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2022-11-11
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三维人体建模综述
摘要：在参阅了大量资料与文献的基础上综述了现有的三维人体建模的一般方法并对各自的
优缺点进行了分析，着重介绍了实体建模与曲面建模，可为初学三维人体建模的人提供一定
的参考。
关键词：三维人体建模；线框建模；实体建模；曲面建模；物理建模
0. 引言
关于人体建模技术的研究始于20世纪70年代末，计算机人体建模技术发展到现在, 已经
出现了大量的不同实现方法, 且随着时间的推移, 还可能不断地有一些新方法出现, 而一
些老方法也可能会得到进一步完善和发展。三维人体建模是计算机人体动画、人机系统计算
机仿真等系统首要解决的问题之一。三维人体建模首先要建立逼真的人体模型，同时要考虑
人体模型的动态特征。本文将人体建模划分为线框建模、实体建模、曲面建模和物理建模, 对
它们的各个方面都作了详尽的剖析, 分析了各种方法的优缺点. 这将有助更清晰地区别和
了解各种方法的特点。
1. 线框建模
线框建模是采用点、直线、圆弧、样条曲线等构造三维物体的图形表示技术，它是计算
机图形学在 CAD/CAM应用中最早用来表示形体模型的建模方法，并且至今仍在广泛应用。
线框建模只是单纯的用点、线的信息表示一个形体，数据量少，定义过程简单，对其编辑、
修改非常快，符合服装生产中人们打样的习惯。很多复杂的形体设计往往先用样条勾画出基
本轮廓，然后逐步细化。人体的线框建模是将人体轮廓用线框图形和关节表示。由于包含的
信息有限，因此该法存在缺陷 ：
[1]
(1)有模糊性和歧义性，即不能够无二义性地表达三维人体；
(2)无法实现三维人体模型的自动消隐及真实感人体模型显示；
(3)无法进行剖面操作；
但线框建模方法很容易产生人体的动作，并且可作为实体建模、曲面建模的基础，因此
至今仍在广泛应用。最早开发商品化人机系统仿真软件的英国诺丁汉大学 SAMMIE 系统生
成的人体模型 APPOLLO(包含 17 个关节点和 21 个节段)、Chrysler 公司用 Fortran 开发的
CYBER-MAN 系统生成的人体模型以及由 Pennsylvania 大学计算机图形实验室用 C 语言开
发 JACK 软件生成的人体模型(包含 88 个关节点，17 个节段)采用的就是线框建模的方法。
2. 实体建模
实体建模 的概念尽管早在 20 世纪 60 年代就已提出, 但到 20 世纪 70 年代才出现简
[2]
单且有一定实用意义的实体建模系统. 到 20 世纪 70 年代后期, 实体建模技术在理论、算
法、和应用方面才比较成熟.
三维人体的实体建模由于增加了实心部分表达，信息更加完备，从而使得三维人体得到
无二义性描述。并且实体建模方法提供了顶点、边界、表面和实体几乎所有的几何和拓扑信
息，因此它可以支持对表达人体的消隐、真实感图形显示。
实体建模技术包含两部分内容，一部分是体素(长方体、球体、柱体、锥体等)定义和描
述;另一部分是体素之间的集合运算(并、差、交等)。但是随着物体结构复杂性的增加,计算
量会随之加大,导致计算效率差、耗时长。
采用实体建模的方法构建的系统有:波音公司开发的 Boeman 人体建模软件、以及后来
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