摘要
三维服装建模与动画生成作为计算机图形学领域的重要问题，在影视工业、游戏娱乐、虚拟试衣等方面有着广泛应用。三维服装建模过程中，大部分服装以标准体型人体作为参照，从而进行不同比例的设计与建模。然而，对于局部特征鲜明的身型，标码服装的着装效果无法保留样衣的款式风格。此外，对于三维服装动画生成，为了构建出一段连续、无碰的服装动画，传统工作流程需要通过物理仿真的方式基于人体运动逐帧求解布料变形。然而，高质量的物理仿真需要消耗大量的计算资源、难以实现且需要复杂的参数进行控制。 三维服装建模方面，现有工作大多关注于如何将给定款式的服装穿到目标体型或姿态的人体之上，而忽视了服装的款式风格是否得以保留。少量工作针对款式风格迁移问题开展了研究，但存在耗时、依赖人体与服装间的参数设定、无法处理特征鲜明的体型等问题。对于服装动画生成，研究者基于实例数据的方法，通过对已有数据的重用更高效地模拟服装变形动画。然而，已有工作通常适用于与人体拓扑一致的服装模型的动画生成，而且对服装变形的时间连续性研究较少。基于此，本文主要工作如下: (1)提出了一种三维服装款式风格迁移方法 研究了一种保留款式风格的、支持特征鲜明体型的服装建模技术，可以实现在不同体型人体间高效地进行服装款式风格迁移。方法的核心思想在于学习一个共享体型特征空间，从而对服装形变进行解耦，保留共性的、因人体体型导致的服装形变，剔除非共性的、由服装款式引起的服装形变。解耦后的服装形变仅包含体型相关的变形成分，其可用于任意款式、任意拓扑服装模型的款式风格迁移。即使目标体型相较于源体型发生了明显的变化，且样衣具有丰富的褶皱信息，经本方法迁移生成的服装模型仍能够适配目标人体体型，并保持样衣的款式风格。本方法可以高效地为目标体型人体生成保留样衣款式风格的三维服装，从而降低服装建模所需的时间及知识成本。 (2)提出了一种基于学习的服装动画生成方法 研究了一种适配宽松款式服装的、时间及空间上连续的服装动画生成方法，可根据人体运动表示实时地生成对应姿态下的服装变形序列。方法基于Transformer构建人体运动与服装变形间的动态映射关系，其核心在于通过自注意力机制学习动画帧之间的上下文规律，从而使得预测的服装变形具备时序一致性。方法的优势在于允许通过高层的人体运动参数控制服装形变，其适用于多种交互式应用场景。此外，本方法相较于传统的物理仿真技术在时间效率上具备明显优势，且可被集成至现有的骨骼动画管线中，从而提升服装动画生成的效率及质量。经实验验证，方法支持与人体拓扑不一致的服装种类，且与其它替代方法相比，本方法生成的服装动画更加逼真、稳定。 (3)设计并实现了三维服装建模及动画生成系统 为满足款式风格迁移及服装动画生成过程中在交互式编辑、结果可视化方面的需要，设计并实现了三维服装建模及动画生成系统。系统包括模型参数设定、款式风格迁移、服装动画生成、渲染展示等功能，提供了一个简单、便捷、易于操作的服装建模及动画生成方案。此外，经不同应用示例对系统进行了测试，以验证本文方法的实用性和有效性。
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