基于三維掃描人體的西褲紙樣襠彎線修正

陳 郁， 陳 璐， 方 琦

(上海工程技術(shù)大學(xué) 紡織服裝學(xué)院,上海 201620)

西褲作為正裝，其美觀性與合體性非常重要，而襠部結(jié)構(gòu)處理是西褲制板的關(guān)鍵所在[1-2]。一方面，由于人體襠部的輪廓各不相同，統(tǒng)一按號(hào)型標(biāo)準(zhǔn)制作的西褲與個(gè)體實(shí)際襠部尺寸會(huì)存在一定偏差，尤其對(duì)特殊體型人群而言，使用標(biāo)準(zhǔn)號(hào)型制作的西褲很難滿足其對(duì)著裝美觀性及舒適性的需求；另一方面，褲裝的舒適度會(huì)對(duì)人體運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生影響，當(dāng)褲襠過松時(shí)會(huì)影響西褲的美觀性，而襠部過緊則會(huì)在運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生不適感。因此，基于人體襠部的個(gè)性特征，合理地對(duì)標(biāo)準(zhǔn)紙樣襠彎線進(jìn)行修正就顯得非常必要[3]。

在傳統(tǒng)西褲紙樣繪制中，襠彎線的確定主要有3種方法：直接作圖法、基型法和立體裁剪法。直接作圖法和基型法都屬于平面制板方法，即通過測(cè)量個(gè)體腰圍、臀圍、立襠長等特征尺寸進(jìn)行版型設(shè)計(jì)。雖然這兩種方法都能夠用于襠部結(jié)構(gòu)的繪制，但僅基于特征尺寸繪制的版型仍不能充分適應(yīng)具有個(gè)性化特征的個(gè)體襠部形態(tài)結(jié)構(gòu)，容易降低褲裝的合體性及舒適性；而立體裁剪法主要是基于已有的標(biāo)準(zhǔn)服裝人臺(tái)進(jìn)行版型制作與設(shè)計(jì)，該方法雖然具有較好的普適性，但針對(duì)特殊體型仍存在襠部結(jié)構(gòu)適應(yīng)度較差等問題[4]。據(jù)此，為更好地處理西褲襠部結(jié)構(gòu)，周蕙等[5]采用數(shù)學(xué)建模的方法，建立各類褲型下襠傾斜角與襠寬的函數(shù)關(guān)系，為數(shù)字化處理西褲的襠部結(jié)構(gòu)提供依據(jù)，但操作過程略顯繁復(fù)；王紅歌等[6]提出了采用增加襠部結(jié)構(gòu)因子的方法對(duì)標(biāo)準(zhǔn)紙樣進(jìn)行修正，該方法雖然也能增加褲裝襠部的合體性，但由于人體襠部包含了多個(gè)曲面，具有一定的復(fù)雜性，因此，少量參數(shù)的增加仍不足以充分反映個(gè)體的襠部結(jié)構(gòu)。

隨著三維人體掃描技術(shù)的日臻成熟，其在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用也不斷深入，促進(jìn)了服裝款式、結(jié)構(gòu)和尺寸的個(gè)性化調(diào)整[7]以及三維數(shù)字化設(shè)計(jì)的發(fā)展。通過三維掃描獲得人體輪廓數(shù)據(jù)后，可進(jìn)一步進(jìn)行服裝的三維設(shè)計(jì)，經(jīng)展平后可以繪制出個(gè)性化程度更高、合體性更好的二維紙樣。但是，將三維服裝復(fù)雜的立體曲面轉(zhuǎn)化成二維紙樣時(shí)只能做到近似，不可避免地仍存在著形變[8]，因此，必須對(duì)得到的二維紙樣做出進(jìn)一步修改和驗(yàn)證。在褲裝襠彎線修正的相關(guān)研究中，劉宇飛等[9]提出了一種將三維人體截面襠彎線作為模板直接繪制褲裝紙樣的方法，該方法雖具有操作簡單、實(shí)用性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但不能直接確定襠彎縱向距離松量；章玉銘等[10]提供了一種能夠建立襠彎線與褲裝縱向松量之間關(guān)系的數(shù)學(xué)模型，在對(duì)標(biāo)準(zhǔn)紙樣進(jìn)行個(gè)性化修正中能夠取得較好的效果。

