实施例
图1～图12表示实施例的叠穿模拟。图中，2是叠穿模拟装置，4是手动输入部，例如键盘、鼠标、记录针、轨迹球等。6是画像输入输出部，是磁盘驱动器、网络接口等，8是彩色显示器，10是彩色打印机。12是单独模拟部，模拟相对于人体模型进行叠穿的各个衣物的着装状态。14是内外判定部，判定叠穿的衣物之间的内外状态，检测应位于外侧的衣物处于内侧的部位，并使其向外侧移动。16是平滑化部，通过内外判定部14使向外侧移动的衣物的图像平滑化。此外，在本说明书中，将作为物理模型的衣物、衣物的图像简称为“衣物”。衣物的图像为例如由多个多边形、线圈的模型等构成的三维图像，物理上的衣物的数据包括多边形中心、线圈中心的坐标和弹性系数、摩擦系数、质量等数据。
干涉处理部18通过内外判定和平滑化，沿内外顺序而对于叠穿的衣物包括衣物和衣物之间的干涉进行模拟，由此模拟叠穿的着装状态。此外，本说明书中，设在人体模型和衣物的干涉中仅有衣物发生变形，设在衣物和衣物的干涉中内侧衣物和外侧衣物都发生变形，但也可以使仅有外侧衣物发生变形。在叠穿的着装状态的模拟中，考虑作用于内外衣物的重力、衣物之间的接触所产生的摩擦力和斥力、从人体作用于衣物的摩擦力和斥力、随着衣物的变形而产生的应力等，进行模拟。通过干涉处理部18，确定叠穿的衣物的三维形状。
通过渲染部20对此实施渲染，例如描绘衣物的组织，实施着色。进而在外侧衣物为半透明的部位上，将内侧衣物和外侧衣物的图像进行合成。渲染部20除此以外，还进行图像的缩小/放大、视点变换等处理。存储器22存储模拟数据，特别是存储人体模型的三维数据、叠穿的各个衣物(衣片)的穿着前的三维图像、及单独穿着衣片时的模拟图像。进而存储穿着后的模拟图像、模拟过程中的各数据。实施例中，为了明确内/外的方向，对人体模型设置躯干、双手、双腿这五根轴，使远离该轴的一侧为外侧，并使靠近该轴的一侧为内侧。实施例的叠穿模拟装置，可通过专用计算机、微机等实现。
图2表示叠穿的模拟算法。在步骤1模拟叠穿的部件(各个衣片)的着装状态，存储模拟结果。在步骤2读入模拟着装状态的两幅图像，在此为裙子和衬衫的图像，进行合成显示。接着，用户从手动输入部指定着装顺序(步骤3)。然后，在步骤4，检查两件衣物的内外顺序，检测外侧衣物的多边形中位于内侧衣物的多边形的内侧的多边形。然后，使检测出的多边形向远离人体模型的轴的方向移动(步骤5)，确认外侧衣物的多边形的顶点不与内侧衣物的多边形接触、或外侧衣物的多边形的边不与内侧衣物的多边形接触(步骤6)。通过以上处理，整理内外衣物的顺序，但向外侧移动了的衣物变得不平滑。因此，在步骤7使外侧衣物平滑化。接着，在步骤8，模拟内侧衣物和外侧衣物的叠穿的状态，此时，以因内外衣物的干涉导致内侧衣物和外侧衣物均发生变形的方式进行模拟。然后，实施渲染后，得到模拟图像(步骤8)。
图3表示内外判定部14的构成。内外判定通过以规定顺序扫描例如外侧衣物的全部多边形来进行。扫描管理部32管理扫描，干涉检测部34检测应位于外侧的衣物与应位于内侧的衣物接触的部位、或应位于外侧的衣物位于应位于内侧的衣物的内侧的部位。这些检测以多边形单位进行，对于应位于外侧的衣物的多边形的各顶点、各边进行。内外判定表36存储下述信息：由干涉检测部34检测出的内外顺序是否正确的判定结果、相对于外侧衣物的各多边形在内侧衣物的多边形中具有干涉的可能性的多边形的ID、以及与多边形干涉的程度(反转距离)。然后，每次扫描时，对于外侧衣物的各多边形，将检测结果写入内外判定表36，对于下次扫描，利用内外判定表36缩小具有干涉的可能性的内侧衣物的多边形的候补。移动部38对内外顺序反转的部位使外侧衣物向人体模型的轴的外侧移动。
图4、图5表示扫描的例子。图4中，40是外侧衣物，42是内侧衣物，44是移动后的外侧衣物。从图中空心圆点向箭头方向开始扫描后，判明相对于外侧衣物40的各多边形在内侧衣物42的多边形中具有干涉的可能性的多边形。具有干涉的可能性的多边形限于在从轴46起的半径方向上大致重叠的多边形，将该情况称为多边形对应。衣物40、42中，多边形规则地配置，因此，如果通过到上述为止的扫描判明内外衣物40、42中的多边形的对应关系，则对于上述以后的扫描，能够求出与外侧衣物40的多边形对应的内侧衣物42的多边形。而且，衣物之间的内外的反转、干涉在与对应的多边形之间产生。此外，由于衣物中产生褶裥等，所以在外侧衣物40的外侧内侧衣物42可能存在多次。由于衣物40、42围绕轴46，因此使外侧衣物40移动的方向为在将轴46和对应的多边形连接的线的外侧远离轴46的方向。在图5中，56是轴，50是外侧衣物，52是内侧衣物，54是移动后的外侧衣物。外侧衣物50例如为裙子。扫描既可以如图4所示沿裙子50的周方向进行，也可以如图5所示沿上下方向进行。
