亞洲男士西服基本紙樣自動(dòng)生成系統(tǒng)的建立

凌雅麗， 朱凌軒， 邵曉煊， 李澤輝， 鐘安華

(1. 武漢紡織大學(xué) 服裝學(xué)院， 湖北 武漢 430073； 2. 湖北省虛擬仿真實(shí)驗(yàn)室， 湖北 武漢 430073)

服裝智能化是當(dāng)前服裝行業(yè)發(fā)展的突破口，表現(xiàn)在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)制作、管理及銷售等方方面面。紙樣制版是服裝生產(chǎn)過(guò)程中關(guān)鍵且復(fù)雜的環(huán)節(jié)，目前國(guó)內(nèi)外大多數(shù)企業(yè)仍使用傳統(tǒng)的CAD制版，例如富怡CAD，智尊寶CAD等軟件[1]，這既要求制版師有豐富的制版經(jīng)驗(yàn)和熟練操作計(jì)算機(jī)的能力，還耗時(shí)耗力。CAD雖然解決了手工制版不好傳輸、保存不便等問(wèn)題，但常常只是用來(lái)畫(huà)重復(fù)的點(diǎn)、線，并未很大程度上提高工作效率[2]。操作界面直觀、簡(jiǎn)單快捷的紙樣制版系統(tǒng)的研發(fā)迫在眉睫。

國(guó)內(nèi)外學(xué)者早在20世紀(jì)末就提出有關(guān)智能化在紙樣制版中運(yùn)用的構(gòu)想，如王秀芝提出服裝紙樣計(jì)算機(jī)生成專家系統(tǒng)的設(shè)想[3]，胡長(zhǎng)鵬建立一種以visual lisp為開(kāi)發(fā)工具的西裝紙樣智能生成系統(tǒng)[4]，劉為敏基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法建立了人體腰圍、臀圍尺寸變化量之間的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等[5]。以上基于各種算法設(shè)計(jì)紙樣自動(dòng)生成系統(tǒng)很大程度上改變了傳統(tǒng)服裝CAD一枝獨(dú)秀的格局，給服裝智能化的研究提供了新思路。

本文以制版復(fù)雜的男士西服為研究對(duì)象，創(chuàng)新性地提出通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)來(lái)建立男士西服紙樣數(shù)學(xué)模型?；诖搜芯康玫降募垬由上到y(tǒng)只需輸入一個(gè)控制部位參數(shù)值，即可輸出西服紙樣，極大地簡(jiǎn)化了使用者測(cè)量數(shù)據(jù)的過(guò)程，且參數(shù)化設(shè)計(jì)與傳統(tǒng)的定量制版法相比更靈活，當(dāng)關(guān)鍵參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，西服的整體結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的變化,更符合人體工學(xué)。

1 男士西服版型建模參數(shù)化設(shè)計(jì)

1.1 西服版型數(shù)學(xué)模型建立

本文以亞洲男士經(jīng)典款西服上衣為研究對(duì)象，亞洲男士體型偏瘦小，無(wú)明顯寬肩細(xì)腰特征，圍度與長(zhǎng)度尺寸存在相對(duì)穩(wěn)定的關(guān)系，因此亞洲男士經(jīng)典款西服基本輪廓呈H型，結(jié)構(gòu)為單排扣式的六開(kāi)身構(gòu)成，通常為V形平駁頭翻領(lǐng)，圓弧形下擺無(wú)開(kāi)衩。該款式最適合亞洲男性身材且款式設(shè)計(jì)相對(duì)穩(wěn)定，無(wú)明顯主體結(jié)構(gòu)變化，僅領(lǐng)型形狀、門(mén)襟寬度、口袋大小等位置存在細(xì)微差異。其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)較嚴(yán)格，具有代表性，是男士西服設(shè)計(jì)的基本紙樣[6]。對(duì)這種主體結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定的西服版型的研究有很大的市場(chǎng)價(jià)值，可以實(shí)現(xiàn)一板多款的效果。

