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Automatische Vorpositionierung von Schnitteilen an individuellen 3D-Figurinen zur Faltenwurfsimulation

Fuhrmann, Arnulph (2001):
Automatische Vorpositionierung von Schnitteilen an individuellen 3D-Figurinen zur Faltenwurfsimulation.
TU Darmstadt, [Diploma Thesis or Magisterarbeit]

Abstract

Die Simulation der Bekleidung von virtuellen Charakteren ist seit längerem ein zentrales Thema im Bereich der Computergraphik. Da jedoch die vollständige Simulation des Anziehens eines Kleidungsstücks sehr aufwendig ist, werden die einzelnen Schnittteile zunächst an der Figurine vorpositioniert. Erst danach werden sie mit Hilfe von virtuellen Gummifäden vernäht und der Faltenwurf des Kleidungsstücks berechnet. Virtuelle Kleidung wird derzeit hauptsächlich in computer-animierten Filmen verwendet, da in diesem Fall eine manuelle Vorpositionierung akzeptabel ist. Im Gegensatz dazu stellt die virtuelle Anprobe von Textilien im Rahmen einer E-Commerce Applikation ein neues Anwendungsgebiet dar. Dazu wird der Kunde zunächst von einem 3D-Laserscanner erfasst. Daraufhin kann er Kleidungsstücke auswählen, deren Schnittteile dann an seinem virtuellen Zwilling vorpositioniert und simuliert werden. In diesem Kontext ist eine automatische Vorpositionierung der Schnittteile unabdingbar. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren zur automatischen Vorpositionierung von Schnittteilen vorgestellt. Diese können ohne Benutzereingaben geometrisch nah an individuellen 3D-Figurinen platziert werden. Es wird vorausgesetzt, dass die Figurine mit Merkmalspunkten versehen ist und eine bestimmte Körperhaltung aufweist. Danach ist eine physikalisch basierte Simulation der Schnittteile bzw. des Kleidungsstücks möglich. Die Kleidungsstücke müssen in einem bestimmten Format vorliegen. Dazu wurde ein eigenes Datenformat spezifiziert. Zunächst wird die Figurine anhand der Merkmalspunkte segmentiert. Diese Aufteilung wird so vorgenommen, dass Schnittteile einfacher Kleidungsstücke eindeutig zugeordnet werden können. Um jedes der entstandenen Segmente wird eine Fläche konstruiert, die selbiges eng umschließt. Diese Hüllfläche hat die Eigenschaft, dass sie verzerrungsfrei in die Ebene abgebildet werden kann. Damit ist in der Umkehrung eine Projektion des Schnittteils auf selbige möglich. Um die Schnittteile an die richtige Stelle auf den Hüllflächen abbilden zu können, werden unter anderem die Nahtinformationen verwendet. Nachdem alle Schnittteile eines Kleidungsstücks an die Figurine projiziert worden sind, werden zwischen den Schnittteilen virtuelle Gummifäden gespannt, so daß anschließend die physikalisch basierte Simulation beginnen kann. Anhand dieses Verfahrens wurde ein Prototyp zur automatischen Vorpositionierung von Schnittteilen erstellt. Die Implementierung erfolgte in C++ und OpenGL. Es wurden mehrere Bibliotheken zur algorithmischen Geometrie verwendet. Der Prototyp erlaubt die effiziente Vorpositionierung von verschiedenen Röcken an unterschiedlichen Figurinen. Die entwickelte Software sowie das zugrundeliegende Konzept kann dabei leicht auf andere Kleidungsstücke erweitert werden. The simulation of clothing on virtual characters is a major topic in the area of computer graphics. However, the simulation of the complete dressing process is still too complex. Therefore the garment patterns are positioned on the character prior to sewing. Thereafter the patterns are sewn with virtual elastics and draped on the character. Virtual clothing is mainly used in computer-animated movies. In this case a manual pre-positioning is feasible. A new field of application is the virtual try on of garments. First the customer chooses some clothing. Then his body is three-dimensionally scanned and the patterns are positioned around his virtual twin. In this context an automated pre-positioning becomes necessary. In this thesis a method for automated pre-positioning of garment patterns is suggested. They are placed geometrically near the body of an individual character without any user-interaction. It is assumed that the body has a special posture suited for pre-positioning and is marked with feature points. After this process a cloth simulation is possible. For representing garments a data format was developed which describes patterns and the corresponding seams. The feature points are used for segmenting the body. Each garment pattern is uniquely assigned to one of these segments. Around each segment a surface is constructed which encloses it tightly. This hull surface is developable i.e. it can be projected into a plane while preserving the length of any curve drawn on it. The reverse mapping of patterns onto the surface has the same properties and therefore it is free of distortions as well. In order to find the correct positions of the patterns on the hull surface the seaming information among other things is used. After the projection of all patterns elastics are drawn between corresponding points on the seaming lines. Now the simulation may be performed to drape the garment. On the basis of this method a prototype for automated pre-positioning was developed. The implementation was done in C++ and OpenGL. Several libraries for computational geometry were used. The prototype is able to place various skirts around different characters and to visualize the results. The developed software as well as the underlying concept can be easily extended to other types of clothing.

