JPH09223247A - 衣服の動きのシミュレーション方法 - Google Patents
衣服の動きのシミュレーション方法Info
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- JPH09223247A JPH09223247A JP8030366A JP3036696A JPH09223247A JP H09223247 A JPH09223247 A JP H09223247A JP 8030366 A JP8030366 A JP 8030366A JP 3036696 A JP3036696 A JP 3036696A JP H09223247 A JPH09223247 A JP H09223247A
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Abstract
に適用可能な衣服の動きのシミュレーション方法を提供
する。 【解決手段】 人体20の形状と、衣服の形状、特性、
縫製情報とに関する情報とによって、衣服の質点24の
初期位置を定め、次に質点24と人体の構成要素20と
の対応関係を定め、人体20の移動ベクトル28に対応
するベクトル34を質点24にベクトル加算した後、質
点24と人体20との衝突を計算して衣服の形状の変化
を求め、CG表示する。
Description
における、衣服の設計、型紙の設計、および試作した衣
服の評価のための衣服の動きのシミュレーション方法に
関し、特に、実際に衣服を試作することなく、さまざま
な種類の生地の物理特性を用いて、人体の動きによる衣
服の形状変化を計算して視覚的に表示することにより、
設計や評価に有用な情報を与えるためのものである。
ンするアパレル産業界を初め、テレビジョンなどを用い
た通信販売における衣服の試着シミュレーション、ゲー
ムやアニメーションにおける人物の動き、VR(Virtua
l Reality )に登場する人物の服装のシミュレーショ
ン、近い将来に実現することが考えられる、いわゆるテ
レビ電話における衣服のカムフラージュのための利用な
どが考えられる。
けでなく、衣服をまとう人体形状にも大きく依存する。
人体が衣服をまとう状況を計算するには、人体と衣服と
の衝突を計算する必要がある。そしてその計算のために
は正確な衝突モデルを使う必要がある。
つの部分に分けられる。衝突検出とは、衣服のどの部分
がどれのどこと衝突するかを算出するためのものであ
り、衝突処理とは、衝突した部分がどのように動きを変
えるかを算出するためのものである。これらのうち、特
に注目すべきは衝突検出である。
およびドレープ性を物理的な法則に従って計算する手法
がある。これらは有限要素法を用いており、その例とし
て繊維高分子研究所報告第142号(1984)「コン
ピュータによるドレープ現象の構造解析」および「綿要
素を用いた衣服の立体性の予測法」、ならびに特開昭6
3−303106号公報(発明の名称「衣類の着用状態
を予測表示する方法」)などがある。
場合にだけ計算が可能であり、人体が動くような場合に
は計算ができないという大きな欠点があった。
は、1988年にTerzopoulos とFleischer により“De
formable models ”,The Visual Computer, Vol.4, pp.
306-331, 1988. が発表されている。このモデルは、時
間軸に沿って布の変形を計算する動的モデルである。
想的な斥力を想定し、人体から衣服を押し出す力を発生
させ、人体と衣服との衝突計算を行なっている。そのた
めTerzopoulos らのモデルでは、布の変形状況を安定に
計算することができず、実際上人体が動く場合の衣服変
形状況をシミュレートすることはできなかった。
ては、Thalmannらの研究がよく知られている。その研究
の一例としてP.Volino, M.Courchesne, N.M.Thalmann:
Versatile and Efficient Techniques for Simulating
Cloth and Other DeformableObjects, Computer Graphi
cs Proceedings, pp. 137-144, 1995. がある。
