基于3D數(shù)字化服裝紙樣設(shè)計(jì)平臺的創(chuàng)新應(yīng)用

張恒

摘要：通過對3D數(shù)字技術(shù)在服裝設(shè)計(jì)中應(yīng)用現(xiàn)狀的總結(jié)、分析，提出構(gòu)建基于3D數(shù)字化服裝紙樣設(shè)計(jì)平臺的創(chuàng)新應(yīng)用模式，旨在為服裝產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)在技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)提出一種新的設(shè)計(jì)思維方式和工作模式。

關(guān)鍵詞：3D數(shù)字技術(shù)；服裝CAD；服裝紙樣；創(chuàng)新應(yīng)用模式

中圖分類號：TS941.2 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

Innovative Applications of 3D Digital Garment Pattern Designing Platform

Abstract： Based on summarizing and analyzing the current applications of 3D digital technology in garment design， the paper proposed the innovative application mode of building 3D digital garment pattern designing platform， aimed at offering a new way of thinking and a working mode for the application of new technologies in garment designing and R&D.

Key words： 3D digital technology； garment CAD； pattern； innovative application mode

當(dāng)前，服裝數(shù)字化技術(shù)已經(jīng)成熟，并廣泛應(yīng)用到服裝企業(yè)從產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)到生產(chǎn)等諸多環(huán)節(jié)，尤其是服裝CAD紙樣設(shè)計(jì)系統(tǒng)已經(jīng)得到相當(dāng)普遍的應(yīng)用，成為現(xiàn)代服裝樣板設(shè)計(jì)師從事服裝紙樣設(shè)計(jì)工作必備的“工具”系統(tǒng)。

1 3D數(shù)字技術(shù)在服裝設(shè)計(jì)中的應(yīng)用現(xiàn)狀

在國際制造業(yè)領(lǐng)域，產(chǎn)品的創(chuàng)新設(shè)計(jì)與制造技術(shù)已經(jīng)由傳統(tǒng)的勞動力技術(shù)向數(shù)字化、智能化方向發(fā)展。無論是新興行業(yè)還是傳統(tǒng)制造行業(yè)，在新產(chǎn)品研發(fā)、新制造工藝技術(shù)等方面已經(jīng)不滿足于二維數(shù)字技術(shù)為其帶來的技術(shù)優(yōu)勢，更多的3D數(shù)字技術(shù)已經(jīng)融入其中，舊有的創(chuàng)造思維模式被打破，傳統(tǒng)的技術(shù)手段被顛覆，3D模型構(gòu)建、3D數(shù)字成像、3D打印等已經(jīng)成為推動產(chǎn)品創(chuàng)新力提升和行業(yè)發(fā)展的新動力。國外的統(tǒng)計(jì)材料表明，應(yīng)用三維CAD設(shè)計(jì)技術(shù)可降低13% ～ 30%的工程設(shè)計(jì)成本，產(chǎn)品設(shè)計(jì)到投產(chǎn)時(shí)間可減少30% ～ 60%，大大提高產(chǎn)品質(zhì)量，產(chǎn)品作業(yè)生產(chǎn)率提高40% ～ 70%，將投入設(shè)備的生產(chǎn)率提高 2 ～ 3 倍，減少加工過程，人工成本降低5% ～ 20%。從以上統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以顯見3D數(shù)字技術(shù)為相關(guān)行業(yè)所帶來的價(jià)值，但由于其它行業(yè)如機(jī)械、電子等產(chǎn)品3D數(shù)字技術(shù)應(yīng)用的設(shè)計(jì)原理和算法都是針對以剛性材料為描述對象的，并不適用以柔性織物為描述對象的服裝，其建模方法和實(shí)現(xiàn)手段均無法直接移植到服裝3D數(shù)字系統(tǒng)的研發(fā)中來，因此，3D數(shù)字技術(shù)在服裝行業(yè)的發(fā)展與應(yīng)用要相對滯后。

