3D人体虚拟形象的构成方法及使用与流程

本发明涉及一种计算机应用中的3d虚拟人体形象制作技术，尤其涉及一种3d虚拟人体形象的创建、构成方法及应用。

背景技术：

目前，计算机应用科技已经成为人们生活中不可或缺的一部分，在人们的计算机应用技术使用过程中，有很多时候，都需要使用一个特定的3d虚拟形象。

比如人们在使用微信或qq等即时通信类社交软件时，很多人都爱使用自己或自己亲人的平面照片.如果自己能方便的创造出自己的、或自己亲人的3d形象，他们一定会喜欢使用。

再比如，人们在使用打车软件打车的时候，如果能发送给司机一个即时的、穿着打扮和自己一模一样的3d虚拟形象，则司机寻找起乘客来就会方便很多(现在的照片只能让乘客和司机互相认识大概的、简单的照片上的形象，如果照片是夏天的、冬天的乘客或司机已经穿上了厚的冬装，辨认起来就很困难)。

同理，人们在玩网络游戏的时候，很多人希望把主角的形象换成是自己的形象(包括身体和头像及服装完全和自己一致)，这样在游戏里满足感会更强，队友的识别度也会更高。

而人们在网络上购买服装的时候，如果有一个和自己一模一样的3d虚拟人体形象在计算机、移动终端等使用设备中供人们使用，再配合服装3d成像技术，则可以解决现在网络服装购物时的试衣问题。因为这个人体的虚拟形象和自己完全一致，在网络试衣的时候，就能显示出自己穿着这套服装的效果。

当然，不仅仅是自己的形象。在电脑及智能终端中快速、方便、准确的建立自己需要的、包括自己创作的、自己喜欢的等多种3d虚拟人体形象，是目前计算机进入人们生活后自然的商业需求。这种需求在目前的技术情况下，不太好完成，所以大家多以平面的技术如绘画或者照片来满足自己的需求。比如微信或qq，自己名字的标识图片只能用一张自己的图片。再比如滴滴打车第一次使用时，也只能按要求上传自己的平面照片供人识别。

综上所述，目前，如果人们需要一个3维的、立体的、能够各个角度动起来的、随时应用的、并且能够随时方便建立、修改并使用的3d形象，仍然是非常困难的事。

特别是最近几年，vr等虚拟现实技术蓬勃发展，人们在计算机、移动终端或其他虚拟现实设备中使用这些技术时，如果每个人都有一个自己想要的、能够达到上述应用里的技术要求的3d虚拟形象，将会给使用者带来极大的方便。

目前，很多人致力于实现这个目的，也采取了不同的技术方式希望达到这个目的。但因为这些技术都有不太完善的地方，所以3d虚拟形象的应用至今还不能在计算机及应用技术中普及。

比如在前文所述的游戏领域，在很多游戏里，特别是角色扮演类和虚拟现实类游戏里玩游戏的人一直希望能把自己的3d虚拟形象显示在游戏中，但目前国际、国内的游戏仍然没有好的技术方案解决这个难题。

有一些游戏软件给出的解决方案是，游戏玩家输入自己的标准正面头像及侧面头像上传至游戏，由计算机自动模拟出整体3d的视觉效果植入游戏中。这种方式不很理想，因为只能输入标准正面头像和标准侧面头像，所以游戏者的头像在游戏中出现时，很多半侧面的形象是软件自动生成的，和游戏者的形象不能完全一样。且目前游戏软件一般只能输入头部，游戏者进入游戏后身体也是游戏软件设定好的，和游戏者的全身形象依然不同。

再比如前述的虚拟试衣技术，在中国专利局申请号码为2013800409784的“基于化身的虚拟试衣室”的专利申请的说明书上关于技术的说明节选为“……在计算机上指定的方法包括从图像中捕获组件接受用户的身体的图像……”

另一个中国专利局申请号2015102566174的专利申请“一种智能试衣系统及其虚拟试衣方法”，所采取的技术在说明书上关于技术的说明节选是“……用户试衣时，通过……摄像头拍摄本人试衣照片……”

前文所述的游戏及两个虚拟试衣技术所采取的方法虽然略有不同，但它们在计算机应用中建立3d虚拟人体形象的方式都是先通过外部设备采集数据(这里主要是指图像采集，使用设备包括摄像头、3d扫描仪等设备)然后输入计算机进行数据处理(主要是图像处理，使其立体化)，然后输出处理好的图像到计算机终端或智能移动终端显示最终效果并应用。

所以，目前产生3d虚拟人体形象的方法都是基于外部采集数据→计算机处理→效果显示及应用这种方式方法。这些3d虚拟人体形象不论应用范围如何，都是通过外部设备采集到图像后利用计算机软件进行处理后的产物。这样的解决方案在现有技术下存在一些不足，主要原因有表现在以下几点：