ては、注目点に最も近い距離にある部分を算出する手法
が用いられている。Thalmannらの手法では衣服の中にあ
る人体形状を非常に簡略化して計算量を減らしてはいる
ものの、本質的に計算に多大の時間がかかるため、実用
的な衣服のシミュレーションを行なうことは実際上でき
なかった。また、シミュレーションをより正確にするた
めに人体の形状を複雑にすればさらに多くの時間がかか
るという問題点があった。
田による「仮想服飾環境PARTY −衣服形状計算におけ
る、衣服と人体との衝突計算方法−」電子情報通信学会
論文誌,vol.J78-D-II,No.3,pp.483-491 (1995)があ
る。この方法では、衝突検出を、注目点の単位時間当た
りの動き予測ベクトルの方向と範囲とに限定して探索を
行なっている。そのためこの方法では、比較的効率よく
衝突検出を行なうことが可能である。
りの動き予測ベクトルの方向と範囲とに限定して探索を
行なう衝突検出では、衝突物体間の相対速度が大きく、
単位時間間隔当たりの衝突物体の相対的移動距離が大き
い場合に、衝突の検出もれが発生するという問題があっ
た。この問題を避けるためには、単位時間間隔当たりの
相対的移動距離を小さくする必要があり、そのために人
体の動きと衣服の動きとの相対速度を小さくする必要が
あった。実際の応用にあたっては、単位時間間隔を非常
に小さく設定するか、人体の動きの速度を十分に遅くす
る必要があった。その結果この方法でも、衝突の検出も
れが発生しないように計算を行なおうとする場合、計算
に時間がかかりすぎるという欠点があり、実際上衣服の
動きのシミュレーションを行なうことはできなかった。
人体の動きが速い場合に、衣服と人体との衝突が検出で
きなくなるということにより生ずる。以下にその問題点
を図を参照して説明する。
分割して多くの微小な質点で表現する。また人体は3角
パッチで構成される。布を構成する質点が人体と衝突し
たときに、どのように跳ね返されるかを計算した後、各
質点間に布の自己形状を保持する制約を与えることによ
り衣服形状を計算する。
は、点と面との衝突になる。図7を参照して、この衝突
の検出は、布モデルの質点(衝突物)102の位置か
ら、探索ベクトル104に沿って、衝突する3角パッチ
面(被衝突物)100を探索することにより行なう。こ
のとき、図7に示されるように、探索ベクトル104の
範囲に被衝突物100がある場合には衝突検出が可能で
ある。しかし、図8に示すように、探索ベクトル104
の範囲に被衝突物100が存在しない場合には、衝突検
出が不可能となる。
間間隔(Δt)を微小にすることで、ある程度解決する
ことができる。しかしそうした解決方法は、本質的な解
決法法ではなく、また単位時間間隔(Δt)を微小にす
ることで、所定時間のシミュレーションを行なうために
必要な計算量が膨大にかかるという問題点がある。
すると、布モデルの質点が人体の内部に入り込んでしま
う。一方、布の自己形状保持力によって質点は人体内部
から出ようとする。そのためこの場合、質点が人体の内
面と衝突してしまい。これを人体の外へ押出すことは難
しいために、衣服の形状の計算を続行することは不可能
になる。
ュレーション方法は、衣服の設計や評価に利用はできる
ものの、そうした分野でも衣服のリアルタイムのシミュ
レーションなどには適用できず、同様に上に挙げたゲー
ムやアニメーションにおける衣服のシミュレーション、
テレビジョンなどをもちいた通信販売における試着シミ
ュレーションなど、多くの有用な用途に適用できないと
いう問題点があった。
は、人体の各要素と、対応の衣服の各要素との間の衝突
を確実に検出できるようにすることにより、実時間で、
人体に装着した衣服の動きを正確にシミュレートして表
示できるようにし、それによって衣服の設計や評価に有
用であるのみならず、さらに多くの用途に利用可能な衣
服のシミュレーション方法を提供することである。
要素と、対応の衣服の各要素との間の衝突を確実に検出
できるようにし、かつ高速に人体と衣服との間の衝突演
算を行なうことによって、実時間で、人体に装着した衣
服の動きを正確にシミュレートして表示でき、それによ
って衣服の設計や評価に有用であるのみならず、さらに
多くの用途に利用可能な衣服のシミュレーション方法を
