基于青年女性人體圖像的裙褲結(jié)構(gòu)參數(shù)化設(shè)計(jì)

匡才遠(yuǎn)，劉國聯(lián)

(1.金陵科技學(xué)院 藝術(shù)學(xué)院，江蘇 南京 211169；2.蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021)

裙褲作為一種代表優(yōu)雅女性形象的服裝款式，將褲裝封閉式結(jié)構(gòu)的嚴(yán)謹(jǐn)性與裙裝開放式結(jié)構(gòu)的舒適性統(tǒng)一起來，形成獨(dú)特的著裝效果。在傳統(tǒng)風(fēng)格上進(jìn)行了裙褲的現(xiàn)代風(fēng)格設(shè)計(jì)演繹，出現(xiàn)了多層飄逸裙褲、喇叭型裙褲等款式。伴隨服裝設(shè)計(jì)風(fēng)格的多元化，裙褲的設(shè)計(jì)融入了現(xiàn)代設(shè)計(jì)的時(shí)尚元素，運(yùn)動(dòng)、嘻哈、另類的設(shè)計(jì)風(fēng)格出現(xiàn)在裙褲的設(shè)計(jì)中[1]。

目前，女性消費(fèi)者有了日益增長(zhǎng)的美好著裝需求，對(duì)穿衣的合體性、舒適性提出了更高要求[2]。在傳統(tǒng)的裙褲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中，僅將腰圍、臀圍尺寸等分，沒有考慮到人體不同圍度的截面特征對(duì)裙褲設(shè)計(jì)的影響[1]。隨著“大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算”時(shí)代的到來，女裝消費(fèi)模式發(fā)生了較大的變化。無論是電子商務(wù)模式下的服裝銷售，還是個(gè)性化的服裝定制，服裝尺寸的合體程度是影響消費(fèi)者消費(fèi)行為的重要因素。

本文將通過圖像處理方法獲得青年女性人體數(shù)字圖像的輪廓，識(shí)別人體圍度對(duì)應(yīng)的寬度、厚度，構(gòu)建體型細(xì)分后的圍度擬合方程，剖析裙褲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的參數(shù)規(guī)律，以實(shí)現(xiàn)合體裙褲結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)，贏得青年女性消費(fèi)者的青睞。

1 人體測(cè)量

運(yùn)用自主研發(fā)的非接觸測(cè)量系統(tǒng)(蘇州大學(xué)紡織與服裝工程學(xué)院)[3]和SYMCAD II型三維人體測(cè)量系統(tǒng)(法國TELMAT公司)對(duì)青年女大學(xué)生進(jìn)行測(cè)量，年齡為18～24歲，身高為155～170 cm，測(cè)量人數(shù)為230人。

為了提高測(cè)量數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度，對(duì)被測(cè)量人員有以下5點(diǎn)要求：①穿著貼身文胸、內(nèi)褲；②摘除項(xiàng)鏈、耳墜、眼鏡、手表等配飾；③身體直立靜止、眼睛平視前方；④手臂遠(yuǎn)離身體，能夠區(qū)分人體軀干與腋窩；⑤兩腳要站在測(cè)量室中指定的位置。

2 人體圖像處理

2.1 彩色分割

在顏色空間內(nèi)，彩色圖像是由R、G、B這3個(gè)分量構(gòu)成的，可以用3D數(shù)據(jù)組表示。因此，建立3D直方圖可進(jìn)行圖像的彩色分割[4]。

運(yùn)用C-均值聚類法可進(jìn)行青年女性人體圖像的彩色分割。假設(shè)f=(x1,x2)為1個(gè)像素坐標(biāo)，g(f)為該像素的灰度值，則該聚類法準(zhǔn)則見式(1)：

(1)

運(yùn)用C-均值聚類法提取青年女性人體圖像的主要步驟如下：

③重新計(jì)算每個(gè)聚類中心的值，見式(2)：

(2)

2.2 輪廓光滑處理

經(jīng)過彩色分割圖像處理可有效獲取人體圖像。但是，由于人體某些部位的膚色與測(cè)量背景的顏色較接近，導(dǎo)致處理后的人體圖像內(nèi)部存在孔洞。在此基礎(chǔ)上，運(yùn)用孔洞填充、開運(yùn)算等算法，平滑青年女性人體圖像的輪廓，刪除人體圖像中小的孤立物，去掉人體圖像中細(xì)小的突出部分[5]。

