试衣机器人的开发与研制
随着电子商务近几年来快速发展并逐渐深入到人们日常生活中,网络购物的方便快捷促使越来越多的人加入到网购的热潮中。网络服装销售常年在网络购物交易中占据较大的份额。但网络服装销售业的高退货率问题一直困扰着网络服装经销商。由于网购顾客无法亲身试衣，网络购买的服装经常会出现款式、颜色、材质、面料不符合顾客预期效果,甚至会出现尺码不合适的情况,最终导致差评和退货。为让网购顾客能看到自己亲身试衣的效果从而减少退货率，各种形式的试衣系统应运而生。本文分析了近几年来较流行的两大主流试衣系统：基于增强现实的试衣系统和三维虚拟试衣系统，并对比了国内两家大型购物网站推出的试衣系统。目前国内的试衣系统，受制于三维虚拟、增强现实等技术开发的难度系数高和成本高，服装3D模型真实感欠缺，难以形成投入市场盈利。针对这一情况，本文提出以试衣机器人为基础的现实与虚拟结合的试衣系统。在该系统中，拍摄可模拟不同人类身体体型的试衣机器人试穿服装的照片，处理后得到不同人体尺寸的服装试穿图片，并将其和顾客身体体型一样的三维虚拟人物相结合仿真试衣效果。该系统省去了繁琐的建立服装三维虚拟模型的步骤，有效地降低试衣系统的难度和成本。基于此系统，本文面向服装设计和销售领域，设计了基于Arduino Mega2560单片机为基础配置六路步进电机搭建的试衣机器人，该机器人可以模拟成年男性体型，省却亲身试衣和量体裁衣的步骤，操作简便且成本低廉。是在对人体模型分析基础上，设计机械运动结构使得机器人可以变形模拟不同体型。其硬件设计部分按功能可分为4个单元：主控单元、步进电机驱动单元、网页控制单元、电源单元。经硬件调试后，该机器人进行多次实验，实现了人体与试衣机器人有效匹配，可与3D虚拟试衣技术相结合，对比改善三维试衣效果，弥补虚拟试衣衣服建模复杂以及真实感不强的缺点。
目录
摘要 I
ABSTRACT II
目 录 IV
第1章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2试衣系统分类 1
1.2.1基于增强现实的试衣系统 2
1.2.2三维虚拟试衣系统 2
1.3课题意义 4
1.4研究目的和意义 4
第2章设计思想和总体方案 6
2.1 试衣机器人方案选择及设
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
计思想 6
2.2 试衣机器人模型设计 7
2.2.1人体模型分块 7
2.2.2内部机械结构设计 9
2.2.3人体模型拆解和安装 12
第3章 系统硬件设计 14
3.1主控单元 14
3.2步进电机驱动单元 16
3.2. 1步进电机 16
3.2. 2步进电机驱动器 18
3.2. 3步进电机驱动器与步进电机连线 19
3.3网页控制单元 20
3. 4电源单元 21
第4章 系统程序设计 22
4.1系统程序流程 22
4.2网页控制模块 22
4.3身体数据处理模块 23
4.3步进电机扩展驱动和置零模块 25
第5章 实验测试 27
第6章 总结与展望 29
6.1总结 29
6.2展望 30
参考文献 32
致谢 33
附录 34
第1章 绪论
1.1课题背景
随着互联网以及物流行业的发展与繁荣，电子商务的蓬勃发展让人们得以足不出户就能挑选全国各地甚至跨洲越洋销售的服装，虽然远隔千里仍能瞬间买到喜欢的衣服。而在现实生活中购买衣服，人们必须亲自去百货商场或分布在城市不同地区的服装店挑选。在此过程中往往有非常繁琐的试衣过程。人们须等待售货员查找到符合顾客身体型号的衣服，等待其他人使用完试衣间，但经常花费了很长时间去试穿后，才意识到挑选的衣服不适合自己或者试衣时感觉不舒服。网上购买服装由于其方便、省时、快捷正日益发展成为人们换季购衣的另一种主要途径。但每年有15%到20%的网购服装因不符合顾客预期被退货[1]。
