VR與AR技術(shù)在少數(shù)民族服裝設(shè)計(jì)教學(xué)上的應(yīng)用

陳 建 強(qiáng)

(中南民族大學(xué) 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心， 武漢 430074)

VR與AR技術(shù)在少數(shù)民族服裝設(shè)計(jì)教學(xué)上的應(yīng)用

陳 建 強(qiáng)

(中南民族大學(xué) 虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心， 武漢 430074)

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)技術(shù)是在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上發(fā)展的新興研究領(lǐng)域，少數(shù)民族服飾豐富多彩、剪裁復(fù)雜，通過(guò)VR(虛擬現(xiàn)實(shí))以及AR技術(shù)結(jié)合少數(shù)民族服飾模型庫(kù)學(xué)習(xí)各民族服飾的剪裁效率高并且成本大大降低。這種方式對(duì)于服裝剪裁教學(xué)提供了全新的方法，并能通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)。如果變換模型庫(kù)對(duì)象，則系統(tǒng)可以衍生到文物、建筑、家具等其他領(lǐng)域，具有很強(qiáng)的擴(kuò)充能力。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)； 虛擬現(xiàn)實(shí)； 民族服飾； 三維模型

0 引 言

隨著VR、AR技術(shù)應(yīng)用越來(lái)越廣泛，服裝設(shè)計(jì)教學(xué)中采用虛擬仿真技術(shù)也更為成熟完善。虛擬仿真技術(shù)是一種融合多種學(xué)科的人機(jī)交互技術(shù)，在視覺(jué)上通過(guò)三維技術(shù)提供豐富逼真效果，也將復(fù)雜繁多的數(shù)據(jù)直觀表達(dá)在虛擬的可視化環(huán)境中。通過(guò)虛擬仿真系統(tǒng)，對(duì)于少數(shù)民族服飾設(shè)計(jì)制作的學(xué)習(xí)過(guò)程將會(huì)變得更為直觀，通過(guò)移動(dòng)終端在線學(xué)習(xí)也使得學(xué)習(xí)過(guò)程更為便利。在服裝裁剪中能實(shí)時(shí)觀察到成衣穿在人體上的效果以及尺寸是否合適并能及時(shí)修改調(diào)整[1-2]。

1 VR與AR在少數(shù)民族服飾設(shè)計(jì)剪裁運(yùn)用

(1) 虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)概念。虛擬現(xiàn)實(shí)(Virtual reality,VR)，是一種可以創(chuàng)建和體驗(yàn)由計(jì)算機(jī)三維圖形技術(shù)搭建起來(lái)的虛擬世界計(jì)算機(jī)仿真系統(tǒng)技術(shù)，通過(guò)各種傳感器感受到多種信息源融合而實(shí)現(xiàn)的交互式動(dòng)態(tài)視覺(jué)環(huán)境，它使用戶能沉浸到這種虛擬環(huán)境中。所謂沉浸感也就是指人們通過(guò)視覺(jué)、聽(tīng)覺(jué)、觸覺(jué)等感覺(jué)能感受到虛擬世界的真實(shí)感，它是通過(guò)頭盔、數(shù)據(jù)手套等通過(guò)傳感器接口進(jìn)行數(shù)據(jù)交換而實(shí)現(xiàn)各種信息的交換。AR也就是增強(qiáng)型現(xiàn)實(shí)，是一種實(shí)時(shí)地計(jì)算攝像機(jī)的位置及角度，并加上相應(yīng)圖像、視頻以及3D模型的技術(shù)。這種技術(shù)的目標(biāo)是在屏幕上把虛擬世界套在現(xiàn)實(shí)世界并進(jìn)行互動(dòng)。它是一種能夠有效地?cái)U(kuò)展人類感知和表達(dá)的高級(jí)媒體交互手段[3]。

增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與虛擬現(xiàn)實(shí)既有聯(lián)系也有區(qū)別，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)是在虛擬現(xiàn)實(shí)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的。AR與VR最大的區(qū)別就是一個(gè)是完全沉浸的虛擬場(chǎng)景，一個(gè)是虛擬和真實(shí)相結(jié)合。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)AR是把虛擬世界疊加到現(xiàn)實(shí)世界中，而VR是完全創(chuàng)造一個(gè)虛擬的現(xiàn)實(shí)世界，讓用戶沉浸在其中[3]。