提供することである。
理により、人体の各要素と、対応の衣服の各要素との間
の衝突を確実に検出できるようにすることにより、実時
間で、人体に装着した衣服の動きを正確にシミュレート
して表示でき、それによって衣服の設計や評価に有用で
あるのみならず、さらに多くの用途に利用可能な衣服の
シミュレーション方法を提供することである。
係る衣服の動きのシミュレーション方法は、人体の形状
と、衣服の形状と、この衣服の生地の物理特性と、衣服
の縫製情報とに関する情報を準備し、衣服の、人体に着
装させるため初期形状を定めるステップと、人体の形状
に関する情報を、人体の所定の動作に対応して変化させ
るステップと、人体の動作に対応する、人体の形状に関
する情報の変化に応答して、人体に装着された衣服の形
状の変形を計算する計算ステップと、変化させるステッ
プと計算ステップとを繰返し、衣服の形状の変化を、コ
ンピュータグラフィックスを用いてアニメーション表示
するステップとを含む。計算ステップは、人体の形状を
構成する要素と、人体に着装された衣服を構成する要素
との対応関係を予め求めるステップと、人体の形状を構
成する各要素の動きを、対応する、衣服を構成する要素
に伝達するステップと、人体の形状を構成する各要素の
動きを伝達された、衣服を構成する各要素と、人体との
間での衝突計算処理を行なって、衣服を構成する各要素
の位置を定めるステップとを含む。
構成する要素との対応関係を求めておき、人体の形状を
構成する各要素の動きを、対応する、衣服を構成する要
素に伝達した後に人体との間での衝突の計算処理を行な
うので、人体の形状を構成する各要素と、衣服を構成す
る要素との間の相対的な移動は、このように人体の形状
を構成する各要素の動きを衣服の構成要素に伝達しない
場合と比較して小さくなる。人体の動きが速い場合に
も、従来の静的な方法を用いて衣服と人体との衝突が確
実に検出できる。そのため、従来のように衝突が検出さ
れない事態が発生することにより衣服の形状計算が続行
不可能になるおそれは少なく、人体の動きが速い場合で
も確実に衣服の動きをシミュレートすることができる。
衣服の動きを実時間でシミュレートすることが可能にな
り、衣服の設計や評価のみならず、上述したような他の
さまざまな用途に利用することが可能になる。
シミュレーション方法は、請求項1に記載の発明の構成
に加えて、対応関係を予め求めるステップが、衣服表面
の注目点の位置から、設定された探索範囲の領域内に存
在する、最もこの注目点に近い人体の要素を、この注目
点に対応するものとして対応関係を定めるステップを含
むことを特徴とする。
動量を基準として、衣服と人体の各要素の対応関係を定
めるので、人体の動きの速さの影響を受けずに、人体と
衣服との対応関係を確実に定めることができる。
シミュレーション方法は、請求項1に記載の発明の構成
に加えて、伝達するステップが、人体の各構成要素の単
位時間当たりの移動ベクトルを求めるステップと、求め
られた移動ベクトルを、対応する、衣服を構成する要素
の位置座標ベクトルにベクトル加算するステップとを含
むことを特徴とする。
体の動きを衣服に伝えることができるので、人体と衣服
との相対速度を十分に小さくする実用的な手法を得るこ
とができた。
置とは、人体とその動き、衣服を含めた服飾要素、およ
びバックグラウンドとなる環境に関する情報を用い、物
理的な法則に基づく計算を行なうことによって、仮想的
な服飾環境を計算機の内部に構築するものである。その
計算内容は、人体、環境、服飾の3種類の要素から構成
される。
的な3角パッチで表現した3次元形状データである。こ
の人体に動きのシーケンスを与え、仮想環境の内部で動
かす。
要素(椅子やテーブルなどの他、重力や空気の抵抗など
を含む。)である。
セサリーなどである。衣服には、布の力学的物性値と、
型紙形状と、縫製情報とを与える。
けばその動きに伴って衣服の形状も変化する。操作者
は、人体と、環境と、服飾要素とのいずれにも操作を加
えることができる。その操作によって生じる影響は、計
算機で実時間に計算され、コンピュータグラフィックス
(CG)によって結果が操作者に提示される。
mputer-Aided Design )からさらに進んで、人間の創造