形態(tài)學(xué)重構(gòu)從青年女性人體圖像的峰值開始，根據(jù)像素的連通性依次計(jì)算到圖像的其他部分。運(yùn)用MatLab軟件，采用函數(shù)Bwperim提取出光滑的青年女性人體圖像輪廓，圖像輪廓提取及特征尺寸識(shí)別見圖1。

圖1 圖像輪廓提取及特征尺寸識(shí)別

2.3 特征尺寸識(shí)別

運(yùn)用圖像處理學(xué)中的區(qū)域描繪子，得到人體圖像的8個(gè)極值點(diǎn)。其中，人體正面圖像中的最高點(diǎn)所在的行，記為L(zhǎng)max；圖像中最低點(diǎn)所在的行，記為L(zhǎng)min[3]。根據(jù)圖像學(xué)知識(shí)，人體身高的圖像學(xué)尺寸為L(zhǎng)max行與Lmin行之間間隔行數(shù)的絕對(duì)值。

提取的人體輪廓屬于二值圖像，用1表示輪廓的二值。由于臀高與身高存在比例關(guān)系(R)，該比例關(guān)系在一定范圍內(nèi)浮動(dòng)，可用區(qū)間[R1，R2]表示。就進(jìn)行圖像處理的某青年女性人體輪廓而言，根據(jù)人體的身高、臀高與身高的比例區(qū)間，可以得到臀高對(duì)應(yīng)行數(shù)的浮動(dòng)區(qū)間[L1，L2]。在區(qū)間[L1，L2]內(nèi)，尋找臀部的二值像素點(diǎn)，以確定臀突的位置。在區(qū)間[L1，L2]內(nèi)，同一行上左、右像素點(diǎn)所在列數(shù)差的絕對(duì)值的最大值為臀寬的圖像學(xué)尺寸。同時(shí)，將最大值所在行記為L(zhǎng)p。同理，在人體側(cè)面圖像中，Lp行上左、右像素點(diǎn)所在列數(shù)差的絕對(duì)值為臀厚的圖像學(xué)尺寸。按照類似方法，可以得到人體其他圍度對(duì)應(yīng)的寬度、厚度尺寸。

3 青年女性人體圍度擬合

3.1 青年女性人體體型分類

將青年女性人體的3D點(diǎn)云圖導(dǎo)入Imageware軟件中，提取腰圍、臀圍截面，得到不同形狀的腰圍、臀圍截面。分析發(fā)現(xiàn)，腰圍截面、臀圍截面的寬厚比差異較大。因此，將青年女性人體的腰部寬度與腰部厚度的比值、臀部寬度與臀部厚度的比值作為分類指標(biāo)，完成體型細(xì)分[6]。230名受試者中有20人的體型分類比較分散，本文不予以考慮。按照一級(jí)、二級(jí)分類指標(biāo)將剩余的210名受試者進(jìn)行體型分類，體型細(xì)分結(jié)果分布見表1。

表1 體型細(xì)分結(jié)果分布

3.2 圍度擬合分析

3.2.1 基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的臀圍測(cè)量

按照臀高與身高的比例關(guān)系，在3D點(diǎn)云圖中確定臀圍的位置，臀圍測(cè)量的步驟如下：①使用Imageware軟件輸入三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)，切換到視角“Front”；②通過工具“Parallel Cloud Cross Sections”選擇Y軸方向的臀圍截面；③利用工具“3D-Spline”在“Left”視角下繪制臀圍的曲線，再利用工具“Object Information”測(cè)量臀圍值。點(diǎn)云圖中臀圍尺寸量取見圖2。通過類似的操作，可以量取腰圍的尺寸。

圖2 點(diǎn)云圖中臀圍尺寸量取

3.2.2 圍度擬合方程

由于圍度和相應(yīng)寬度、厚度存在相關(guān)關(guān)系[7]，可以構(gòu)建對(duì)應(yīng)的擬合方程。青年女性人體體型細(xì)分后，占比較低的類別不統(tǒng)計(jì)在內(nèi)。借助SPSS統(tǒng)計(jì)軟件，構(gòu)建的圍度擬合方程如下：