文中在上述研究的基礎(chǔ)上，提出了一種人體襠彎線與紙樣襠彎線擬合修正的新方法，該方法簡單易行，也更符合制板師的作業(yè)習(xí)慣。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 人體數(shù)據(jù)采集與標(biāo)準(zhǔn)西褲紙樣繪制

通過三維人體掃描儀對(duì)一穿著貼身褲裝的中等身材青年女性(年齡22歲，身高160.0 cm，體質(zhì)量57.5 kg)進(jìn)行三維掃描，并取得點(diǎn)云數(shù)據(jù)，得到其特征數(shù)據(jù)分別為：腰圍75 cm，臀圍95 cm，立襠長27 cm，大腿圍56 cm。

根據(jù)《服飾造型講座2：裙子·褲子》[11]中的紙樣結(jié)構(gòu)繪制方法，在AutoCAD中繪制出標(biāo)準(zhǔn)型西褲紙樣。按照繪制程序，應(yīng)該在前后襠彎線最底端向下增加1.5 cm的松量，但是考慮到需要對(duì)襠彎線進(jìn)行修正，因此暫不添加該松量值，最終得到未加松量的紙樣如圖1所示。

1.2 紙樣的縫合態(tài)放置

圖2為前后片紙樣的縫合態(tài)放置示意。將前后片紙樣以褲挺線平行放置，襠點(diǎn)重疊并通過襠點(diǎn)建立垂直參考線。以襠點(diǎn)為中心相對(duì)旋轉(zhuǎn)前后片紙樣，直至它們的內(nèi)側(cè)縫線與垂直參考線重疊2.5 cm，通過以上紙樣放置方法模擬褲裝前后片在襠彎部分的縫合狀態(tài)，這也是多數(shù)制板師檢查襠彎線平順度的常用方法。

圖1 未加縱向松量的標(biāo)準(zhǔn)型女西褲紙樣Fig.1 Paper patterns of standard women's pants without longitudinal ease allowance

圖2 前后片紙樣的縫合態(tài)放置示意Fig.2 Schematic diagram of the stitched position of front and back paper pattern

1.3 人體襠部曲線和襠點(diǎn)位置確定

將由三維掃描獲得的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入Maya軟件，通過軟件獲得人體輪廓的中心矢狀面(前后方向的中心縱剖面)，并采用B樣條曲線連接襠點(diǎn)和前后腰點(diǎn)、腹點(diǎn)、臀點(diǎn)等關(guān)鍵點(diǎn)，擬合出人體的襠部曲線(見圖3)；再通過腰部中垂線與襠彎線的交點(diǎn)確定該襠彎線的襠點(diǎn)[12]。根據(jù)章玉銘等[10]提出的女西褲襠彎線松量計(jì)算模型，將襠彎線最大臀圍截面線的中點(diǎn)設(shè)為原點(diǎn)O，以臀部厚度線為X軸, 過襠點(diǎn)作臀部厚度線的垂直線為Y軸, 基于坐標(biāo)原點(diǎn)(即點(diǎn)O)每間隔15°作輻射線，共11條。由于腹部及臀部形成的曲面變化較為復(fù)雜，因此，不同角度下每一點(diǎn)的距離松量分布是不同的，計(jì)算公式也不同，例如，當(dāng)角度為105°時(shí)，其相應(yīng)的計(jì)算公式為

y=3.143+0.111x

式中：x為襠部給定松量，文中為1.5；y為每一點(diǎn)的距離松量，計(jì)算得該點(diǎn)的距離松量為3.310。計(jì)算每一點(diǎn)的距離松量，再采用B樣條曲線進(jìn)行擬合處理，最終獲得帶有松量的人體襠彎線模板(見圖4)。

圖3 人體輪廓與襠部曲線確定Fig.3 Determination of the contour of human body and the crotch curve