设备贵且不普及，现在的输入技术，如果用3d扫描仪还是比较昂贵且不普及，普通人不易取得。如果用摄像头输入又需要多个摄像头多角度拍摄生成，对场地要求高。普通人必须到专门的多摄像头拍摄场地才能操作并得到自己的3d虚拟形象。

操作不宜，上述软硬件操作起来要经过专业的培训，因此不能够在大众中普及。

计算机采集的图像数据要经过软件的立体化，视觉优化及表面材质等各个方面的数据处理后才能应用，但不同的软件处理的效果有好有坏，且操作软件对普通消费者来说有一定困难。

另外，人体的外形是经常变化的，比如入会长胖或变瘦，青少年会长高。如果采用上述技术，则身体有明显变化的时候又要把上述复杂的程序再重复一遍。

这种通过外部采集身体数据的方法还有一个弊端，人体在平时的状态是穿着服装的，这样采集的图像数据是人体穿着服装的外观立体图像数据，而人的衣服经常变化。不可能每次换了衣服就重新采集图像数据。

比如现在各大商场内经常有的所谓3d形象打印店，就是使用类似的技术，然后配合3d打印机出来的产品。但它对客户的数据扫描是纯外观的，有服饰穿着的，同时数据储存在电脑后，只能用3d打印机打印出来一个模型，不能在电脑中随时更改、替换、并且没有应用属性。

所以，目前还有一些需要在自己的产品中使用3d虚拟人体技术的制作公司知道上述“输入外部采集数据→计算机处理→显示图像及应用”的方式在目前的技术条件下存在众多不足，就采取了另外的处理方式来解决这一难题。

比如中国腾讯公司的qq游戏应用给出的解决方案是让游戏者在游戏商城里购买自己喜欢的服装服饰，配合自己给出的既定的平面形象，让游戏者自己装扮完成一个自己喜欢的网络虚拟形象。

美国的微软公司的xbox游戏的解决方案和qq游戏类似，也是设定好一些服装和形象后由游戏者自己搭配，形成自己在游戏里的虚拟人物形象。

这种解决方案的缺陷也是很明显的，这种由设定好的元素拼接搭配出来的、参与游戏的形象和游戏者本身没什么关系，游戏者的娱乐性和参与感就都打了折扣。

虚拟人像构成的技术及方式的不成熟，已成了目前计算机应用技术的羁绊，也让很多公司的产品和服务体验受到很大影响。比如在中国非常需要虚拟试衣技术普及的网络销售平台天猫商城，就只好采用了目前称之为“魔搭”的试衣技术。

“魔搭”的操作方式是在网络里有一个平面的、设定好的2维人像。当客户挑中衣服后，以平面的形式遮盖在设定的人像上。这个人像的形象是固定给出的，和消费者的形象完全不同，这个人像也是不能动的平面效果。可以说，这样试衣出来的效果比较简单，服装的展示效果相对也不理想。

技术实现要素：

为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种全新的、在计算机应用里生成3d虚拟人物形象的技术和方法。使人们能够轻松的在网络中生成并使用自己的3d虚拟人体形象(可以是自己，也可以是别人)。这种3d虚拟人体形象和生活中的原型相似度极高，且操作简单，普通人能在短时间内生成自己想要的任何虚拟人物形象(包含身体和头部以及服饰)

同时，如果人体外观发生变化，这种技术可以随时修改，使之与自己想要的形象相吻合。

本发明解决的技术方案是：建立一整套完整的，按照人体外观生长规律组成的形象库，这个库由可自由组合、拼接的具备人体全部生长特称及外部形象特征的文件组成、这些素材文件涵盖了人体头部、五官、躯干、四肢、毛发、皮肤的局部人体外观以及基本服装和服装外观肌理。这是一个可自由调出使用、调整变化、组合的3d虚拟人体外观形象组件库。每一个文件都带有全方位展示、运动及其它应用属性。(见图1)

当人们需要在网络里建立自己需要的3d虚拟形象时，可以把组件库里的图形文件按照自己即将组合的人体特征调出自己需要的部分，通过拼接和组合，即可形成自己需要的形象(目前在计算机和智能终端的软件中，组合技术本身早已非常成熟，比如3dmax等软件)。

由于不同的人种生长外观各有不同的特点，这个库是根据人种、性别及年龄等外观生长特征建立的。即在不同的人种下分成男、女两大类，每大类下又分老、中、青、少、幼、婴几部分。使用这个文件库拼接、组合并调整，每个人都能即时拼接、组合出符合自己形态特征的、自己想要的3d虚拟人物形象。