選取10個(gè)亞洲中高端品牌的號(hào)型為175/92 A的30件男士經(jīng)典款西服上衣作為樣本，該類男士西服以成品規(guī)格尺寸為基礎(chǔ)的各個(gè)細(xì)部尺寸組成服裝樣。根據(jù)西服上衣的結(jié)構(gòu)，測(cè)量胸圍、前衣長(zhǎng)、后衣長(zhǎng)、肩寬、腰圍、下擺圍、胸省長(zhǎng)度、口袋長(zhǎng)度、口袋高度、駁頭長(zhǎng)度、駁頭寬度、前底領(lǐng)寬、后領(lǐng)口尺寸、后底領(lǐng)寬、后翻領(lǐng)寬、駁嘴寬度共16個(gè)男士西服衣身的主體結(jié)構(gòu)項(xiàng)目尺寸[7]。

首先對(duì)樣本的各項(xiàng)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，得出所調(diào)查樣本基本符合正態(tài)分布曲線走勢(shì)，均服從正態(tài)分布[8]，即本文研究所抽調(diào)的樣本數(shù)據(jù)均為有效數(shù)據(jù)，符合規(guī)律，實(shí)驗(yàn)具有科學(xué)性。

為了解男士西服各部位尺寸的相關(guān)性并提取對(duì)西服款式影響較大的因子，對(duì)樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行相關(guān)性分析。由此得到變量之間的相關(guān)系數(shù)，建立回歸線性方程。通過(guò)對(duì)樣本中的16個(gè)項(xiàng)目尺寸進(jìn)行相關(guān)性分析，得出：前衣長(zhǎng)、后衣長(zhǎng)、腰圍、下擺圍與胸圍之間的相關(guān)性最強(qiáng)，相關(guān)系數(shù)分別為0.586、0.626、0.577、0.893，而其他單項(xiàng)間的相關(guān)系數(shù)均低于0.3，相關(guān)性不明顯。

通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析提取系數(shù)最高的因子，即能最好的表示所有項(xiàng)目的部位[9]。為使西服紙樣自動(dòng)生成系統(tǒng)的程序設(shè)計(jì)最大程度簡(jiǎn)化且保證較高的精確度，盡可能使用最少的變量來(lái)表示所有西服尺寸。利用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件分析得到表1所示旋轉(zhuǎn)成分矩陣。因子的載荷系數(shù)呈現(xiàn)出兩極分化的狀態(tài)，共提取出特征值大于1的6個(gè)公因子，其中第1個(gè)公因子(整體尺寸因子)包含胸圍、下擺圍、后衣長(zhǎng)、前衣長(zhǎng)、腰圍5個(gè)部位。表2示出方差解釋結(jié)果。可知：這5項(xiàng)因子能解釋全部項(xiàng)目近30%的變異，即胸圍、下擺圍、后衣長(zhǎng)、前衣長(zhǎng)、腰圍這5個(gè)部位對(duì)西服紙樣造型影響大，其中得分最高的是胸圍0.899，這說(shuō)明影響男士西服基本紙樣造型的主要因子是胸圍，其次是下擺圍、衣長(zhǎng)及腰圍。

表1 旋轉(zhuǎn)成分矩陣Tab.1 Rotation component matrix

綜合上述相關(guān)性分析及因子分析，胸圍、下擺圍、后衣長(zhǎng)、前衣長(zhǎng)、腰圍這5個(gè)部位能最好表示西服紙樣造型，且前衣長(zhǎng)、后衣長(zhǎng)、腰圍、下擺圍均與胸圍有著較強(qiáng)的相關(guān)性，因此選取胸圍作為建立數(shù)學(xué)模型的自變量x，前衣長(zhǎng)、后衣長(zhǎng)、腰圍、下擺圍為因變量y。通過(guò)回歸分析得出各個(gè)部位尺寸與胸圍的線性關(guān)系，進(jìn)而建立精確的數(shù)學(xué)模型來(lái)表示西服各部位尺寸之間相關(guān)的聯(lián)系[10]。以回歸模型檢驗(yàn)各因變量與自變量之間的擬合程度[11]。