①若W1/W2=1.3，H1/H2=1.4，則

W前=1.149×W1+0.946×W2-11.675

W后=0.896×W1+0.601×W2+0.737

H前=3.467×H1-2.639×H2-8.691

H后=1.588×H2+9.335

②若W1/W2=1.3，H1/H2=1.5，則

W前=3.108×W2-1.602×W1+14.275

W后=3.451×W1-1.953×W2-11.932

H前=3.798×H1-4.026×H2+4.561

H后=1.31×H1+3.533

③若W1/W2=1.4，H1/H2=1.4，則

W前=1.119×W1+5.506

W后=1.297×W1+2.521

H前=5.81×H2-3.435×H1+21.07

H后=5.48×H1-6.108×H2+10.46

④若W1/W2=1.4，H1/H2=1.5，則

W前=1.875×W2+0.577

W后=0.965×W1+9.843

H前=0.829×H1+1.125×H2-10.025

H后=0.722×H2+31.004

⑤若W1/W2=1.4，H1/H2=1.6，則

W前=2.827×W1-2.09×W2+0.897

W后=1.753×W1-9.116

H前=5.282×H2-2.165×H1+4.835

H后=3.523×H1-5.035×H2+32.462

⑥若W1/W2=1.5，H1/H2=1.5，則

W前=1.524×W1-0.776×W2+7.992

W后=2.735×W1-2.63×W2+11.811

H前=0.983×H1+9.198

H后=1.042×H1+12.502

式中：W前為前腰圍尺寸，cm；W后為后腰圍尺寸，cm；W1為腰部寬度，cm；W2為腰部厚度，cm；H前為前臀圍尺寸，cm；H后為后臀圍尺寸，cm；H1為臀部寬度，cm；H2為臀部厚度，cm。

另外挑選50名受試者進(jìn)行人體尺寸測(cè)量，將50人的實(shí)際三維測(cè)量值與不同體型分類后的擬合值進(jìn)行對(duì)比分析。鑒于人體圍度的差異性，本文利用相對(duì)誤差(絕對(duì)誤差與三維測(cè)量值的比值)來檢驗(yàn)擬合結(jié)果精準(zhǔn)度，|±1|表示相對(duì)誤差在±1.25%到0之間；|±2|表示相對(duì)誤差在±2.50%到±1.25%之間；|±3|表示相對(duì)誤差在±3.75%到±2.50%之間；|±4|表示相對(duì)誤差小于-3.75%或者大于3.75%；相對(duì)誤差分析結(jié)果見表2。

表2 相對(duì)誤差分析結(jié)果

驗(yàn)證結(jié)果表明，基于人體圍度寬度與厚度比值分類的擬合方程預(yù)測(cè)精準(zhǔn)度比較高，預(yù)測(cè)值相對(duì)誤差小于2的百分比超過85%，圍度擬合方程具有較好的實(shí)用價(jià)值。

4 裙褲結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)

4.1 裙褲原型結(jié)構(gòu)參數(shù)

假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)女體的凈臀圍為H。其中，凈臀圍H為前臀圍與后臀圍的和。在裙褲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，橫襠部位對(duì)前后褲片中縫的牽制力需要減小到零[8]。當(dāng)總襠寬(X)達(dá)到最大值時(shí)，X裙褲=0.21H[9]，此時(shí)的襠寬系數(shù)(總襠寬與凈臀圍的比值)K裙褲=0.21。裙褲后腰線與裙裝后腰線設(shè)計(jì)相似，即后中心下降H/96，即裙褲后翹量h裙褲=-H/96。同時(shí)，后中線傾角α裙褲=0°，下襠縫夾角β裙褲=0°[10]。裙褲原型結(jié)構(gòu)及參數(shù)值見圖3。

圖3 裙褲原型結(jié)構(gòu)及參數(shù)值

4.2 裙褲結(jié)構(gòu)參數(shù)取值規(guī)律

就裙褲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)而言，隨著裙褲外輪廓幅度增加，總襠寬的數(shù)值也逐漸增大，二者之間的函數(shù)關(guān)系為X=KH，K為襠寬系數(shù)，取值區(qū)間為K∈[0.16，0.21][11]。后中線傾角、后翹量以及下襠縫夾角都與襠寬系數(shù)存在函數(shù)關(guān)系[11-12]，分別見式(3)～(5)：

α=42-200K

(3)

h=29H/240-5KH/8

(4)

β=798/5-760K

(5)