从人体造型的角度来说，人体外观的形象有一定的规律，一是外观结构完全相同，二是外观形状各有不同。

所谓外观结构完全相同，是指这种外观结构有一定的、不会改变的规律。比如人的鼻子，每个人的鼻子生长出的结构外观都有一样的部分，这些部分包括生长方向一样的鼻梁，外观相近的并排长在鼻梁两边的鼻孔，环绕鼻孔形成的鼻翼。这些相同的结构构成了我们每一个人鼻子的基本外形，不论是什么形状的鼻子，从外观上一眼就能看出，这是一个人类的鼻子。

所谓外观形态各有不同，是指由于每个人的性别、年龄、遗传等因素，每个人的鼻子又有外观形状的不同之处，有些人的鼻子比较大，有些人的鼻子比较小。有些人的鼻梁比较挺，有些人的鼻梁比较塌。

所以。这些不同鼻子的外观，都是在相同的生长结构相同的普遍规律下，由于大小、薄厚等外观不一样组成了不同的外观。这些不同外观的五官、面孔及躯干，构成了人的不同相貌。但是由于人类的这些不同的外观结构是相同的，所以外观再怎么变化也在一定的范围内，比如，正常人的鼻梁再挺，也不会有十厘米高，鼻孔再大，直径也不会超过三厘米。

鼻子的生长如此，人体的器官从躯干到五官的生长，都如上述所言，有一定的外观生长规律，在结构相同的同时.外观略有不同。

在本发明中的人体资料库，就是利用了按照上述人体的生长规律所建设并组成的。

我们还用人的鼻子做例子，不同的人的鼻子，从扁到挺，本发明的人体形象库可设定近百个不同值的鼻子的外观。让其外形从扁到比较扁、再到不太扁、再到正常、再到比较挺、再到非常挺。(这个库的鼻子越多，将来使用者组合自己的形象时就越方便，越像自己)，人体的其他部位组合起来也是同样的道理。

当然，如上所述，人体的鼻子和其它器官一样，从它的生长外形上看是有一定范围、有一定规律的，所以这个库不用无限制的制作下去。只要上述的库能够涵盖所有人类的正常五官、肢体和躯干及服装，就可以按本发明完整的组合出一个3d虚拟人体形象，并可以在计算机及智能终端的各个应用程序中使用。

本发明在应用方面解决了目前在网络中建立虚拟人体影像时的种种不足。

本发明因为是采用了非平面的3d方案，因此，在本库中调整、拼接、组装好的人体是可以从各个角度观看的。同时，在目前非常成熟的动画技术下，这个模型可以做出各种动作，并带有动作、表情属性。方便的应用在计算机及各种智能电子移动终端应用中。

另外，这个3d虚拟人体资料库调出素材进行拼接的方式非常简单，组操作比较容易，使用者使用这个方案，所需要的只是找到符合自己形象特征的组件，然后拼接组合。不需要专业的培训。如果不满意，可随时更换，简单易用。

同时使用者按照这个方法拼接自己的网络虚拟3d形象也很便捷。使用者从开始拼接到最后结束，只需要依次挑出自己的头部、五官、躯干、四肢、服装就可以完成。不需要很久的时间。

即使使用者的身材发生变化，比如生长、变胖或者变瘦等。只要随时找出合适的3d人体文件替换、修改自己的拼接组合就可以。

这样的技术方案明显优于现在的各类虚拟人像创建技术，原因是每个人、每个使用者都了解自己的形象，从而很容易找到符合自己形象特点的拼接组合文件。比起输入数据后靠软件模糊处理后的图形要更精确，和自己的形象更相符合。

同时，本发明也解决了上述“外采数据输入计算机-计算机处理-显示应用”方式的不足，因为如果计算机内部存储着本3d人体形象素材库，外部数据采集后，完全可以由计算机分析数据，自动从本库中调出外观数据最接近的素材文件，自动拼接组合成一个全新的人体3d形象。

下面结合附图对本发明做进一步说明

图1是本发明所述的素材库的结构图例，通过图例可以看出，当使用者需要使用本发明时，可以非常按照自己的实际情况，一步一步方便的提取到自己所需要的文件。

图2是一个人的形象照片，假定他本人要使用本发明，他只需在本发明说提到的人体外观文件库中提取和自己形象想符合的文件，就可以拼接、组合到一起。

从图2中可以看到，他是一个黄种人，所以他从本库中随时可以调出他需要的脸部文件，组合在一起。

仍然以五官中的鼻子举例子。图3是本发明中的关于3d人体中鼻子的图库的一部分。他的鼻子外观属于比较正常的，所以可以从库中找到比较接近的那个文件，经过组合尝试，最后定下来，标号006号的鼻子文件和其实际最接近。而007、008的外形过于挺拔，和使用者的鼻子外观不符.所以把006号文件调出使用就可以了。(实际文件为3d文件，在显示屏中显示，此为平面示意图)

五官其它部分及躯干等部分和服装部分，同样依此操作即可形成和自己外观相似的3d虚拟人体形象，全部做好后，就可以它应用到计算机或智能移动终端的各个应用中了。