表2 總方差解釋Tab.2 Total variance of interpretation

首先進(jìn)行回歸系數(shù)檢驗(yàn)，相關(guān)系數(shù)R均大于0.5，說(shuō)明線性相關(guān)程度較好。表3示出回歸模型系數(shù)與系數(shù)估計(jì)值?？芍讲钆蛎浺蜃泳∮?， 顯著性均小于0.05，說(shuō)明模型構(gòu)建良好，根據(jù)一元線性回歸方程y=β1x+β2，由表3可知，前衣長(zhǎng)與胸圍的線性關(guān)系式為y1=0.176x+54.456 ,后衣長(zhǎng)與胸圍的線性關(guān)系式為y2=0.206x+50.291 ,腰圍與胸圍的線性關(guān)系式為y3=0.479x+45.846 ,下擺圍與胸圍的線性關(guān)系式為y4=0.569x+47.434。

而基于上述相關(guān)性和因子分析可看出，西服領(lǐng)子和口袋的尺寸設(shè)計(jì)具有很強(qiáng)的獨(dú)立性，與其他變量沒(méi)有顯著關(guān)系，因此這些部位制版的數(shù)學(xué)模型依據(jù)劉瑞璞[12]的六開(kāi)身西服紙樣制版原理確定，包括比例法和定額法等。

表3 回歸模型系數(shù)與系數(shù)估計(jì)值匯總Tab.3 Regression model coefficients and coefficient estimates

1.2 西服版型及控制點(diǎn)參數(shù)設(shè)計(jì)

結(jié)合上述分析所求回歸線性方程以及文獻(xiàn)[12]中男士西服紙樣繪制的原理，繪制男士西服基本紙樣，見(jiàn)圖1。

過(guò)點(diǎn)P13作垂線l1,過(guò)點(diǎn)P1作垂線l2，y軸通過(guò)上衣原型的中線，由于西服前門(mén)襟一般為2.5 cm，因此直線l1到y(tǒng)軸的距離比直線l2到y(tǒng)軸的距離大2.5 cm，即點(diǎn)P1到y(tǒng)軸的距離為[(胸圍-2×2.5)/4]cm；點(diǎn)P1到x軸的距離與衣身后衣長(zhǎng)有關(guān)，根據(jù)后衣長(zhǎng)與腰圍的線性回歸方程：y2=0.206x+50.291 和衣身原型比例法求縱坐標(biāo)。后衣長(zhǎng)為點(diǎn)P23到衣服下擺的距離，過(guò)點(diǎn)P1作水平線l3，點(diǎn)P1的縱坐標(biāo)為點(diǎn)P23到x軸的距離減點(diǎn)P23到直線l3的距離。根據(jù)第3代男裝標(biāo)準(zhǔn)基本紙樣原理，點(diǎn)P23到直線l3的距離為1/3后領(lǐng)寬，后領(lǐng)寬為1/12胸圍，x軸為腰圍線，在西服制版中，后片腰線上下比接近于0.58∶0.42，所以可推算出點(diǎn)P1的縱坐標(biāo)為0.58(0.206x+50.291 )-1/3×x/12。以此依次計(jì)算出男士西服基本紙樣中各控制點(diǎn)的坐標(biāo)，見(jiàn)表4，所有控制部位的坐標(biāo)點(diǎn)均用胸圍x表示。

圖1 男士西服基本紙樣及各控制點(diǎn)坐標(biāo)Fig.1 Basic pattern of men′s suit and coordinates of each control point

表4 男士西服版型各控制點(diǎn)坐標(biāo)Tab.4 Coordinate parameters of each control point of men′s suit type

2 男士西服版型自動(dòng)生成系統(tǒng)的建立

2.1 西服版型數(shù)學(xué)模型的MatLab編寫(xiě)

MatLab是一款具有強(qiáng)大計(jì)算能力的數(shù)學(xué)軟件，能便捷地實(shí)現(xiàn)參數(shù)化輸入和可視化的圖形輸出[13]，利用其進(jìn)行模型搭建能讓用戶直觀地觀察運(yùn)算結(jié)果。本文基于1.2節(jié)建立的西服版型數(shù)學(xué)模型及坐標(biāo)點(diǎn)的參數(shù)設(shè)計(jì)，利用MatLab的R2 015 A版本中plot函數(shù)進(jìn)行坐標(biāo)點(diǎn)的連接，對(duì)于曲線部分坐標(biāo)點(diǎn)的連接則取B樣條曲線插值的方法進(jìn)行繪制，一般需要最少3至5個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，然后使用B樣條函數(shù)對(duì)曲線部分進(jìn)行插值，并完成直線段和曲線段的光滑連接[14]。