网购服装最大的问题是不能试穿。不能试穿可能会引起以下两种结果：
（1）顾客通过网店提供的服装图片以及模特试衣图片认识并购买尺寸合适的服装。但不同顾客穿上相同的服装的效果和穿着舒适度往往不同，当网购的服装穿着效果达不到预期值，通常会影响顾客对网店的评价，甚至导致退货。
（2）顾客根据网店提供的衣服尺寸选择购买喜爱的服装。但服装行业衣服尺寸的不统一造成不同品牌同样号码不同三围，以至于顾客网购服装常出现尺寸偏大或偏小而情况。
1.2试衣系统分类
为了让网购服装的顾客能看到自己试穿衣服的效果，试衣系统应运而生。二维试衣系统由于所需技术手段简单、开发成本和时间少而最先面世并流行。在此系统中，用户可以按自身三围、身高和体重等参数设置虚拟模特来试穿挑选的服装，观看虚拟模特正面与背面的试穿效果。因此不能细致体现服装的细节，缺乏真实感。
随着三维图像处理、增强现实和虚拟现实技术地日益进步，试衣系统不断发展涌现新的分类。
1.2.1基于增强现实的试衣系统
增强现实（Argmented Reality，简称AR）是一种将虚拟世界和现实世界完全“结合”到一起的技术，是借助各种科技手段将虚拟物体同步地补充、叠加到现实世界中并被人类感官感知，达到虚拟世界和现实世界互动的效果，给人以超越现实的体验。
增强现实技术的实现主要依靠计算机图形和可视化技术设计不存在于现实世界的虚拟物体，借助传感器和捕捉技术在现实环境中精准定位，将虚拟物体 “置身其中”。最终用户观看显示设备后，看到的将是一个虚拟物体和现实环境完全融为一体，两者能实时交互的新世界。
图11 虚拟试衣镜
在国内比较流行的虚拟试衣镜也是基于增强现实的虚拟试衣系统，是将增强现实与三维虚拟试衣结合的产物[2]。虚拟试衣镜内置摄像机捕捉到顾客动作和影像，借助计算机将有立体效果的服装二维图像覆盖到镜子中顾客的身体影像上，顾客就能看到服装大概的试衣效果，挥一挥手就能瞬间切换服装试穿下一件。虚拟试衣镜可以让顾客初步了解服装款式、颜色等是否合适，但是服装的尺寸、材质和舒适度还是无法真实再现[3]。
1.2.2三维虚拟试衣系统
目前已有的三维虚拟试衣系统一般都是由三维人体测量技术、数字化试衣人体模型、衣片的交互式缝合和虚拟三维试衣仿真等技术构成[4]。目前三维人体测量技术中的数码成像拟合法只需要普通手机、电脑或相机摄像头捕捉人体图形，就能分析出简单的人体身体模型信息，帮助网购服装的顾客省去亲自测量三围、肩宽、体重等一系列身体参数的步骤。与顾客身体形状一样的试衣人体模型可由3D Max技术、OpenGL图形库、Matlab等方法获得。而建立虚拟服装的三维模型、虚拟服装面料和动态效果仿真以及试穿效果仿真则是研究三维虚拟试衣系统的热点和难点。
图12 三维虚拟试衣系统
三维虚拟试衣系统在顾客在进行虚拟试衣之前，先通过电脑摄像头或者更高端的3D体感摄影机对自身形体进行扫描，利用计算机将相关身体数据生成为顾客的虚拟三维模特。之后，顾客就可以根据网络服装销售商提供的服装目录选取新衣“试穿”上身，并可以通过鼠标控制虚拟模特进行简单的举手、弯腰等动作，在电脑屏幕上全角度地查看衣服是否适合自己[5]。
尽管三维虚拟试衣系统如此方便地让网购服装的顾客能看到自己试穿衣服的效果，但由于每一件三维服装模型建模都比较复杂，穿在虚拟模特身上后需根据模特身形和服装面料材质等因素产生与现实类似的形变，这对系统的技术要求极高。因此目前的三维虚拟试衣系统开发成本高，其中服装的真实性和动态性还有待增强，人体模特模型调整仍需改进，难以用于商业开发。但是国外已不少网站现在能提供三维虚拟试衣的服务，比如My Virtual Model（MVM）试衣网站就是比较有名的基于三维人体测量的三维虚拟试衣网站。?