性を引出すためのツールとなるだろう。
したような衣服の動きのシミュレーションを行なう方法
を実現する。まず、本願発明においては、人体と衣服と
の相対速度が大きな場合にも計算を誤りなく行なうため
に、衝突計算の手順の前に人体の動きを衣服に伝達する
ことにより、人体と衣服との相対速度を小さくするよう
にした。人体と衣服との相対速度が十分小さければ、従
来の布変形状況を算出する動的モデルに代えて、人体が
静止している場合に用いられる従来の静的な衝突計算方
法を適用することが可能になる。この方法では、ボール
が速い速度で突然衣服に衝突してくるような場合の衣服
の動きをシミュレートするのは難しいが、衣服をまとっ
た人体が動くような場合には、十分に対応して実時間で
衣服の動きをシミュレートすることができる。また、処
理内容も人体の動きを衣服に伝えるだけなので、後述す
るように簡単な方法で実現することができ、実用的であ
る。
さくするための人体動作伝達方法の処理は、(1)人体
と衣服との対応点の計算と、(2)人体の動きによる衣
服対応点の座標移動、とに分けられる。これらについて
以下図1を参照してその手法を説明する。
質点22、24および26との間での衝突を計算する場
合について説明する。またこの場合、人体20が点線の
楕円30で示される位置まで移動するものとし、この人
体の単位時間中の移動量を表わすベクトル(以下「移動
ベクトル」と呼ぶ。)28をvb Δtとする。このと
き、たとえば布質点24の位置から、人体の単位時間当
たりの最大移動量に余裕分(3cmから9cm)を加え
た範囲の領域内で探索し(32)、この質点24に対応
する人体の3角パッチ20を見つける。このようにし
て、布の各質点と、人体の3角パッチとの対応関係を定
める。
24の座標を、対応する人体の3角パッチ20の単位時
間中の移動ベクトルvb Δt34分だけ移動する。具体
的には、質点24の座標を位置ベクトルとして、この座
標位置ベクトルに移動ベクトル34をベクトル加算す
る。
すように、人体と、その人体の3角パッチに対応する衣
服の質点との間の相対速度は、衣服の変形分だけにな
る。そのためこの相対速度は十分に小さくなり、人体と
衣服との静的な衝突計算方法を適用して、各質点22、
24および26の移動分36、38および40を計算す
ることが可能になる。もちろん人体が静止している場合
には、人体の動きの伝達処理を行なう必要はないが、人
体の動きの伝達処理を行なっても同じ結果を得ることが
できる。また、人体と衣服との対応点の計算も、人体の
うち、動きのある部分のみを計算対象にすればよい。
度を小さくした後に、衣服と人体との衝突および衣服同
士の自己衝突の計算を行なう。このとき、人体の動作を
衣服に伝達することによって、人体の動きの影響は既に
布の動きに反映されている。そのため図1(C)に示さ
れる段階での衣服と人体との間の衝突計算では、人体の
動きがないものとして取扱わなければならない。
方法について具体的に説明する。衣服形状計算は、次の
式(1)に示す力の釣合い式で記述することができる。
しているが、それぞれの力の説明を次の表1に示す。
下、下線はベクトルを示す。)は、衣服や人体の計算点
の3次元座標ベクトル(rx ,ry ,rz )を示す。
r′は速度ベクトル、r″は加速度ベクトルをそれぞれ
表わす。式(1)の各項のうち左辺の第4項は、質点間
相互の制約を表わしている。また左辺の第6項は、人体
と布、布同士の衝突の制約を表わす。右辺の第2項は、
人体の動きにより布が受ける制約を表わしている。これ
ら式(1)の左辺の第4項および第6項ならびに右辺の
第2項は、他の力と比較して大きなものになる。そのた
め、式(1)の解き方には工夫が必要になる。
行、第2行、などとして各行を指定する。また表1の
「力」の列を第1列、「内容」の列を第2列、「関数」
の列を第3列として以下説明する。
いる。これらはいずれも[x,y,z]の3次元ベクト
ルである。この各要素はそれぞれ時間tの関数である。
表1の第4行第3列の式において「Ω」は領域(衣服)
全体についてこの表に示した計算を行なうことを示す。
表1において筆記体で記載した小文字のLは、ある点と
他の点との間の時刻tにおける距離を、同じく筆記体で
記載した小文字のL0は上記した2点間の初期長さをそ