如：P22和P21部分根據(jù)曲線的形狀，在曲線上尋找2個(gè)節(jié)點(diǎn)。接著進(jìn)行B樣條插值繪制。P22-2=[(P22(1)+2×P21(1))/3(P21(2)+2×P22(2))/3];確定節(jié)點(diǎn)2P22-2。

P12-1=[(P22(1)+P21(1))/2(P21(2)+9×P22(2))/10];確定節(jié)點(diǎn)1P22-1。

大部分學(xué)生學(xué)習(xí)輪滑都是因?yàn)閷?duì)輪滑運(yùn)動(dòng)的喜愛(ài)與好奇，并不是真正的體育愛(ài)好者，因此在對(duì)體育運(yùn)動(dòng)前的準(zhǔn)備不夠充分，導(dǎo)致在輪滑運(yùn)動(dòng)前未進(jìn)行熱身運(yùn)動(dòng)以及準(zhǔn)備運(yùn)動(dòng)，致使學(xué)生們?cè)谳喕\(yùn)動(dòng)時(shí)身體各項(xiàng)機(jī)能得不到更好的舒展，從而使身體受到不必要的損壞與傷害。體育運(yùn)動(dòng)雖然分為很多種，但都存在一個(gè)共性問(wèn)題，即在運(yùn)動(dòng)前應(yīng)該先進(jìn)行準(zhǔn)備運(yùn)動(dòng)，使身體進(jìn)入狀態(tài)之后再進(jìn)行運(yùn)動(dòng)，這樣會(huì)增強(qiáng)身體的反應(yīng)速度，能夠及時(shí)在潛意識(shí)中反應(yīng)過(guò)來(lái)并且通過(guò)身體的肌肉記憶很快做出調(diào)整，減少因身體跟不上反映的現(xiàn)象發(fā)生，防止在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中身體受到損傷。

P21P22=[P22;P22;P22-1;P12-2;P21;P21];列舉要繪制的所有節(jié)點(diǎn)。

[xp1,yp1]=B Spline(p21p′22);用B樣條函數(shù)插值，得到所有的樣條曲線數(shù)據(jù)點(diǎn),plot(xp1,yp1)繪制圖像。

再如：P27P28、P23P24和P25P26利用了兩直線求交點(diǎn)的方式聯(lián)立解方程，求解P25的方法。利用角度計(jì)算斜率，并代入坐標(biāo)求出截距，最后矩陣求解即可，部分代碼如下：

b1=-1/tan(13×Pi/180)×P26(1)+P26(2);

k1=1/tan(13×Pi/180);

b2=-tan(13×Pi/180)×P22(1)+P22(2);

k2=tan(13×Pi/180);

P25=(inv([k1,-1;k2,-1])×[-b1;-b2])′。

繪制出西服版型基本框架后，調(diào)整線條，在此基礎(chǔ)上編寫(xiě)函數(shù)程序，將該程序命名為Clothes Make，其后臺(tái)的計(jì)算步驟如下：輸入男士西服基本紙樣所需的胸圍尺寸，通過(guò)程序進(jìn)行編號(hào)計(jì)算，根據(jù)先前得出的線性回歸關(guān)系，利用MatLab的圖形生成功能繪制，通過(guò)用戶互動(dòng)窗口展現(xiàn)出來(lái)，達(dá)到準(zhǔn)確快速繪制復(fù)雜版型的目的。

2.2 西服版型自動(dòng)生成效果

在MatLab操作界面中導(dǎo)入男士西服自動(dòng)生成系統(tǒng)fig格式即可進(jìn)入男士西服基本紙樣自動(dòng)生成系統(tǒng)的界面，如圖2所示。在窗口B(胸圍)輸入所需男士西服的胸圍尺寸，點(diǎn)擊“圖形生成”即可自動(dòng)生成對(duì)應(yīng)的版型結(jié)構(gòu)。如圖輸入胸圍“98”，點(diǎn)擊“圖形生成”，男士西服版型的結(jié)構(gòu)圖便可呈現(xiàn)。點(diǎn)擊清空，可進(jìn)行下一個(gè)版型的繪制。