圖4 人體襠彎線的松量確定Fig.4 Determination of the ease allowance of crotch curve

1.4 紙樣襠彎線的擬合和修正

將上述得到的具有松量的襠彎線模板平移至圖2所示的縫合態(tài)紙樣中，使襠點(diǎn)與紙樣的襠點(diǎn)重合，由此得到圖5。

圖5 三維人體剖面的放置位置Fig.5 Placement of the 3D human profile

由圖5可以看出，按標(biāo)準(zhǔn)方法獲得的縫合態(tài)紙樣，其前后片與帶有松量的人體襠彎線模板存在部分不匹配，紙樣的襠彎線不同程度地侵入了模板襠彎線。顯然，由標(biāo)準(zhǔn)方法繪制的紙樣所縫制的褲裝襠部與文中模特不匹配，考慮到文中模特具有小腹突出、下臀部較厚的體型特征，穿著由標(biāo)準(zhǔn)紙樣縫制的褲裝會(huì)在襠部產(chǎn)生壓迫感，需要進(jìn)行修正，具體修正過程如下：

1) 前片的修正。從紙樣的前中心線腰臀段作虛擬延長線，并使其與前片內(nèi)側(cè)縫線相交于PF,該延長線將紙樣分割成兩部分，即大身片和下襠片;同樣以后中心線的腰臀線段作延長線，并與內(nèi)側(cè)縫線相交，交點(diǎn)為PB，該延長線也將后片紙樣分割成大身和下襠兩片,具體如圖6所示。進(jìn)一步以PF點(diǎn)為軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)大身片，使其延長線與模板相切，由此獲得前片紙樣修正后的襠彎線，該線在切點(diǎn)以上為腰臀段直線，而切點(diǎn)以下為模板的下部襠彎線。

圖6 紙樣前后片的虛擬割斷Fig.6 Virtual cutting of the front and back paper pattern

2) 后片的修正。采用同樣的操作，以PB點(diǎn)為軸心，使后片的大身片旋轉(zhuǎn)至與松量襠彎線相切的位置，并由此獲得切點(diǎn)上部紙樣中心線和人體松量襠彎線組成的連線，得到修正后的完整襠彎線。進(jìn)一步對(duì)前后片旋轉(zhuǎn)時(shí)虛擬線產(chǎn)生的間隙進(jìn)行填補(bǔ)，即可獲得修正后的縫合態(tài)紙樣，具體如圖7所示。

圖7 前后大身片的旋轉(zhuǎn)與襠彎線的修正過程Fig.7 Rotation of the front and back pieces and the correction process of crotch curve

需要說明的是，修正后紙樣的襠點(diǎn)因與松量襠彎線擬合后產(chǎn)生一定移動(dòng)，已成為前后片內(nèi)側(cè)縫線重疊部分與襠彎線的交點(diǎn)。

上述襠彎線修正方法主要是基于具有小腹偏突出和下臀部較厚特征的“胖”臀型體征模特。為探究提出的修正方法對(duì)其他體型的適應(yīng)性，文中又采集了一位“瘦”臀型體征模特的特征尺寸(女性，年齡22歲，身高164.5 cm，體質(zhì)量49.5 kg，腰圍65.5 cm，臀圍87 cm，立襠長28.5 cm)，該模特具有體型偏瘦、小腹扁平、臀部不突出的特點(diǎn)。圖8為“瘦”臀型紙樣的修正。將得到的具有松量的襠彎線模板襠點(diǎn)與縫合態(tài)標(biāo)準(zhǔn)紙樣襠點(diǎn)重合[見圖8(a)]，通過模板與紙樣的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，紙樣前片襠彎線的腰臀段正好與模板相切，故無須旋轉(zhuǎn)；后片中，模板因臀部偏瘦而不能與后中心線相交，對(duì)此也采用類似“胖”臀型紙樣的修正方法，即延長后中心線的腰臀段，與內(nèi)側(cè)縫線相交于PB點(diǎn)，將后片虛擬分割為大身部分和下襠部分，逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)大身部分至虛擬直線與模板相切，由此獲得前片和后片的修正紙樣[見圖8(b)]。

