基于數(shù)字化三維人體模型的旗袍定制設(shè)計(jì)

冀艷波， 王玲麗， 劉凱旋

(西安工程大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院， 陜西 西安 710048)

目前，定制類服裝多以正向設(shè)計(jì)方式生產(chǎn)，存在合體性差、設(shè)計(jì)制作周期長、價(jià)格高昂等問題。傳統(tǒng)的正向設(shè)計(jì)方式已無法滿足日益增長的個(gè)性化消費(fèi)需求。對于解決此類問題的研究主要有以下幾個(gè)方面。

一是采用三維虛擬試衣技術(shù)，傳統(tǒng)的虛擬試衣技術(shù)應(yīng)用屬于正向設(shè)計(jì)，是將服裝二維樣板導(dǎo)入虛擬試衣軟件中，利用二維窗口與三維窗口交互生成服裝款式[1]。通過對二維樣板的調(diào)整改變?nèi)S造型，是二維轉(zhuǎn)三維的過程。近年，三維虛擬試衣技術(shù)在逆向設(shè)計(jì)中的應(yīng)用成為研究重點(diǎn)，在虛擬試衣軟件中通過對服裝輪廓硬化構(gòu)建三維服裝模型，再依據(jù)設(shè)計(jì)要求在三維服裝模型的表面進(jìn)行分割設(shè)計(jì)，然后展開獲得二維紙樣[2]。二是將逆向工程技術(shù)融入數(shù)字化定制生產(chǎn)中，通過點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建特征人體，并在人體模型中截取關(guān)鍵曲線，通過曲線放樣生成服裝曲面，利用曲面自動展平技術(shù)獲得服裝樣板[3-4]。此種方法適用于合體度要求高的緊身服裝，也可通過對展平的合體樣板加放較大松量獲得寬松樣板[5]，但這種方式存在二維修正誤差。除此之外，也可通過計(jì)算人體模型和人體穿著服裝模型之間橫截面尺寸的乘積因子。使用乘積因子放大或縮小人體模型，利用模型變化從而設(shè)計(jì)不同尺寸服裝[6]。三是利用一些設(shè)備如：攝影機(jī)、Kinect、動作捕捉儀等，直接獲取服裝信息，然后進(jìn)行圖像處理、幾何重構(gòu)、紋理映射、細(xì)節(jié)增強(qiáng)、孔洞修補(bǔ)、后期處理等操作得到三維服裝曲面，同樣結(jié)合逆向技術(shù)曲面展平獲得樣板[7]。此種方法僅適用于對合體度要求不高的寬松服裝，且服裝曲面的構(gòu)建方式過程繁瑣、技術(shù)難度大，不適用于實(shí)際的樣板生成。為此，本文嘗試通過構(gòu)建“帶松量”人體模型，完成貼體服裝的曲面快速構(gòu)建，并將逆向技術(shù)與三維可視化技術(shù)相結(jié)合完成旗袍三維服裝造型設(shè)計(jì)，利用曲面自動展平技術(shù)獲得二維樣板，將二維樣板制得成衣進(jìn)行主觀評價(jià)，得出一種針對貼體定制服裝進(jìn)行快速三維服裝造型并獲得樣板的數(shù)字化設(shè)計(jì)方法，滿足服裝行業(yè)面對新消費(fèi)、新制造轉(zhuǎn)型的數(shù)字驅(qū)動需求。

1 “帶松量”的人體模型構(gòu)建

1.1 三維人體掃描

1.1.1 實(shí)驗(yàn)對象

在旗袍消費(fèi)群體中，選取一位27歲女性作為本文實(shí)驗(yàn)被試者。依據(jù)三維虛擬設(shè)計(jì)軟件CLO的參數(shù)設(shè)置來確定需要采集的特征部位，并參照GB 3975—1983《人體測量術(shù)語》及GB 16160—2017《服裝人體測量的部位及方法》，從水平尺寸、垂直尺寸以及其他尺寸中選取出構(gòu)建人體模型所需的23個(gè)特征尺寸。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)條件

在溫度為23 ℃，相對濕度(65±2)%,風(fēng)速小于0.1 m/s的實(shí)驗(yàn)室內(nèi)，使用德國的彩色三維人體掃描儀進(jìn)行測量。測試前對被試者進(jìn)行相關(guān)培訓(xùn)，并要求被測者頭戴束發(fā)帽，著較薄文胸及三角內(nèi)褲，身體無其他裝飾物，以排除主客觀影響因素,確保測量精確。

