基于混合建模技術(shù)的男體立裁人臺(tái)手臂的研制

王 旭，黃宏俊，許 珂，張 穎，胡坤才，任肖娜

(1.河南工程學(xué)院 服裝學(xué)院，河南 鄭州 451191；2.河南工程學(xué)院 工程訓(xùn)練中心，河南 鄭州 451191；3.河南省纖維檢驗(yàn)局，河南 鄭州 450042)

在服裝立體裁剪過(guò)程中，手臂作為人臺(tái)的重要組成部分，在袖身設(shè)計(jì)中起到不可替代的作用。在西裝、時(shí)裝等成衣設(shè)計(jì)和制作工藝中，袖肥、袖山高、绱袖角度等都是非常關(guān)鍵的技術(shù)要點(diǎn)，上衣袖子要根據(jù)人體上肢的自然形態(tài)及運(yùn)動(dòng)規(guī)律進(jìn)行款式設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，沒(méi)有人臺(tái)手臂作為支撐和參考，服裝從業(yè)人員只能通過(guò)手工測(cè)量或者經(jīng)驗(yàn)值來(lái)估算尺寸數(shù)據(jù)，難以確保袖子尺寸的準(zhǔn)確性，立裁人臺(tái)手臂的研制對(duì)于服裝設(shè)計(jì)師、制版師、工藝師等尤為重要。

近年來(lái)，隨著服裝行業(yè)的快速發(fā)展，立裁人臺(tái)作為服裝設(shè)計(jì)的專(zhuān)業(yè)性輔助工具，相關(guān)研究?jī)?nèi)容不斷深入，人臺(tái)手臂的連接方式及產(chǎn)品類(lèi)型持續(xù)拓展。1998年，已有人臺(tái)配備了可活動(dòng)短臂，使得人臺(tái)肩部加寬且圓順，為袖子的制作提供了一定的依據(jù)[1]。隨后，相關(guān)研究人員利用卡扣[2]以及螺紋結(jié)構(gòu)[3]實(shí)現(xiàn)人臺(tái)手臂與軀干的連接，并使用磁性材料，搭配機(jī)械結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)人臺(tái)手臂的肩部運(yùn)動(dòng)[4-6]，或利用連接帶通過(guò)安插珠針的方式將手臂固定在人臺(tái)軀干上[7]。這些人臺(tái)手臂在一定程度上增加了活動(dòng)性和可拆卸性，然而難以真實(shí)模擬人體手臂的各種運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)。于是，利用乳膠海綿、硅膠等柔性材料制作的球軸連接裝置被研發(fā)出來(lái)[8-9]，通過(guò)轉(zhuǎn)軸實(shí)現(xiàn)多種姿勢(shì)的調(diào)整和固定，此外，有學(xué)者[10-11]還設(shè)計(jì)了不同的活動(dòng)鉸接件以及轉(zhuǎn)動(dòng)件完成了手臂的側(cè)向抬起、自由旋轉(zhuǎn)和自動(dòng)復(fù)位等運(yùn)動(dòng)，以便用于各種類(lèi)型服裝的展示，但這些活動(dòng)范圍較大的人臺(tái)手臂由于連接裝置較為復(fù)雜，加工成本高，并沒(méi)有在業(yè)內(nèi)廣泛應(yīng)用。目前，市場(chǎng)上現(xiàn)有的人臺(tái)手臂主要有聚丙烯(PP)棉填充手臂、玻璃鋼材料手臂、聚氨酯(PU)發(fā)泡材料手臂、木制手臂等類(lèi)型，其中大部分手工填充的手臂質(zhì)地松軟、容易變形，玻璃鋼和木制手臂價(jià)格昂貴、插針困難，PU發(fā)泡材料手臂雖然插針比較方便，但存在一定的環(huán)境污染。美國(guó)Alvanon公司生產(chǎn)的全身(包含軀干和四肢)人臺(tái)，手臂采用玻璃鋼材料及PU材料制作，產(chǎn)品做工精良，回彈性較好，尺寸比較精確，但手臂直接裝配在人臺(tái)軀干上，沒(méi)有肩部連接裝置，無(wú)法模擬人體各個(gè)方向的擺臂運(yùn)動(dòng)。此外，調(diào)研發(fā)現(xiàn)大多數(shù)人臺(tái)手臂還存在尺寸不夠標(biāo)準(zhǔn)、外形不夠美觀、手臂活動(dòng)不便等問(wèn)題，難以實(shí)現(xiàn)立裁設(shè)計(jì)中的試衣參考和結(jié)構(gòu)調(diào)整，無(wú)法滿足服裝標(biāo)準(zhǔn)化、精準(zhǔn)性的要求。

