基于虛擬現實技術的服裝搭配展示系統研究

崔 磊，楊一平

（吉林師范大學博達學院，吉林 四平 136000）

多媒體技術與計算機科學技術的迅速發展，為虛擬化試衣的實際應用提供了很好的技術支持。虛擬現實技術在諸多領域中的成熟運用，促使更多的研究者針對此項技術展開了研究。目前，虛擬現實技術已運用于社會經濟的方方面面，并具有較強的表現力和真實感。服裝搭配是文化藝術的一種重要表現方式，具有濃郁的藝術氣息，具有搭配創新和文化內涵相結合的特質[1]。本研究分析了服裝搭配展示平臺的數字化展示設計，利用虛擬現實技術完成了虛擬服裝展示平臺場景的設計，其交互功能也可利用Unity3D引擎完成。該研究成果的主要價值在于使用虛擬現實技術與服裝展示平臺作為載體，進而表現出服飾的不同搭配方式。將虛擬現實技術運用于服飾新樣式的展示上，可以反映出更強的交互性和趣味性，也可以讓用戶更好地理解和搭配服飾。現階段，隨著虛擬現實技術迅速發展，根據用戶實際需求開展的研發工作也在不斷深入，從服裝行業的發展現狀出發，如何把虛擬現實技術和現代服飾潮流相融合，成為人們關注的重點。

1 虛擬現實技術

虛擬現實技術（Virtual Reality，VR）是計算機仿真學的一個主要分支，是指通過計算機仿真形成一種三維的虛擬世界，可對人們的視、聽、觸等感覺進行仿真，讓人能更準確、沒有阻礙地看到三維現實空間中的內容。虛擬現實技術所展示的畫面具有強烈的真實性和代入感，能讓人身臨其境。虛擬現實技術的實際應用需經歷3個階段：第一個階段是三維模擬過程，將可利用VR表現的內容用三維模擬的形式表現，這樣也更加真實；第二個階段是通過編寫腳本程序人和環境的互動；第三個階段是將前兩個過程相融合，最后創建出完善的虛擬現實環境完成互動體驗。使用的工具軟件大致可以分為3種：（1）場景模型軟件，其典型研發方式為3D Studio Max；（2）人物模型管理軟件，其典型研發方式是Zbrush；（3）腳本開發管理軟件，其典型研發方式為Unity3D引擎，所用的設計編程語言以C語言居多，數據使用可擴展標記語言（Extensible Markup Language，XML）文檔存儲[2]。

2 系統功能架構

本研究主要從基于虛擬現實技術的虛擬試衣機制、基于對象全景圖的網絡服裝展示技術、服裝展示系統的設計與實現等方面進行分析，最終建立了一個較完善的虛擬VR服裝展示系統。

2.1 虛擬試衣功能

采用案例驅動的虛擬試衣機制，利用案例推理獲取與用戶體型特點最契合的服裝陳列案例并進行服飾的個性化陳列。首先對人及服飾的特征參數進行界定，其次收集服飾案例并形成實例庫，在輸入使用者體型特征參數之后，通過實例推理機制在實例庫中檢索出與使用者體型特征最契合的服飾展示案例，得到符合使用者體型特征的個性化服裝展示效果。關于案例搜索，論文作者通過計算相似度的方式來搜索最接近案例（與使用者體型最契合的服裝展示實例），并設計了基于相似度計算的實例檢索算法，計算步驟主要由參數權值計算和相似度運算兩個部分構成。

在圖片搭配、圖片搜索等過程中，虛擬試衣機制發揮了良好的適應性，與全局特點相比，局部特性之間并不具備密切的聯系，因此，即便圖形中出現缺損，對其他特點間的配合也不會產生負面影響。對局部特征提取算法加以分析研究表明，其呈現出較強的魯棒性，可以切實消除部分干擾可能，使特征的提取工作順利完成。就當下圖像可以局部獲取的狀況來說，即使尺度不變，特征變換算法的使用仍比較普遍，從旋轉干涉、亮度干擾、光噪聲影響等方面來說，其魯棒性也較高。除此之外，高效率、擴展度等方面的優點也顯而易見[3]。

體型參數計算過程如圖1所示。

圖1 體型參數計算

2.2 全景圖展示

為滿足服裝搭配平臺中對服裝展現方式的新需求以及根據目前虛擬現實服裝展示方法中存在的缺陷，本研究選擇了基于對象全景圖的服裝呈現方式，大致流程如下：首先完成圖片收集，其次對收集到的圖片進行拼接，最后利用虛擬現實技術呈現服裝的整體效果。該過程需要先錄入人體器官數據，建立基本的人物模型，再根據不同年齡段的人體特征（如兒童、婦女、老人）建立一套完善的人體模型，并在虛擬現實平臺中進行服裝搭配，展示不同類型人群的服裝搭配特色。這種服裝展示方式具備實時性與交互性的優點，能夠使瀏覽者自然、動態地從各個角度觀察服裝的整體展示效果，使消費者更自信地選擇服裝，增強消費者的購物欲望[4]。圖像顯示流程如圖2所示。