1.3课题意义
目录
摘要 I
ABSTRACT II
目 录 IV
第1章 绪论 1
1.1课题背景 1
1.2试衣系统分类 1
1.2.1基于增强现实的试衣系统 2
1.2.2三维虚拟试衣系统 2
1.3课题意义 4
1.4研究目的和意义 4
第2章设计思想和总体方案 6
2.1 试衣机器人方案选择及设
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5`1^9`1^6^0`7^2#
计思想 6
2.2 试衣机器人模型设计 7
2.2.1人体模型分块 7
2.2.2内部机械结构设计 9
2.2.3人体模型拆解和安装 12
第3章 系统硬件设计 14
3.1主控单元 14
3.2步进电机驱动单元 16
3.2. 1步进电机 16
3.2. 2步进电机驱动器 18
3.2. 3步进电机驱动器与步进电机连线 19
3.3网页控制单元 20
3. 4电源单元 21
第4章 系统程序设计 22
4.1系统程序流程 22
4.2网页控制模块 22
4.3身体数据处理模块 23
4.3步进电机扩展驱动和置零模块 25
第5章 实验测试 27
第6章 总结与展望 29
6.1总结 29
6.2展望 30
参考文献 32
致谢 33
附录 34
第1章 绪论
1.1课题背景
随着互联网以及物流行业的发展与繁荣，电子商务的蓬勃发展让人们得以足不出户就能挑选全国各地甚至跨洲越洋销售的服装，虽然远隔千里仍能瞬间买到喜欢的衣服。而在现实生活中购买衣服，人们必须亲自去百货商场或分布在城市不同地区的服装店挑选。在此过程中往往有非常繁琐的试衣过程。人们须等待售货员查找到符合顾客身体型号的衣服，等待其他人使用完试衣间，但经常花费了很长时间去试穿后，才意识到挑选的衣服不适合自己或者试衣时感觉不舒服。网上购买服装由于其方便、省时、快捷正日益发展成为人们换季购衣的另一种主要途径。但每年有15%到20%的网购服装因不符合顾客预期被退货[1]。
网购服装最大的问题是不能试穿。不能试穿可能会引起以下两种结果：
（1）顾客通过网店提供的服装图片以及模特试衣图片认识并购买尺寸合适的服装。但不同顾客穿上相同的服装的效果和穿着舒适度往往不同，当网购的服装穿着效果达不到预期值，通常会影响顾客对网店的评价，甚至导致退货。
（2）顾客根据网店提供的衣服尺寸选择购买喜爱的服装。但服装行业衣服尺寸的不统一造成不同品牌同样号码不同三围，以至于顾客网购服装常出现尺寸偏大或偏小而情况。
1.2试衣系统分类
为了让网购服装的顾客能看到自己试穿衣服的效果，试衣系统应运而生。二维试衣系统由于所需技术手段简单、开发成本和时间少而最先面世并流行。在此系统中，用户可以按自身三围、身高和体重等参数设置虚拟模特来试穿挑选的服装，观看虚拟模特正面与背面的试穿效果。因此不能细致体现服装的细节，缺乏真实感。
随着三维图像处理、增强现实和虚拟现实技术地日益进步，试衣系统不断发展涌现新的分类。
1.2.1基于增强现实的试衣系统
增强现实（Argmented Reality，简称AR）是一种将虚拟世界和现实世界完全“结合”到一起的技术，是借助各种科技手段将虚拟物体同步地补充、叠加到现实世界中并被人类感官感知，达到虚拟世界和现实世界互动的效果，给人以超越现实的体验。
增强现实技术的实现主要依靠计算机图形和可视化技术设计不存在于现实世界的虚拟物体，借助传感器和捕捉技术在现实环境中精准定位，将虚拟物体 “置身其中”。最终用户观看显示设备后，看到的将是一个虚拟物体和现实环境完全融为一体，两者能实时交互的新世界。
图11 虚拟试衣镜
在国内比较流行的虚拟试衣镜也是基于增强现实的虚拟试衣系统，是将增强现实与三维虚拟试衣结合的产物[2]。虚拟试衣镜内置摄像机捕捉到顾客动作和影像，借助计算机将有立体效果的服装二维图像覆盖到镜子中顾客的身体影像上，顾客就能看到服装大概的试衣效果，挥一挥手就能瞬间切换服装试穿下一件。虚拟试衣镜可以让顾客初步了解服装款式、颜色等是否合适，但是服装的尺寸、材质和舒适度还是无法真实再现[3]。
1.2.2三维虚拟试衣系统
目前已有的三维虚拟试衣系统一般都是由三维人体测量技术、数字化试衣人体模型、衣片的交互式缝合和虚拟三维试衣仿真等技术构成[4]。目前三维人体测量技术中的数码成像拟合法只需要普通手机、电脑或相机摄像头捕捉人体图形，就能分析出简单的人体身体模型信息，帮助网购服装的顾客省去亲自测量三围、肩宽、体重等一系列身体参数的步骤。与顾客身体形状一样的试衣人体模型可由3D Max技术、OpenGL图形库、Matlab等方法获得。而建立虚拟服装的三维模型、虚拟服装面料和动态效果仿真以及试穿效果仿真则是研究三维虚拟试衣系统的热点和难点。
图12 三维虚拟试衣系统
三维虚拟试衣系统在顾客在进行虚拟试衣之前，先通过电脑摄像头或者更高端的3D体感摄影机对自身形体进行扫描，利用计算机将相关身体数据生成为顾客的虚拟三维模特。之后，顾客就可以根据网络服装销售商提供的服装目录选取新衣“试穿”上身，并可以通过鼠标控制虚拟模特进行简单的举手、弯腰等动作，在电脑屏幕上全角度地查看衣服是否适合自己[5]。
尽管三维虚拟试衣系统如此方便地让网购服装的顾客能看到自己试穿衣服的效果，但由于每一件三维服装模型建模都比较复杂，穿在虚拟模特身上后需根据模特身形和服装面料材质等因素产生与现实类似的形变，这对系统的技术要求极高。因此目前的三维虚拟试衣系统开发成本高，其中服装的真实性和动态性还有待增强，人体模特模型调整仍需改进，难以用于商业开发。但是国外已不少网站现在能提供三维虚拟试衣的服务，比如My Virtual Model（MVM）试衣网站就是比较有名的基于三维人体测量的三维虚拟试衣网站。?
1.3课题意义
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