(2) 少數(shù)民族服飾設(shè)計(jì)特點(diǎn)。我國(guó)少數(shù)民族種類繁多，分布廣闊，少數(shù)民族服裝樣式豐富多彩，目前，傳統(tǒng)的服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法有平面剪裁法、立體剪裁法。在我國(guó)服裝專業(yè)教學(xué)中采用比例法、原型法和立體剪裁法。而這些傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的缺點(diǎn)是平面結(jié)構(gòu)制圖與立體服裝之間缺乏直觀形象聯(lián)系。制版也要花費(fèi)較多時(shí)間對(duì)每一個(gè)公式進(jìn)行計(jì)算，效率較低。在立體剪裁中雖然提高了直觀性，但在操作過(guò)程中需要很多輔助工具，成本較高。在立體剪裁過(guò)程中，衣物可在靜態(tài)狀態(tài)下體現(xiàn)出優(yōu)美造型，但活動(dòng)起來(lái)可能不便[4-5]。

(3) VR與AR在服飾設(shè)計(jì)中的應(yīng)用。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)是一種最有效的模擬人在自然環(huán)境中視、聽(tīng)、動(dòng)等行為的高級(jí)人機(jī)交互技術(shù)。這種模擬具有沉浸感和交互性。以少數(shù)民族服裝模型庫(kù)為虛擬基礎(chǔ)，虛擬仿真技術(shù)融合了平面剪裁和立體剪裁的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)也克服了他們的缺點(diǎn)。虛擬模特可以根據(jù)真實(shí)人體尺寸改變，這也節(jié)約了輔助工具成本。由于少數(shù)民族服飾繁多,剪裁復(fù)雜,三維服飾模型庫(kù)可以儲(chǔ)存所有少數(shù)民族服飾三維模型以及對(duì)應(yīng)的裁剪版樣。通過(guò)VR營(yíng)造虛擬裁剪工作臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)交互式分解、拆裝，通過(guò)反復(fù)練習(xí)可以學(xué)習(xí)少數(shù)民族服飾的剪裁方式，在此基礎(chǔ)上也能進(jìn)行變革創(chuàng)新。

AR技術(shù)可以采用最新的Tango Unity SDK，虛擬物體放到真實(shí)環(huán)境中，當(dāng)將客戶融于服裝工作室時(shí)，如果沒(méi)有環(huán)境照明的支持，虛擬物體也就是服飾就沒(méi)辦法與周圍環(huán)境融為一體。服裝的樣式、紋理以及色彩應(yīng)該融進(jìn)環(huán)境照明環(huán)境中，實(shí)際物體可以從反射面看到，而虛擬服飾的影子顏色更深。采用Tango功能的設(shè)備投射出來(lái)的場(chǎng)景，和人眼觀看的場(chǎng)景差不多，可以讓移動(dòng)AR接近于真正的現(xiàn)實(shí)。

通過(guò)定制的傳感器，移動(dòng)設(shè)備可以了解自身的位置和移動(dòng)方向，能夠提供移動(dòng)設(shè)備的三維運(yùn)動(dòng)信息。同時(shí)也可根據(jù)視覺(jué)線索來(lái)幫助識(shí)別周圍的世界，可在運(yùn)動(dòng)跟蹤自我糾錯(cuò)。通過(guò)深度傳感器可以感知周圍世界形狀，并以新的方式實(shí)現(xiàn)世界進(jìn)行互動(dòng)。這些新的技術(shù)手段能使虛擬的服飾與現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境更好吻合，在設(shè)計(jì)過(guò)程中也能更準(zhǔn)確確定服飾的風(fēng)格、紋理與色彩。

(4) 系統(tǒng)工作原理(見(jiàn)圖1)。少數(shù)民族文化遺產(chǎn)三維模型庫(kù)系統(tǒng)是一款對(duì)少數(shù)民族服飾進(jìn)行管理和學(xué)習(xí)的互動(dòng)平臺(tái)。通過(guò)少數(shù)民族文化遺產(chǎn)三維模型庫(kù)系統(tǒng)平臺(tái)，可在少數(shù)民族服飾分類管理等方面起著不可估量的作用，對(duì)少數(shù)民族服飾文化遺產(chǎn)的傳承保護(hù)以及民族美術(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)具有非常重要的意義。