為此，本文通過(guò)手工測(cè)量和三維掃描的方式獲取男體手臂尺寸及點(diǎn)云數(shù)據(jù)，基于正逆向混合建模技術(shù)進(jìn)行男體手臂模型及關(guān)節(jié)連接裝置的設(shè)計(jì)與構(gòu)建，利用快速成型技術(shù)完成人臺(tái)手臂的成品制作，滿足人臺(tái)手臂的尺寸精確性以及運(yùn)動(dòng)靈活性需求，為成衣袖型設(shè)計(jì)、立裁教學(xué)以及成衣展示等提供可活動(dòng)式標(biāo)準(zhǔn)化男體人臺(tái)手臂，并為人臺(tái)產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供較好的借鑒意義和參考價(jià)值。

1 手臂尺寸數(shù)據(jù)采集

人體尺寸是服裝人臺(tái)制作的前提條件。GB 10000—1988《中國(guó)成年人人體尺寸》中給出了成年男體上臂長(zhǎng)和前臂長(zhǎng)的具體尺寸；GB/T1335.1—2008《服裝號(hào)型 男子》標(biāo)注了男體全臂長(zhǎng)的尺寸，這2個(gè)標(biāo)準(zhǔn)均給出了男體手臂長(zhǎng)度方向的參考尺寸，但并未對(duì)肘圍、腕圍、臂根圍等圍度尺寸進(jìn)行標(biāo)定。隨著生活水平的提高，我國(guó)人體尺寸發(fā)生了一定程度的變化，然而國(guó)標(biāo)數(shù)據(jù)并沒(méi)有及時(shí)更新。

為確保人臺(tái)手臂尺寸的精準(zhǔn)性，在前期研究[12]中，邀請(qǐng)200名年齡在18～25歲、身高在165～175 cm、體重在55～75 kg、體型接近170/88A男性志愿者，利用皮尺、馬丁式人體形態(tài)測(cè)量尺對(duì)志愿者的全臂長(zhǎng)、前臂長(zhǎng)、上臂長(zhǎng)、臂根圍、腕圍、肘圍等11項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，結(jié)果如圖1所示。然后計(jì)算各項(xiàng)指標(biāo)的加權(quán)平方差，選擇加權(quán)平方差最小(即測(cè)試指標(biāo)偏離平均值最小)的志愿者作為中間體志愿者。隨后，采用ZGScan717高精度手持式激光三維掃描儀(武漢中觀自動(dòng)化科技有限公司)對(duì)中間體志愿者的手臂點(diǎn)云進(jìn)行精準(zhǔn)掃描，該設(shè)備的掃描精度為0.02 mm，分辨率為0.05 mm，可以保證數(shù)據(jù)采集的精準(zhǔn)性。掃描過(guò)程中要求志愿者靜止站立，讓手臂和肩部暴露，手臂肌肉處于放松狀態(tài)，肘部自然彎曲，前臂自然下垂，手掌微微攥握，手臂不可晃動(dòng)。為盡量減少上臂根部的數(shù)據(jù)漏洞，獲取更多的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，志愿者需上身傾斜20°，手臂垂直向下，與身體產(chǎn)生一定的夾角，露出臂根部位進(jìn)行手臂掃描，掃描結(jié)束后導(dǎo)出OBJ格式的點(diǎn)云數(shù)據(jù)文件，如圖2所示。為了在模型構(gòu)建過(guò)程中參考人臺(tái)臂根形狀和調(diào)整手臂位置，同時(shí)還需要掃描一個(gè)號(hào)型為170/88A男體人臺(tái)。