當(dāng)前，國內(nèi)外雖然與服裝相關(guān)的3D數(shù)字技術(shù)如三維人體測量、三維人體建模、三維服裝虛擬等方面已有相對成熟的應(yīng)用技術(shù)，但在國內(nèi)服裝行業(yè)的應(yīng)用還處于起步階段，更多的國內(nèi)服裝企業(yè)依然處于二維數(shù)字技術(shù)應(yīng)用階段。3D數(shù)字技術(shù)在服裝行業(yè)的應(yīng)用不及其他行業(yè)的原因，除成本因素之外，更多的制約因素還有：（1）多數(shù)服裝企業(yè)對3D數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值缺少認(rèn)識，行業(yè)從業(yè)者對3D數(shù)字技術(shù)認(rèn)知程度不高；（2）服裝3D數(shù)字技術(shù)應(yīng)用沒有形成系統(tǒng)的工作平臺；（3）在應(yīng)用3D數(shù)字技術(shù)方面沒有形成完整的應(yīng)用模式體系。

產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)的數(shù)字化是數(shù)字技術(shù)革命的核心，其重點(diǎn)在于數(shù)字技術(shù)在產(chǎn)品研發(fā)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，服裝數(shù)字技術(shù)應(yīng)用亦如此。對國內(nèi)服裝企業(yè)而言，目前3D數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用僅局限于人體測量和虛擬試衣等方面，在服裝紙樣設(shè)計(jì)方面，其作為服裝產(chǎn)品設(shè)計(jì)研發(fā)的核心技術(shù)環(huán)節(jié)，目前尚缺乏系統(tǒng)性的應(yīng)用。如何在服裝紙樣設(shè)計(jì)方面發(fā)揮3D數(shù)字技術(shù)優(yōu)勢，重點(diǎn)在于將以3D數(shù)字技術(shù)為核心的服裝數(shù)字技術(shù)進(jìn)行有效的、系統(tǒng)性的整合，構(gòu)建以3D數(shù)字技術(shù)為核心的服裝紙樣數(shù)字化設(shè)計(jì)平臺，并以此為基礎(chǔ)創(chuàng)新服裝紙樣設(shè)計(jì)的工作模式。

2 以3D數(shù)字技術(shù)為核心的服裝紙樣設(shè)計(jì)平臺

3D數(shù)字化服裝紙樣設(shè)計(jì)平臺是在已經(jīng)成熟應(yīng)用的二維數(shù)字技術(shù)平臺基礎(chǔ)上，以3D數(shù)字技術(shù)為核心，構(gòu)建全新的數(shù)字化服裝紙樣設(shè)計(jì)工作平臺，其系統(tǒng)構(gòu)成包括三維人體測量系統(tǒng)、三維人體建模系統(tǒng)、三維服裝CAD系統(tǒng)、三維虛擬試衣系統(tǒng)、二維服裝CAD系統(tǒng)等。

2.1 三維人體測量系統(tǒng)

數(shù)字化三維人體測量是實(shí)現(xiàn)服裝數(shù)字化設(shè)計(jì)的前提和基礎(chǔ)，其主要技術(shù)形式有接觸式和非接觸式兩種。接觸式測量主要以靜態(tài)人臺為被測對象，因其曲面曲率較大處的測量間隔密，型值點(diǎn)多，曲面較平坦處的測量間隔疏，型值點(diǎn)少，所以并不適用于人體測量。

目前，服裝用三維人體測量系統(tǒng)主要為非接觸式測量形式，非接觸式三維人體掃描系統(tǒng)以現(xiàn)代光學(xué)為基礎(chǔ)，應(yīng)用白光、激光、紅外線等光敏捕捉設(shè)備獲取三維人體數(shù)據(jù)信息，其以有高效、快速、準(zhǔn)確、精度高等特點(diǎn)，成為服裝行業(yè)應(yīng)用比較廣泛的三維人體測量系統(tǒng)。服裝三維人體掃描儀主要技術(shù)參數(shù)比較如表 1 所示。

2.2 三維人體建模系統(tǒng)