1.1.3 數(shù)據(jù)采集

將被試者的23個(gè)特征部位進(jìn)行標(biāo)記。當(dāng)被試者進(jìn)入掃描區(qū)域后，按指定位置站好，以掃描姿勢保持6～10 s。實(shí)驗(yàn)人員及時(shí)將被試者的人體掃描數(shù)據(jù)保存，并檢驗(yàn)數(shù)據(jù)完整性。最后將所需要的特征部位尺寸導(dǎo)出，用于三維人體模型構(gòu)建，如表1所示。

表1 人體掃描數(shù)據(jù)表

1.2 人體模型構(gòu)建

目前有2種常用人體模型構(gòu)建方法，一種是利用三維人體掃描獲取點(diǎn)云數(shù)據(jù)，經(jīng)對點(diǎn)云數(shù)據(jù)降噪、精簡、補(bǔ)洞、光滑，獲得特征人體模型，此方法工作量大，操作復(fù)雜，但可獲得精確人體[8]。另一種是利用三維虛擬設(shè)計(jì)平臺中的參數(shù)化設(shè)置調(diào)整來構(gòu)建人體模型，此方法工作量小，能快速生成三維人體模型。本文實(shí)驗(yàn)選擇在三維虛擬設(shè)計(jì)平臺完成人體模型構(gòu)建，根據(jù)人體掃描數(shù)據(jù)，將平臺自帶的標(biāo)準(zhǔn)人體模型a進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，從而獲得特征人體模型b。因貼體服裝具備一定的松量，3種機(jī)織物合體程度的三圍松量如表2所示。本文中旗袍屬于貼體類服裝，其胸圍、腰圍、臀圍所放松量均為4 cm，上臂圍加放松量3 cm，如表3所示。在虛擬設(shè)計(jì)軟件中，通過參數(shù)設(shè)置將各部位松量加入到特征人體模型b上，將特征人體模型b調(diào)整為“帶松量”的人體模型c，如圖1所示。

表2 機(jī)織物服裝松量表

表3 特征人體模型與松量人體模型尺寸對比表

圖1 人體模型

2 旗袍曲面構(gòu)建

本文采用三維虛擬設(shè)計(jì)平臺構(gòu)建基礎(chǔ)型旗袍曲面。構(gòu)建方式為:在“帶松量”的人體模型表面，構(gòu)建一個(gè)緊身服裝曲面，利用平臺的服裝擬合功能，將繪制好的基礎(chǔ)型旗袍廓形擬合成基礎(chǔ)型旗袍曲面。擬合后的曲面具有極強(qiáng)的可塑性，能夠無縫緊貼人體，相當(dāng)于在“帶松量”的人體模型表面新建一層皮膚。最后將擬合好的曲面進(jìn)行硬化處理，形成光滑完整曲面造型，并保存為.obj文件格式導(dǎo)出。該文件格式與逆向工程軟件文件格式兼容，便于實(shí)現(xiàn)后續(xù)無變形曲面展平。

采用韓國三維虛擬設(shè)計(jì)軟件CLO進(jìn)行基礎(chǔ)型旗袍曲面構(gòu)建，以二維窗口中人體平面投影為參考依據(jù)，按照旗袍預(yù)設(shè)廓形進(jìn)行樣片繪制?；A(chǔ)型旗袍曲面的廓形預(yù)設(shè)領(lǐng)高為6 cm，裙長至腳踝，以上部位以人體投影為基準(zhǔn)。根據(jù)測量標(biāo)準(zhǔn)將人體第7頸椎點(diǎn)作為后領(lǐng)窩點(diǎn)，以后領(lǐng)窩點(diǎn)向上6 cm繪制領(lǐng)上口線，沿著人體頸部形態(tài)弧形繪制，注意左右對稱，裙長根據(jù)投影人體長度繪至腳踝，以臀圍線為起點(diǎn)，沿側(cè)縫下擺向內(nèi)側(cè)收縮1.5 cm。形成預(yù)設(shè)基礎(chǔ)型旗袍廓形樣片，該步驟對于后續(xù)旗袍設(shè)計(jì)工作至關(guān)重要。