圖1

民族服飾三維模型管理系統(tǒng)是一個(gè)能對(duì)民族服飾以及建筑等進(jìn)行三維模型管理平臺(tái)，其三維模型的實(shí)時(shí)瀏覽是通過(guò)NGRAIN進(jìn)行深層次二次開(kāi)發(fā)實(shí)現(xiàn)的，以NGRAIN為基本三維顯示平臺(tái)，能將虛擬仿真教學(xué)、學(xué)生創(chuàng)作、以及信息管理系統(tǒng)、遠(yuǎn)程設(shè)備監(jiān)測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行無(wú)縫集成，傳遞必要的信息，執(zhí)行關(guān)聯(lián)的動(dòng)作。Ngrain深層次二次開(kāi)發(fā)的可行性主要取決于一些技術(shù)可行性的確認(rèn)及技術(shù)難點(diǎn)的突破。本文采用MongoDB數(shù)據(jù)庫(kù)作為模型庫(kù)的基礎(chǔ)，它是一款高性能、開(kāi)源、無(wú)模式的文檔型數(shù)據(jù)庫(kù)(見(jiàn)圖2)[6-7]。

圖2 文檔型數(shù)據(jù)庫(kù)

通過(guò)模型庫(kù)調(diào)出三維服飾以及剪裁圖(見(jiàn)圖3)。

通過(guò)三維服飾模型和對(duì)應(yīng)的剪裁圖以及對(duì)應(yīng)結(jié)構(gòu)圖，學(xué)生能熟悉每個(gè)裁剪片的位置，并能夠改變尺寸和形狀，這樣既能學(xué)習(xí)傳統(tǒng)少數(shù)民族服飾的裁剪原型圖，也能在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修改創(chuàng)新(見(jiàn)圖4)。

學(xué)生也可以通過(guò)移動(dòng)終端進(jìn)入服裝三維剪裁平臺(tái)，可以瀏覽服裝裁剪結(jié)構(gòu)。通過(guò)其中題庫(kù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，熟悉每個(gè)剪裁版面。利用移動(dòng)終端也可以對(duì)實(shí)物進(jìn)行增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，通過(guò)移動(dòng)平臺(tái)獲取現(xiàn)實(shí)世界中客戶的影像，系統(tǒng)調(diào)用的三維模型服裝可以通過(guò)電腦計(jì)算能力，實(shí)時(shí)獲取攝像頭的角度、位置等空間姿態(tài)信息，從而匹配三維模型與客戶空間位置。同時(shí)可以將獲取客戶真實(shí)的人體數(shù)據(jù)返回三維模型剪裁系統(tǒng)，然后可以對(duì)服飾進(jìn)行修改[8-10](見(jiàn)圖5)。

圖5 按真實(shí)人體數(shù)據(jù)返回三維模型修改

2 結(jié) 語(yǔ)

VR與AR技術(shù)越來(lái)越廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，也為不同行業(yè)創(chuàng)新提供了巨大發(fā)展空間。在服裝設(shè)計(jì)虛擬教學(xué)中前景廣大，為服裝設(shè)計(jì)教學(xué)實(shí)踐開(kāi)辟了一條新的思路。不僅大大節(jié)約了教學(xué)成本，同時(shí)也避免了服裝設(shè)計(jì)中繁瑣的制版剪裁工作量，能把主要精力投入到創(chuàng)新創(chuàng)意之上。同時(shí)本系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)成功將會(huì)擴(kuò)展到不同領(lǐng)域中，比如文物、建筑、家具、電商等等。三維服飾剪裁系統(tǒng)對(duì)于如阿里巴巴buy+也有重要的商業(yè)價(jià)值，其網(wǎng)上服裝購(gòu)買，能更滿足消費(fèi)者心理需求。充分能實(shí)現(xiàn)高校中虛擬仿真教學(xué)項(xiàng)目不僅僅服務(wù)于教學(xué)，同時(shí)也能服務(wù)于社會(huì)，其創(chuàng)造價(jià)值能對(duì)學(xué)校自身加強(qiáng)虛擬仿真的深入研究提供保障，真正實(shí)現(xiàn)教學(xué)研一體化[11-15]。

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Application of VR and AR in Minority Costume Design Teaching

CHENJianqiang

(Experimental Teaching Center of Virtual Simulation, South-Central University for Nationalities, Wuhan 430074, China)

Augmented reality(AR) is a new research field derived from virtual reality. Ethnic costumes are colorful but clip very complex. Through VR and AR technologies combined with the minority clothing model library, the cutting can be completed with a high efficiency and its cost is reduced greatly. This way provides a new method for tailor teaching and distance learning through the Internet. If transforming the model library, the system can be applied to cultural relics, building, furniture and other fields, and has very strong expansion ability.

augmented reality (AR); virtual reality; minority costume; 3D model

2016-10-15

陳建強(qiáng)(1963-)，男，湖北武漢人，博士，教授，虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)中心主任，主要從事三維動(dòng)畫(huà)與虛擬現(xiàn)實(shí)研究。

Tel.: 13667236977; E-mail: James0825@hotmail.com

G 642.0

A

1006-7167(2017)06-0111-03