图6表示多边形和多边形的干涉判定。预先设多边形之间的对应关系根据图3的内外判定表判明。设图中的ΔP1P2P3为外侧衣物的多边形，Δabc为内侧衣物的多边形。然后设内侧衣物的多边形Δabc的法线向量为n。在顶点P1与多边形Δabc接触或位于其内侧的情况下，从多边形Δabc的适宜的点朝向顶点P 1的向量与法线n的内积应该为0或负数。因此，对于多边形ΔP1P2P3的各顶点求出内积n·(P-a)，其为负数或0时内外顺序反转。此外，法线n为远离轴的方向。此外，内外判定的方法自身是任意的。
图7表示内外判定表36。表的行对于外侧衣物的每个多边形设置，记载有对应的内侧衣物的多边形的ID和反转距离。所谓“对应的多边形”，是指在从衣物所围绕的人体的轴开始的半径方向上具有重叠的可能性的多边形。反转距离在没有接触或内外反转的可能性时为0，在接触时为1，应位于外侧的衣物越向内侧反转则值越大。然后使外侧衣物的多边形移动以使全部的反转距离为0。
图8示意地表示外侧衣物的移动。图中虚线为应位于内侧的衣物，外侧衣物的多边形P1、P2、P3中，需要使多边形P2、P3移动。使它们移动成为多边形P2’、P3’时，多边形变形，产生随之发生的力。实施例中，设移动前多边形处于平衡的状态，并设通过移动所导致的多边形的伸缩产生将各多边形拉近或使之远离的力。此外，图8的白圈为人体模型的轴。
图9表示平滑化部16的构成，90是应力计算部，计算随着移动所导致的多边形的伸缩而在多边形之间产生的应力。92是移动处理部，使外侧衣物的多边形移动以消除应力，冲突判定部94检测与人体模型、内侧衣物的冲突，使冲突的多边形再次移动直至不与人体模型、内侧衣物接触的位置。
图10表示作用于衣物的多边形之间的力的模型，该模型在平滑化、干涉处理等中使用。100～104是多边形，此处表示多边形的中心坐标。相邻的多边形彼此通过弹簧等连接。此外，在各个衣物的着装状态的模拟、考虑了衣物之间的干涉的叠穿的模拟中，除此之外，还加上作用于多边形的重力、与人体模型的接触所产生的斥力及摩擦力、内外衣物之间的接触所产生的斥力及摩擦力。各多边形通过作用于多边形之间的力而移动，移动后的多边形以105～107表示。然后，求出作用于移动后的各多边形的力，使多边形移动。如果重复上述的循环，就能够进行平滑化和其他的模拟。
优选使内外判定、平滑化中所使用的多边形的尺寸和单独的着装状态的模拟、叠穿的模拟中所使用的多边形的尺寸不同。即，内外判定、平滑化中，也可以通过使用比其他处理大的多边形而使内外判定高速化。然后，也可以在单独的着装状态的模拟、叠穿的模拟中使用小尺寸的多边形，以进行精细的模拟。此外，用与单独的着装状态的模拟、叠穿的模拟相同尺寸的多边形进行内外判定时，也可以不需要平滑化。平滑化结束时，分别对于内侧衣物和外侧衣物加入作用于多边形的力、即多边形之间的应力和重力、内外衣物之间的干涉所产生的斥力及摩擦力、从人体模型接受的斥力及摩擦力而进行模拟，模拟叠穿的着装状态。
图11表示模拟所需的时间。例如设如图2所示人体模型穿上衬衫和裙子，单独模拟仅穿上衬衫的着装状态和仅穿上裙子的着装状态，存储模拟数据。接着，使裙子向衬衫外露出，考虑裙子和衬衫的干涉而模拟叠穿。接着，如果使着装顺序反转，则返回到衬衫和裙子的单独的模拟结果，使衬衫向裙子外露出，模拟叠穿。由此，能够执行反转了叠穿的顺序的两种模拟。
与此相对，设考虑了内侧衣物和外侧衣物的干涉的现有例的模拟为现有例1。在现有例1中，最初穿上衬衫，接着穿上裙子，考虑与衬衫的干涉而模拟叠穿。在使裙子位于下方的情况下，从最初步骤开始重复同样的处理，因此处理时间变长。对于叠穿，如果忽视内外衣物之间的干涉，换言之将内侧衣物近似为刚体(现有例2)，则能够以与实施例大致相同的处理时间进行模拟，但因忽视衣物之间的干涉而导致模拟结果不自然。
图12表示实施例的模拟程序。121是单独模拟指令，模拟叠穿的各个衣物的着装状态。122是内外判定指令，根据衣物之间的内外顺序的输入，检测与该顺序不一致的部位，在该部分使应位于外侧的衣物移动。123是平滑化指令，使移动后的外侧衣物平滑化，也可以省略。124是叠穿模拟指令，加入内侧衣物和外侧衣物的干涉，并对于平滑化后的衣物模拟叠穿。
在实施例中表示了衬衫和裙子的模拟，但也可以相对于同一裙子而变更在其上穿着的衬衫的种类，或相对于同一衬衫而将裙子变更为裤子。
此外，叠穿的模拟程序可通过微机或适宜的设计用的专用计算机来执行。
通过实施例可得到以下的效果。
(1)在反转叠穿的顺序，或变更通过叠穿而组合的对象的情况下，能够在短时间内进行模拟。
(2)根据叠穿的衣物的内外判定，利用内外衣物的多边形之间的对应关系，能够减小应检查内外关系的多边形数。
(3)使用大的多边形而使内外判定容易进行，其后进行平滑化，由此能够缩短内外判定所需要的时间。
(4)由于在叠穿的模拟中加入内外衣物之间的干涉，因此能够进行正确的模拟。