Item Type: Diploma Thesis or Magisterarbeit
Erschienen: 2001
Creators: Fuhrmann, Arnulph
Title: Automatische Vorpositionierung von Schnitteilen an individuellen 3D-Figurinen zur Faltenwurfsimulation
Language: German
Abstract:

Die Simulation der Bekleidung von virtuellen Charakteren ist seit längerem ein zentrales Thema im Bereich der Computergraphik. Da jedoch die vollständige Simulation des Anziehens eines Kleidungsstücks sehr aufwendig ist, werden die einzelnen Schnittteile zunächst an der Figurine vorpositioniert. Erst danach werden sie mit Hilfe von virtuellen Gummifäden vernäht und der Faltenwurf des Kleidungsstücks berechnet. Virtuelle Kleidung wird derzeit hauptsächlich in computer-animierten Filmen verwendet, da in diesem Fall eine manuelle Vorpositionierung akzeptabel ist. Im Gegensatz dazu stellt die virtuelle Anprobe von Textilien im Rahmen einer E-Commerce Applikation ein neues Anwendungsgebiet dar. Dazu wird der Kunde zunächst von einem 3D-Laserscanner erfasst. Daraufhin kann er Kleidungsstücke auswählen, deren Schnittteile dann an seinem virtuellen Zwilling vorpositioniert und simuliert werden. In diesem Kontext ist eine automatische Vorpositionierung der Schnittteile unabdingbar. In der vorliegenden Arbeit wird ein Verfahren zur automatischen Vorpositionierung von Schnittteilen vorgestellt. Diese können ohne Benutzereingaben geometrisch nah an individuellen 3D-Figurinen platziert werden. Es wird vorausgesetzt, dass die Figurine mit Merkmalspunkten versehen ist und eine bestimmte Körperhaltung aufweist. Danach ist eine physikalisch basierte Simulation der Schnittteile bzw. des Kleidungsstücks möglich. Die Kleidungsstücke müssen in einem bestimmten Format vorliegen. Dazu wurde ein eigenes Datenformat spezifiziert. Zunächst wird die Figurine anhand der Merkmalspunkte segmentiert. Diese Aufteilung wird so vorgenommen, dass Schnittteile einfacher Kleidungsstücke eindeutig zugeordnet werden können. Um jedes der entstandenen Segmente wird eine Fläche konstruiert, die selbiges eng umschließt. Diese Hüllfläche hat die Eigenschaft, dass sie verzerrungsfrei in die Ebene abgebildet werden kann. Damit ist in der Umkehrung eine Projektion des Schnittteils auf selbige möglich. Um die Schnittteile an die richtige Stelle auf den Hüllflächen abbilden zu können, werden unter anderem die Nahtinformationen verwendet. Nachdem alle Schnittteile eines Kleidungsstücks an die Figurine projiziert worden sind, werden zwischen den Schnittteilen virtuelle Gummifäden gespannt, so daß anschließend die physikalisch basierte Simulation beginnen kann. Anhand dieses Verfahrens wurde ein Prototyp zur automatischen Vorpositionierung von Schnittteilen erstellt. Die Implementierung erfolgte in C++ und OpenGL. Es wurden mehrere Bibliotheken zur algorithmischen Geometrie verwendet. Der Prototyp erlaubt die effiziente Vorpositionierung von verschiedenen Röcken an unterschiedlichen Figurinen. Die entwickelte Software sowie das zugrundeliegende Konzept kann dabei leicht auf andere Kleidungsstücke erweitert werden. The simulation of clothing on virtual characters is a major topic in the area of computer graphics. However, the simulation of the complete dressing process is still too complex. Therefore the garment patterns are positioned on the character prior to sewing. Thereafter the patterns are sewn with virtual elastics and draped on the character. Virtual clothing is mainly used in computer-animated movies. In this case a manual pre-positioning is feasible. A new field of application is the virtual try on of garments. First the customer chooses some clothing. Then his body is three-dimensionally scanned and the patterns are positioned around his virtual twin. In this context an automated pre-positioning becomes necessary. In this thesis a method for automated pre-positioning of garment patterns is suggested. They are placed geometrically near the body of an individual character without any user-interaction. It is assumed that the body has a special posture suited for pre-positioning and is marked with feature points. After this process a cloth simulation is possible. For representing garments a data format was developed which describes patterns and the corresponding seams. The feature points are used for segmenting the body. Each garment pattern is uniquely assigned to one of these segments. Around each segment a surface is constructed which encloses it tightly. This hull surface is developable i.e. it can be projected into a plane while preserving the length of any curve drawn on it. The reverse mapping of patterns onto the surface has the same properties and therefore it is free of distortions as well. In order to find the correct positions of the patterns on the hull surface the seaming information among other things is used. After the projection of all patterns elastics are drawn between corresponding points on the seaming lines. Now the simulation may be performed to drape the garment. On the basis of this method a prototype for automated pre-positioning was developed. The implementation was done in C++ and OpenGL. Several libraries for computational geometry were used. The prototype is able to place various skirts around different characters and to visualize the results. The developed software as well as the underlying concept can be easily extended to other types of clothing.

Uncontrolled Keywords: Computer graphics, Cloth simulation, Surface modeling, Physically based modeling, Virtual try-on
Divisions: 20 Department of Computer Science
20 Department of Computer Science > Interactive Graphics Systems
Date Deposited: 16 Apr 2018 09:05
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