式中：α為褲裙后中線傾角，K∈[0.16，0.21]；h為褲裙后翹量，K∈[0.16，0.21]；β為褲裙下襠縫夾角，K∈[0.16，0.21]。

4.3 裙褲省量的確定

省道是解決人體圍度差、將2D面料塑造成3D服裝的重要工藝形式。為了避免服裝在人體凸起部位出現(xiàn)尖點(diǎn)，通常將單個(gè)省量的最大值約束為3 cm。根據(jù)合體裙裝、褲裝放松量的加放規(guī)則，平分到1/4衣片中，腰圍的放松量設(shè)為0.5 cm，臀圍的放松量設(shè)為1 cm。就某類青年女性體型而言，裙褲前片的省量=2/3[H前+1-(W前+0.5)]；裙褲后片的省量=2/3[H后+1-(W后+0.5)]。如果計(jì)算的省量在3 cm以內(nèi)，則設(shè)置1個(gè)省道；如果計(jì)算的省量超過3 cm，則需要設(shè)置2個(gè)省道。

5 裙褲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的現(xiàn)代演繹

為了滿足青年女性個(gè)性化的著裝需求，設(shè)計(jì)師在裙褲原型基礎(chǔ)上進(jìn)行現(xiàn)代設(shè)計(jì)，比如，改變?nèi)寡濋L(zhǎng)度、腰線結(jié)構(gòu)，增加褶裥、分割線或者衩等結(jié)構(gòu)變化。

5.1 斜裙褲的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

斜裙褲最明顯的特征是裙擺量比較大。在裙褲原型的底擺處剪開，合并腰部的省道，通過省道轉(zhuǎn)移技術(shù)將腰部的省道轉(zhuǎn)移到底擺處，增加底擺量。為實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的平衡，內(nèi)、外側(cè)縫分別向外撇出1.5、3.0 cm擺量。斜裙褲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖4。

單位：cm,下同。

5.2 褶裥連腰裙褲的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

褶裥連腰裙褲的襠寬系數(shù)取值為0.16H，按照前、后襠寬的結(jié)構(gòu)合理性進(jìn)行分配。該裙褲屬于高腰裙褲，需要在裙褲原型上將腰線抬高4 cm。裙褲前片有3個(gè)褶裥，形狀為陰裥，單個(gè)褶裥量16 cm，運(yùn)用切展法分別在前中線位置、橫襠線1/2處增加褶裥量。裙褲前片的省量也合并為褶裥量。將裙褲后片的腰臀差，設(shè)置為2個(gè)省道，按照對(duì)稱原則將省道補(bǔ)齊到高腰位置[13]。為了實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)的平衡，內(nèi)、外側(cè)縫分別向外撇出1.5、4.5 cm擺量。褶裥連腰裙褲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖5。

圖5 褶裥連腰裙褲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

5.3 圓弧形裙擺裙褲的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

按照45°四片斜裙褲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的方法完成裙褲的腰線、底擺等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)[14]。根據(jù)襠寬系數(shù)的取值合理分配裙褲的前襠寬、后襠寬。圓弧形裙擺裙褲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見圖6。

圖6 圓弧形裙擺裙褲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

6 結(jié) 論

為實(shí)現(xiàn)青年女性裙褲結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)，通過數(shù)字圖像處理方法提取人體輪廓并識(shí)別特征尺寸，構(gòu)建不同體型的圍度擬合方程，剖析裙褲結(jié)構(gòu)的參數(shù)設(shè)計(jì)規(guī)律，結(jié)論如下：

①綜合運(yùn)用數(shù)字圖像處理的各種方法，運(yùn)用MatLab軟件編程有效地提取了青年女性人體正、側(cè)面圖像的輪廓，識(shí)別出腰圍、臀圍截面對(duì)應(yīng)的寬度、厚度等特征尺寸。運(yùn)用Imageware軟件量取青年女性人體3D點(diǎn)云圖中對(duì)應(yīng)位置的腰圍、臀圍尺寸，減小了人體圍度尺寸測(cè)量誤差。

②基于腰部寬度與腰部厚度的比值、臀部寬度與臀部厚度的比值完成了青年女性體型細(xì)分，構(gòu)建了不同體型基于寬度、厚度的前后腰圍、前后臀圍的回歸方程，得到的回歸方程擬合精準(zhǔn)度比較高，預(yù)測(cè)值相對(duì)誤差小于2的比例超過85%。

③歸納出裙褲前后腰圍、臀圍，后中線傾角、后翹量、前后下襠縫夾角以及省量等參數(shù)設(shè)計(jì)規(guī)律，可實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代裙褲結(jié)構(gòu)的參數(shù)化設(shè)計(jì)，能夠滿足青年女性消費(fèi)者的個(gè)性化消費(fèi)需求。