圖8 “瘦”臀型紙樣的修正Fig.8 Correction of the paper pattern of "thin" hip

2 比較與討論

2.1 紙樣比較

為進(jìn)行紙樣比較，將“胖”臀型西褲的修正紙樣與原型紙樣的襠點(diǎn)對(duì)齊，具體如圖9所示。由圖9左側(cè)部分(前片紙樣)可以看出，修正后紙樣的腰圍和臀圍尺寸均保持不變，而內(nèi)、外側(cè)縫線和襠彎線的腰臀段整體向左平移，所進(jìn)行的修正可使得前片襠彎線弧度加深，符合“胖”臀型模特小腹較為突出的體態(tài)特征，可減少穿著時(shí)的壓迫感。由圖9右側(cè)部分(后片紙樣)的對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，修正后紙樣的腰圍和臀圍尺寸也未改變，只是襠彎線在臀圍以下形成了較深的下沉，更符合模特臀部下方較厚的體型特征，在一定程度上加大了松量，增大了運(yùn)動(dòng)時(shí)的活動(dòng)空間。

綜合以上兩處修正可以發(fā)現(xiàn)，修正后紙樣的腰圍、臀圍、立襠長和褲長等主要特征尺寸均保持不變，所做的修正主要是使襠部寬松，以符合模特的體型特征，提升穿著舒適感。

圖9 修正紙樣與原型紙樣對(duì)比Fig.9 Comparison of the modified paper pattern and the prototype paper pattern

2.2 穿著效果比較

為探究修改后的紙樣制成褲裝后與原型褲在穿著效果上的差異，模特對(duì)修正后的褲裝進(jìn)行試穿，并評(píng)估合體性及舒適性，具體穿著效果如圖10所示。由圖10(a)可以看出，在褲裝呈現(xiàn)的正面穿著效果中，左側(cè)原型褲前襠較緊，中心線下部有壓迫感，使得左右兩側(cè)產(chǎn)生褶皺；右側(cè)修正褲的前襠部合體性較好，沒有緊繃感，也未見明顯的橫向褶皺，可見修正紙樣前片襠彎線弧度的加深為褲裝提供了更多松量，舒適性得到提升。在圖10(b)的背面效果中，左側(cè)原型褲同樣存在臀部包裹較緊的問題，偏緊的包裹雖能展示臀部曲線，但臀部下緣處后中心線部分侵入臀溝，影響了舒適性，且采用無彈性的面料制衣時(shí)，臀部下方會(huì)出現(xiàn)較多褶皺，影響穿著美觀性；而右側(cè)修正褲中，由于修正紙樣襠彎線在臀部至襠點(diǎn)段提供了更多的松量，使得上述問題得到了極大改善，臀部至腿部的過渡較為自然，褶皺相對(duì)減少。

從穿著前后的效果對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，修正紙樣較好地解決了模特小腹突出和臀部下方較厚的問題，即采用文中修正方法可以使西褲更具合體性與舒適性。事實(shí)上，擁有“胖”臀型特征的人群占據(jù)相當(dāng)?shù)谋壤?，因此，文中提出的方法具有一定參考價(jià)值。此外，圖10中所比較的僅是靜止態(tài)穿著效果，模特運(yùn)動(dòng)時(shí)呈現(xiàn)出的差異會(huì)更加明顯，即穿著修正褲的模特在做走路、坐下等必要日常動(dòng)作時(shí)無緊繃感，更為自如。

圖10 原型褲與修正褲的對(duì)比Fig.10 Comparison of prototype pants and modified pants

3 結(jié)語

服裝個(gè)性化定制是服裝業(yè)發(fā)展的重要方向。文中提出了一種人體襠彎線與紙樣襠彎線修正擬合的西褲襠部處理方法，可以針對(duì)不同體型制作合體的版型，為西褲襠部結(jié)構(gòu)的版型處理提供了新思路。隨著服裝工程技術(shù)與產(chǎn)業(yè)的智能化發(fā)展，除了三維掃描技術(shù)，未來可結(jié)合更多智能化技術(shù)手段，實(shí)現(xiàn)西褲襠彎線的智能檢測(cè)與修訂。