數(shù)字人體模型的構(gòu)建是實(shí)現(xiàn)動、靜態(tài)3D數(shù)字化服裝設(shè)計(jì)的主體，尤其是個(gè)性化的服裝設(shè)計(jì)要有與之相對應(yīng)的形象化人體模型。目前通行的數(shù)字建模有 3 種方式：幾何建模、三維掃描建模和三維軟件建模。幾何建模是以幾何信息和拓樸信息來反應(yīng)具體三維人體結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)的，并依據(jù)人體結(jié)構(gòu)針對每個(gè)結(jié)構(gòu)特征定義相應(yīng)的造型特征，分別采用不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和造型方法，幾何建模技術(shù)是服裝3D數(shù)字技術(shù)應(yīng)用系統(tǒng)中人體模型構(gòu)建的重要技術(shù)手段；三維掃描建模是借助三維人體掃描儀獲取人體數(shù)據(jù)信息，為構(gòu)建標(biāo)準(zhǔn)化、系列化人體號型數(shù)據(jù)庫提供技術(shù)數(shù)據(jù)支持，是構(gòu)建個(gè)性化人體模型的重要技術(shù)手段；三維軟件建模是借助非服裝專用的第三方應(yīng)用軟件技術(shù)完成三維人體模型構(gòu)建的一種方法，通用的軟件有MAYA、3D MAX等，利用三維軟件建模是個(gè)性化三維虛擬服裝動、靜態(tài)展示的主要技術(shù)手段。

2.3 三維服裝CAD系統(tǒng)

三維服裝CAD系統(tǒng)是3D數(shù)字服裝紙樣設(shè)計(jì)平臺的核心。三維服裝與二維紙樣的互為轉(zhuǎn)換一直是3D數(shù)字化服裝設(shè)計(jì)的關(guān)注焦點(diǎn)和熱點(diǎn)研究領(lǐng)域。目前三維服裝CAD系統(tǒng)的研究與應(yīng)用有兩種發(fā)展模式：（1）二維紙樣轉(zhuǎn)三維服裝技術(shù)，應(yīng)用于數(shù)字化服裝虛擬表現(xiàn)；（2）三維服裝轉(zhuǎn)二維紙樣技術(shù)，應(yīng)用于數(shù)字化服裝紙樣自動生成。

2.3.1 二維紙樣轉(zhuǎn)三維服裝技術(shù)應(yīng)用

二維紙樣轉(zhuǎn)三維服裝技術(shù)，即3D虛擬試衣系統(tǒng)，是目前國外比較成熟的3D數(shù)字化服裝應(yīng)用技術(shù)，如美國Optitex、法國Lectea-ModersV7.0、韓國COL3D、日本AGMS 3D等。國內(nèi)東華大學(xué)、北京服裝學(xué)院、浙江大學(xué)CAD&CG國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、杭州愛科公司等也有相關(guān)應(yīng)用技術(shù)研究，但尚處于研究階段。3D虛擬試衣系統(tǒng)的技術(shù)關(guān)鍵在于服裝面料織物的仿真表現(xiàn)及織物與人體間碰撞處理，面料織物的數(shù)字化仿真處理主要采用物理法，物理法側(cè)重于組成面料各質(zhì)點(diǎn)間的物理關(guān)系，采用動力學(xué)理論建立微分方程組來表示質(zhì)點(diǎn)的動態(tài)運(yùn)動規(guī)律，得到比較逼真的織物仿真模型；碰撞處理是虛擬試衣過程中的重要問題，主要包括碰撞的檢測和碰撞發(fā)生后衣服的正確響應(yīng)。3D虛擬試衣有動、靜態(tài)兩種服裝模擬展示形式，三維虛擬服裝展示都是以DXF格式二維服裝紙樣為基礎(chǔ)，在三維人體模型上進(jìn)行自動縫合及面料織物風(fēng)格化設(shè)定，然后通過碰撞檢測和碰撞響應(yīng)技術(shù)處理模擬完成服裝在人體上的最終穿著效果，并可依據(jù)穿著效果對二維服裝紙樣做同步調(diào)整。Marvelous Designer系統(tǒng)二維紙樣轉(zhuǎn)三維服裝技術(shù)應(yīng)用如圖 1 所示。