圖2 男士西服基本紙樣自動(dòng)生成界面Fig.2 Automatic generation interface of men′s suit pattern

3 自動(dòng)生成系統(tǒng)的驗(yàn)證

表4中數(shù)據(jù)顯示，隨機(jī)選取4個(gè)尺寸使用自動(dòng)生成系統(tǒng)制版，與抽樣調(diào)查的4件對(duì)應(yīng)尺寸男士西服在關(guān)鍵部位(前衣長(zhǎng)、后衣長(zhǎng)、腰圍、下擺圍)的誤差均在±1 cm以內(nèi)，整體誤差約為±0.4 cm，在合理范圍內(nèi)，不影響西服整體造型。

表5 自動(dòng)生成系統(tǒng)制版與成衣尺寸對(duì)比Tab.5 Comparison of automatic generation system plate making and garment size

圖3 不同西服胸圍自動(dòng)生成系統(tǒng)制版與富怡CAD制版對(duì)比Fig.3 Comparison of automatic generation system platemaking and Fuyi CAD plate making comparison

此外，為驗(yàn)證上述男士西服自動(dòng)生成系統(tǒng)是否具有實(shí)用性，采用2種方式對(duì)其效果進(jìn)行驗(yàn)證：1)樣衣試穿對(duì)比；2)平面結(jié)構(gòu)圖對(duì)比；在本文中以文獻(xiàn)[12]中男士西服版型為參考，通過(guò)平面結(jié)構(gòu)圖對(duì)比版型造型，觀察其尺寸及造型差異。

以西服胸圍尺寸為98、104、110、116 cm為例，分別使用上述版型自動(dòng)生成系統(tǒng)制版和富怡CAD制版，在比例縮放相同條件下將二者重合，結(jié)果如圖3所示。圖中黑色輪廓版型由上述版型自動(dòng)生成系統(tǒng)所得，淺灰色輪廓版型由富怡CAD制板所得。對(duì)比觀察二者重合度，可得西服整體長(zhǎng)度及圍度一致；在西服結(jié)構(gòu)弧線部位，如袖窿弧、后領(lǐng)弧處，線條不如人工制板流暢。

因此，需進(jìn)一步對(duì)自動(dòng)生成系統(tǒng)程序進(jìn)行優(yōu)化，在袖窿弧、后領(lǐng)弧部位，進(jìn)行3次樣條插值，使曲線更光滑，最終效果如圖4所示。

圖4 優(yōu)化后男士西服基本紙樣自動(dòng)生成界面Fig.4 Adjusted automatic generation interface of men′s suit pattern

4 結(jié) 論

針對(duì)男士西服，本文提出了一種高效的西服版型自動(dòng)生成方法并給出了可行性路線，通過(guò)建立數(shù)學(xué)模型用自變量胸圍表示各控制點(diǎn)的坐標(biāo)，設(shè)計(jì)自動(dòng)生成系統(tǒng)。具體研究結(jié)果如下。

1)通過(guò)數(shù)據(jù)分析科學(xué)地確定了男士西服基本紙樣各控制部位與胸圍的線性關(guān)系；

2)建立男士西服基本紙樣數(shù)學(xué)模型，用自變量胸圍x表示出每個(gè)控制點(diǎn)的坐標(biāo)，實(shí)現(xiàn)西服紙樣的參數(shù)化設(shè)計(jì)；

3)設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)出男士西服基本紙樣自動(dòng)生成系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)男士西服基本紙樣的自動(dòng)生成；

該自動(dòng)生成系統(tǒng)能有效解決西服版型繪制復(fù)雜、放碼機(jī)械化的問(wèn)題，且為服裝紙樣制版提供了一種新思路，是智能化服裝的新課題。本文所建立的紙樣自動(dòng)生成系統(tǒng)適用對(duì)象單一，雖然生成的版型準(zhǔn)確，但還需要開(kāi)發(fā)更多功能以適應(yīng)不同類型紙樣自動(dòng)生成的需求。