圖2 圖像顯示流程

在對服裝的圖像信號加以檢測并將其特點進行呈現的過程中，全局特征提取計算的應用范圍較大，主要特點可以分為3種：其一是外形特點，也就是對服裝外部輪廓形狀加以提取，進而確定其款式特點，比如通過卷積計算就可以獲得目標輪廓形狀，然后對初始圖形進行處理，消除目標輪廓形狀線以外出現的影響部分，進而可以得到特點矩陣，最后將目標圖形區域切實抽取出來。其二是表面紋路特點，也就是對出現在服裝圖像表面的各種紋理加以提取，進而確定面料特點。其三是色彩特性，即利用色彩信息達到標識目的，在對色彩特性進行表述時，色彩直方圖是有效的方式，對常用色彩空間進行定義后，再對服裝圖片中的各個像素點加以計算，進而對色彩分布形成正確的認識，并且在魯棒性方面具有突出的優點。

2.3 服裝搭配平臺

服裝搭配功能架構是整個服裝VR展示網絡平臺體系的主要功用內核，雖然服裝觀賞和互動的基本操作具體細節實施都由操作系統平臺實現，但整個系統網絡平臺所要完成的操作不是單一地添加服飾虛擬場景到整個系統中，而是整個系統網絡平臺為服裝搭配過程提供服務功能支撐，從服飾搭配場景選擇到對服飾款式、顏色、尺寸等的互動控制，都離不開整個系統操作系統網絡平臺的底層支撐[5]。

首先，系統平臺必須完成所有服裝場景的選取、添加與制作，還必須對與服裝有關的交互功能進行相應的初始化設置，包括各類服裝揀選的設置功能、服裝搭配交互初始化功能、試服的初始化功能、服裝操作功能等。綜合上述要求，整個操作系統平臺的全部基礎層操作功能實現都被包裝到了操作功能架構中，以方便在完成交互動作時開展實際調度使用和操作功能的維護與管理等工作。

其次，數據接口可以用來完成對外部數據的使用。數據接口是根據具體服裝搭配操作設計，第一人稱角色信息進入虛擬場景后，系統平臺便利用數據接口，將具體的服裝數據模型應用到該虛擬場景中，同時，將具體服裝互動操控內容以及人物模型數據信息等添加到系統中。

3 服裝搭配VR展示平臺的設計

3.1 系統平臺設計框架

系統平臺包含服裝搭配的具體細節模塊、各種功能實現和數據連接的應用，如開啟應用場景、閱讀系統配置消息等。數據分析界面加載了虛擬服裝的搭配信息并較為創新地實現了人物服裝效果的預讀取，包含將服裝平臺應用場景、服裝效果展示模型以及角色信息數據等添加到操作系統中。這些信息數據都采取了外部存儲的形式，包含場景信息數據、任務信息數據、界面信息數據、角色信息數據、操作系統觸發信息數據和動作信息數據等，并且系統中的全部信息數據都通過XML和數據庫化兩種方法進行了保存。XML是可擴展的標識語言，是用來標識電子文檔并使之具備結構和層次性的標識語言，也適用于標識數據、定義數據型別，是一個允許使用者自己定義類型的開源語言。其中，數據庫系統則使用SQL SERVER數據庫保存模型信息數據。

服裝平臺功能框架如圖3所示。

圖3 服裝平臺功能框架

3.2 交互操作設計

人機交互方面的設計主要表現為人機交互與系統之間交互。人機交互設計借助平臺中的UI產品設計模板、空間接觸產品設計模板，能非常便捷地設計出不同空間環境和接觸各種圖形用戶，進而為服裝VR展示平臺的人機交互設計提供基礎條件。該服裝搭配展示系統的人機交互設計主要支持HTC VIVE設備以及各種互動裝置[6]。與操作系統間的人機交互設計則主要表現為數據通信與數據交換的模式，該服裝搭配展示系統主要使用了XML語言作為系統數據存放格式，也就為該服裝搭配展示系統與其他主流操作系統間的溝通奠定了數據基石。在通信方面，主要使用了異步通信技術與其他操作系統建立聯系，特征是利用主從的關聯實現對接口數據的查詢。其中，發送數據的系統稱為主動操作系統，即將接口數據存儲在專為兩個操作系統之間交互設置的空間；接收信息的操作系統為從屬操作系統，即接收由主動操作系統發送的數據[7]。

4 結語

本研究將基于Unity3D的虛擬現實技術運用于服裝搭配平臺的演示與教學中，場景采用露天場地，通過自由組合各種服裝素材實現搭配的多樣性，將用戶引入真實的三維情境中，使服裝搭配內容更加生動化，使服裝搭配形式也更加豐富多彩，在一定程度上提高參與者對服裝搭配的認知程度與學習興趣，基于虛擬現實技術的服裝搭配展示系統的高沉浸感和強互動性等特點，為服裝搭配學習者提供全新的數字化教學方法。