將預(yù)設(shè)的旗袍外輪廓樣片進(jìn)行擬合，形成基礎(chǔ)型旗袍曲面造型，如圖2所示。觀察曲面是否平整且貼合人體，調(diào)整二維窗口樣板使旗袍呈現(xiàn)所需效果，再將“帶松量”的人體模型替換為特征人體模型，觀察人體著裝后的整體松量和形態(tài)，最后將旗袍表面硬化并導(dǎo)出基礎(chǔ)型旗袍曲面模型。

圖2 旗袍曲面擬合過程

3 三維可視化設(shè)計(jì)

3.1 旗袍曲面展平

曲面展平過程既是獲得紙樣過程也是服裝款式內(nèi)部分割設(shè)計(jì)過程。因人體表面為凹凸不平曲面，導(dǎo)致附著于表面的貼體旗袍曲面起伏較大，主要表現(xiàn)為胸部隆起、背部隆起、腰部凹陷、臀部突出等。在傳統(tǒng)的平面制版方式中，解決面料的余缺處理辦法為設(shè)置省道，針對不同部位形成相應(yīng)省道[9-10],如圖3(a)所示。省道是二維紙樣向三維服裝轉(zhuǎn)變的樞紐，同樣也是三維向二維平面轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵。本文實(shí)驗(yàn)結(jié)合人體省道位置進(jìn)行連省成縫分割設(shè)計(jì)，既要確保展平樣板精確無變形，又要使款式合體美觀。設(shè)計(jì)過程中，為突顯數(shù)字化定制設(shè)計(jì)的優(yōu)勢，此次以綜合性分割線設(shè)計(jì)為主，既強(qiáng)調(diào)旗袍曲線美，又遵循人體曲面的變化規(guī)律，最終通過曲面展平得到精確樣板。

圖3 分割線繪制過程

利用三維可視化設(shè)計(jì)優(yōu)勢，對旗袍分割線進(jìn)行設(shè)計(jì)，將基礎(chǔ)旗袍曲面模型導(dǎo)入Design Concept Auto 軟件中，通過分割窗口，設(shè)計(jì)并繪制款式分割線，分割線整體設(shè)計(jì)采用多條曲線斜向分割，運(yùn)用分割線M與N將右邊胸部合理展平，同時(shí)運(yùn)用分割線O與P進(jìn)行上下連身分割，便于將前衣身的胸腰臀合理展平，分割線設(shè)計(jì)如圖3(b)所示。背部運(yùn)用刀背分割線，合理解決后衣身的胸腰臀差值，后中心線分割用于安裝拉鏈。領(lǐng)子為領(lǐng)高2.5 cm的傳統(tǒng)立領(lǐng)。完成分割線設(shè)計(jì)后，將分割窗口轉(zhuǎn)換成展平窗口，按照分割線逐個(gè)將衣片進(jìn)行展平，從而獲得展平的二維樣板，如圖4所示。

圖4 曲面展平

將展平后的樣板保存為DXF文件導(dǎo)入ET軟件中進(jìn)行微調(diào)修正，最終獲得生產(chǎn)樣板，如圖5所示。

圖5 旗袍樣板

3.2 旗袍樣板驗(yàn)證

將修正后的樣板導(dǎo)入三維虛擬設(shè)計(jì)平臺中進(jìn)行虛擬試穿,如圖6所示。為保證驗(yàn)證過程的合理性與科學(xué)性，虛擬模特調(diào)入為特征人體b，并在物理屬性窗口將虛擬面料設(shè)置為桑蠶絲素縐緞，以便真實(shí)模擬面料與人體關(guān)系。測試過程中，觀察每條縫線位置的準(zhǔn)確性，主要檢驗(yàn)肩線、側(cè)縫線及后中心線，其次檢驗(yàn)胸、腰、臀、領(lǐng)口、袖窿松量大小，既要保證人體機(jī)能活動，又要合體舒適，最后觀察服裝呈現(xiàn)狀態(tài)是否平整美觀。