れぞれ表わす。またΨは、布特性を計るためのKES
(Kawabata Estimate System for fabric )法での引張
り特性の測定値を示している。なお、本実施の形態では
布の特性を測定する上でKES法を用いているが測定法
はKES法のみに限定されるわけではなく、目的に応じ
て他の適切な方法を適用することができる。
る質量を示す。表1の第2行第3列のρair は空気の摩
擦係数を、第3行第3列のρclh は布の摩擦係数を、そ
れぞれ示す。またφはKES法による曲げ特性の測定値
を示している。
を式(1)から分離し、順次それぞれの制約の影響を与
えていけば、この式を解くことが容易になる。
(N)(N=0,1,2,3)は、その変数が第N次近
似精度のものであることを示している。以下に、この式
(2)に従って衣服の動きのシミュレーションを行なう
装置および方法について説明する。
ミュレーション方法を実現するための装置50の概略
を、図3にそのブロック図をそれぞれ示す。図2および
図3を参照してこの装置50は、マウスなどの入力装置
60からなる操作部分と、高速グラフィックス装置52
を持つ表示部分と、高速の演算を行なうための演算装置
54および並列計算装置58と、プログラムやデータを
格納するための外部記憶装置56と、図示されない、演
算装置54や並列計算装置58内のCPUとメモリとの
間の高速通信を行なう通信装置とからなる演算部とを含
む。
は、表示装置52の表示内容に対応して入力装置60を
介して操作者から与えられる指令に応答して、その内部
のメモリと、並列計算装置58と、外部記憶装置56と
を用いて以下のような計算処理を行なう。なお、以下の
計算処理では、布を構成する多数の質点について同様の
ベクトル計算を多数行なうため、それらベクトル計算
は、各点ごとに並列に、同時に行なうための並列計算装
置58が設けられている。演算装置54は、そうしたベ
クトル演算以外の演算と制御とを行なう。なお既に述べ
たように、演算に必要な人体データや布に関するデータ
などの初期情報は外部記憶装置56に格納されているも
のとする。
って実行されるプログラムの制御の流れを図4を参照し
て説明する。
きな力になる制約を外して、初期値として(r (0) ,
r′(0) )を設定する。
の運動方程式を解いてr′を求める。
用いて、(r (0) ,r′)を用いて、人体の動きの制約
が満たされるr (1) を求める。このステップ74の処理
が、人体の速度を衣服に伝達する処理を行なう部分であ
って、本願発明の大きな特徴である。
を用い、式(2)の第3式に従って、布形状保持の制約
を満たすr′(2) を求める。
用い、式(2)の第4式に従って、布と人体、布同士の
衝突の制約を満たすr′(3) を求める。
(3) )を用いて布形状の更新を行ない、ステップ82で
この更新した値により表示装置52によるCG表示を行
なう。
ての計算および表示が終わったか否かを判断し、終わっ
ていれば処理を終了する。全フレームの処理が終了して
いなければステップ86で、上の計算で求められた(r
(2) ,r′(3) )を新たな初期値(r (0) ,r′(0) )
としてステップ72に制御を戻す。
い、CG表示を行なうことにより、人体の動きに対応し
た布の動きがシミュレートされ、表示装置52上にアニ
メーション表示される。このようにして、衣服を着た人
体に歩行などの動作を与え、具体的には人体の形状を表
わすデータを、そうした人体の動作に対応して変化させ
ることにより、その動作に対応した衣服の動的な変形を
視覚的に見ることが可能になる。
人体の歩行に対応した衣服の変形をシミュレートした実
験について説明する。衣服を人体に着せ付けた後、人体
に歩行動作を与え、衣服形状の変形を計算する実験を行
なった。実験に用いた人体モデルは、1256個の3角
パッチから構成され、17個の部分に分かれていた。こ
の17個の部分は、3軸方向に回転できるように木構造
に連結された。木構造の下位部分は、当然上位部分の回
転の影響を受けるようなっていた。
ープで撮影し、その中の6秒間のシーンから等間隔に2
0フレームを取出した。取出されたフレームすべてに対
して、ビデオ画像中の人体と重なるように、人体モデル