2.3.2 三維服裝轉(zhuǎn)二維紙樣技術(shù)應(yīng)用

三維服裝轉(zhuǎn)二維紙樣是利用幾何展開法、網(wǎng)格平面法、物理模型法等方法將服裝三維模型直接轉(zhuǎn)換生成為二維紙樣。此技術(shù)是近年服裝數(shù)字化應(yīng)用研究的熱點(diǎn)，3D-LookStailorX是目前技術(shù)比較成熟的三維服裝轉(zhuǎn)二維紙樣應(yīng)用系統(tǒng)。3D-LookStailorX系統(tǒng)以openGL為圖形引擎，以VisualC++.NET為程序開發(fā)平臺搭建，由Mannequin模塊、Garment模塊和Pattern模塊等 3個(gè)基本模塊組成。3D-LookStailorX為客戶提供了一個(gè)全新的、更加直觀的、并兼具三維與二維可操作視窗的工作平臺，且各模塊窗口均具有獨(dú)立的交互操作界面與文檔視圖結(jié)構(gòu)，并可實(shí)現(xiàn)模塊數(shù)據(jù)互傳與共享。其特點(diǎn)在于突破了傳統(tǒng)服裝紙樣設(shè)計(jì)先2D服裝紙樣再到3D服裝的工作模式，可直接將3D服裝轉(zhuǎn)換為2D服裝紙樣。3D-LookStailorX系統(tǒng)服裝三維模型轉(zhuǎn)二維紙樣如圖 2 所示。

2.4 二維服裝CAD系統(tǒng)

作為3D服裝紙樣設(shè)計(jì)平臺的重要組成部分，二維服裝CAD系統(tǒng)是服裝行業(yè)應(yīng)用最為廣泛、技術(shù)最為成熟的服裝數(shù)字化應(yīng)用系統(tǒng)，在服裝紙樣設(shè)計(jì)方面為現(xiàn)代服裝企業(yè)普遍使用，系統(tǒng)版本較多，如PGM、ET2000、富怡、智尊寶紡等。

3 基于3D數(shù)字服裝紙樣設(shè)計(jì)平臺的創(chuàng)新應(yīng)用模式構(gòu)建

服裝設(shè)計(jì)有別于其它產(chǎn)品設(shè)計(jì)的根本在于其直接服務(wù)于人體本身，服裝的結(jié)構(gòu)關(guān)系與人體有著緊密的聯(lián)系。從款式設(shè)計(jì)到服裝成衣是一個(gè)三維的服裝設(shè)計(jì)構(gòu)思 → 三維人體數(shù)據(jù)解析 → 二維分解紙樣 → 三維服裝成衣的過程，決定服裝成衣效果的技術(shù)關(guān)鍵是二維紙樣能否滿足人體舒適度及符合款式風(fēng)格要求。二維技術(shù)平臺的紙樣設(shè)計(jì)要通過實(shí)物成衣完成紙樣驗(yàn)證，并依據(jù)驗(yàn)證結(jié)果進(jìn)行修改、調(diào)整，這是一個(gè)繁復(fù)的過程。將3D數(shù)字技術(shù)引入服裝紙樣設(shè)計(jì)，就是要將二維紙樣解析設(shè)計(jì)過程以三維立體可視的形式進(jìn)行，且紙樣修改調(diào)整的過程實(shí)現(xiàn)二維紙樣與三維服裝轉(zhuǎn)換過程的實(shí)時(shí)可調(diào)、可控。因此，基于3D數(shù)字服裝紙樣設(shè)計(jì)平臺的創(chuàng)新應(yīng)用可以為服裝紙樣設(shè)計(jì)提供新的設(shè)計(jì)思路，擺脫二維技術(shù)平臺繁復(fù)的工作模式。基于3D數(shù)字服裝紙樣設(shè)計(jì)平臺應(yīng)用模式架構(gòu)及工作模式流程如圖 3 所示。

4 結(jié)語

服裝產(chǎn)品設(shè)計(jì)具有藝術(shù)和技術(shù)的雙重設(shè)計(jì)屬性，服裝的藝術(shù)性通過外在的視覺感官形式表現(xiàn)，而技術(shù)性設(shè)計(jì)才是如何實(shí)現(xiàn)和支撐服裝藝術(shù)性表現(xiàn)的核心關(guān)鍵。3D數(shù)字技術(shù)在服裝設(shè)計(jì)中的廣泛應(yīng)用必將是推動未來服裝行業(yè)產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)的核心技術(shù)動力。本文基于現(xiàn)階段成熟的服裝2D、3D數(shù)字技術(shù)，構(gòu)建以3D數(shù)字技術(shù)為核心的服裝紙樣設(shè)計(jì)平臺，并創(chuàng)新服裝紙樣設(shè)計(jì)工作模式，旨在為服裝產(chǎn)品設(shè)計(jì)與研發(fā)在技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)提出一種新的設(shè)計(jì)思維方式和工作模式。

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