圖6 虛擬試穿

對于旗袍類貼體服裝，進(jìn)行虛擬試穿時(shí)，需對服裝壓力進(jìn)行檢驗(yàn)。本文采用三維虛擬設(shè)計(jì)平臺自帶的壓力檢測功能，能直觀地呈現(xiàn)服裝壓力大小，及時(shí)解決壓力過大問題。壓力由綠至紅漸變表示壓力由弱變強(qiáng)，服裝在人體穿著狀態(tài)下，出現(xiàn)深黃色到紅色區(qū)間的顏色分布，表明服裝壓力過高，出現(xiàn)黃色區(qū)域表示超出服裝壓力舒適區(qū)，出現(xiàn)綠色區(qū)域表明人體穿著服裝無明顯壓力。如圖7所示虛擬壓力檢測。表明靜態(tài)站立時(shí)虛擬模特穿著旗袍整體狀態(tài)呈現(xiàn)穿著舒適無壓力狀態(tài)。

圖7 虛擬壓力檢測

虛擬試穿驗(yàn)證樣板合體性后，可依據(jù)設(shè)計(jì)效果對不必要的分割線進(jìn)行弱化，亦可在虛擬平臺中插入樣片來獲得復(fù)雜服裝款式,如圖8所示。

圖8 虛擬設(shè)計(jì)效果

實(shí)驗(yàn)中，在旗袍裙擺部位插入擴(kuò)充量，使整體設(shè)計(jì)不至于呆板，裙擺插入的面料設(shè)置為輕薄透明的雪紡，而衣身面料則設(shè)置為灰藍(lán)色的桑蠶絲素縐緞，這樣即能保留旗袍傳統(tǒng)韻味，又豐富著裝效果。最后沿旗袍分割線制作裝飾滾邊，凸顯曲線美，其中弱化了N、O2條分割線，使旗袍整體風(fēng)格呈現(xiàn)古典簡約，如圖8所示。完成虛擬設(shè)計(jì)后，將裙擺插片與旗袍樣板同時(shí)導(dǎo)出。

通過樣衣制作以及真人測評，對樣板進(jìn)行二次驗(yàn)證，主要評價(jià)旗袍板型的舒適度與合體度。試穿者為前期被掃描者，確保驗(yàn)證旗袍樣板的科學(xué)性。測評中使用5級標(biāo)尺從1分至5分。1分表示無法穿著或穿著緊繃，非常不美觀舒適； 2分表示能夠穿著但較緊繃無松量，較不美觀舒適；3分表示有一些松量但仍感不適，美觀舒適性一般；4分表示松量合適，美觀舒適；5分表示松量非常合適、非常美觀舒適。圖9所示為試穿樣衣效果圖。

圖9 真人試穿

試穿者對旗袍不同部位進(jìn)行主觀評分，結(jié)果如表4所示。發(fā)現(xiàn)整體分?jǐn)?shù)主要集中4.0分以上,體現(xiàn)出旗袍板型合體度、舒適度較好。證明通過“帶松量”的人體模型進(jìn)行曲面構(gòu)建并逆向獲取旗袍樣板的設(shè)計(jì)方法科學(xué)有效。

表4 樣衣測評指數(shù)表

4 結(jié) 論

本文提出一種基于數(shù)字化三維人體模型的旗袍設(shè)計(jì)方法，該方法將三維可視化技術(shù)與逆向工程技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)貼體服裝設(shè)計(jì)及樣板自動生成。從主觀測評的指數(shù)可看出：基于“帶松量”的人體模型來構(gòu)建貼體服裝曲面造型及內(nèi)部分割設(shè)計(jì)，并通過逆向技術(shù)展平曲面，從而獲得貼體服裝紙樣的設(shè)計(jì)方法科學(xué)有效。從整個(gè)設(shè)計(jì)過程看，此方法能夠?qū)崟r(shí)調(diào)整樣板，快速進(jìn)行對比實(shí)驗(yàn)，確定最好結(jié)構(gòu)比例及服裝效果，實(shí)現(xiàn)貼體服裝設(shè)計(jì)與樣板生成一體化。解決了定制類貼體服裝傳統(tǒng)樣板生成方法所存在的合體性差、設(shè)計(jì)制版周期長等問題，為服裝行業(yè)新消費(fèi)、新制造轉(zhuǎn)型提供技術(shù)支持。本文實(shí)驗(yàn)以合體旗袍為研究對象，故僅以適合穿著旗袍的標(biāo)準(zhǔn)人體為研究對象，未涉及瘦體與胖體對于此方法的實(shí)證研究。