の各関節角度を操作してキーフレームを作成した。さら
に、このキーフレームをもとに0.01秒間隔の動作を
線形補間により作成した。
人用ワンピースを、直立した人体に着せ付けた後、人体
に上述したような歩行動作を与えた。また、衣服には綿
布の特性(自重、曲げ特性)を与えた。
人体の着装状態のCG表示を図5に示す。図6に、本願
発明に従って、人体に歩行動作を与えた際の、人体の着
装状態のCG表示を示す。図6に示すように、本願発明
では正確な衝突検出を行ない、衣服の動きをシミュレー
トすることが可能であることがわかった。特に、既に述
べたような人体の速い動きにも、本願発明の方法によれ
ば正確な衝突検出を行なうことが可能であり、実時間で
衣服の動きのシミュレーションを行なうことができる。
る。
図である。
ログラムのフローチャートである。
示を示す図である。
の人体の着装状態のCG表示を示す図である。
る。
ある。
Claims (3)
- 【請求項1】 人体の形状と、衣服の形状と、前記衣服
の生地の物理特性と、前記衣服の縫製情報とに関する情
報を準備し、前記衣服の、前記人体に着装させるため初
期形状を定めるステップと、 人体の形状に関する情報を、人体の所定の動作に対応し
て変化させるステップと、 人体の動作に対応する、人体の形状に関する情報の変化
に応答して、前記衣服の形状の変形を計算する計算ステ
ップと、 前記変化させるステップと前記計算ステップとを繰返
し、前記衣服の形状の変化を、コンピュータグラフィッ
クスを用いてアニメーション表示するステップとを含
み、 前記計算ステップは、 人体の形状を構成する要素と、人体に着装された前記衣
服を構成する要素との対応関係を予め求めるステップ
と、 前記人体の形状を構成する各要素の動きを、対応する、
前記衣服を構成する要素に伝達するステップと、 前記人体の形状を構成する各要素の動きを伝達された、
前記衣服を構成する各要素と、前記人体との間での衝突
計算処理を行なって、前記衣服を構成する各要素の位置
を定めるステップとを含む、衣服の動きのシミュレーシ
ョン方法。 - 【請求項2】 前記対応関係を予め求めるステップは、
衣服表面の注目点の位置から、設定された探索範囲内に
存在する、最も前記注目点に近い人体の要素を、前記注
目点に対応するものとして対応関係を定めるステップを
含む、請求項1に記載の衣服の動きのシミュレーション
方法。 - 【請求項3】 前記伝達するステップは、 人体の各構成要素の単位時間当たりの移動ベクトルを求
めるステップと、 求められた移動ベクトルを、対応する、前記衣服を構成
する要素の位置座標ベクトルにベクトル加算するステッ
プとを含む、請求項1に記載の衣服の動きのシミュレー
ション方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03036696A JP3765863B2 (ja) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | 衣服の動きのシミュレーション方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP03036696A JP3765863B2 (ja) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | 衣服の動きのシミュレーション方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09223247A true JPH09223247A (ja) | 1997-08-26 |
| JP3765863B2 JP3765863B2 (ja) | 2006-04-12 |
Family
ID=12301874
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP03036696A Expired - Fee Related JP3765863B2 (ja) | 1996-02-19 | 1996-02-19 | 衣服の動きのシミュレーション方法 |
Country Status (1)
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