a—臂根圍；b—上臂圍；c—圍度1；d—圍度2；e—肘圍；f—圍度3；g—圍度4；h—腕圍；i—全臂長(zhǎng)；j—上臂長(zhǎng)；k—前臂長(zhǎng)。

圖2 中間體志愿者的手臂點(diǎn)云數(shù)據(jù)

2 模型構(gòu)建

為制作可活動(dòng)式男體立裁人臺(tái)手臂，本文首先采用混合建模技術(shù)進(jìn)行模型重建和設(shè)計(jì)?；谌S掃描儀采集的男體手臂點(diǎn)云數(shù)據(jù)，利用逆向工程軟件Geomagic Studio重構(gòu)手臂模型，使用Zbrush軟件進(jìn)行光順處理，并結(jié)合正向設(shè)計(jì)軟件Solidworks、UG、Geomagic Design X等進(jìn)行肩部關(guān)節(jié)連接件設(shè)計(jì)，具體的模型構(gòu)建過(guò)程如圖3所示。

圖3 可活動(dòng)式人臺(tái)手臂模型構(gòu)建流程圖

2.1 人體手臂模型構(gòu)建

2.1.1 手臂模型重建步驟

2.1.1.1點(diǎn)處理階段

將掃描獲取的手臂點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入Geomagic Studio中，使用“對(duì)象移動(dòng)器”命令，對(duì)手臂模型位置進(jìn)行調(diào)整，截取腕圍線到臂根圍線的部位，刪除多余點(diǎn)云，對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行去除雜點(diǎn)、去除噪點(diǎn)、數(shù)據(jù)精簡(jiǎn)及點(diǎn)云數(shù)據(jù)封裝等處理。其中，去除雜點(diǎn)時(shí)將敏感性設(shè)置為85.0，可以最大程度選中更多體外孤點(diǎn)，去除噪點(diǎn)時(shí)將“平滑度水平”級(jí)別調(diào)至1，使點(diǎn)云數(shù)據(jù)排布統(tǒng)一，有利于后續(xù)模型的封裝，展現(xiàn)真實(shí)的模型形狀。

2.1.1.2多邊形處理階段

點(diǎn)云處理階段完成后，為了減少表面波紋，需要對(duì)封裝后的三角形面片進(jìn)行多邊形處理。首先對(duì)臂根及手腕部分進(jìn)行平面裁剪，保證臂根截面和手腕截面均為一個(gè)平面，如圖4(a)所示；隨后使用“填補(bǔ)單個(gè)孔”命令對(duì)臂根部位的數(shù)據(jù)孔洞進(jìn)行修復(fù)，如圖4(b)所示；為更好地還原出光順的三角面片，對(duì)模型實(shí)施“去除特征”“砂紙”“松弛”和“刪除釘狀物”命令，對(duì)模型的表面進(jìn)行優(yōu)化處理；最后利用“精確曲面”工具欄中的“偏差分析”命令得到手臂模型矢量圖，分析發(fā)現(xiàn)，手臂模型的平均正向偏差為0.19 mm，平均負(fù)向偏差為-0.20 mm，偏差在合理范圍內(nèi)，符合產(chǎn)品要求。

圖4 多邊形處理階段操作步驟

2.1.2 肩部模型重建

圖5示出肩部模型構(gòu)建步驟?？梢钥闯?，模型中手臂肩部及腋下的缺失面積較大，袖窿曲線與人臺(tái)也有一定的差異，難以與人臺(tái)肩部對(duì)齊匹配，因此有必要對(duì)手臂肩部進(jìn)行模型重建。首先導(dǎo)入男體人臺(tái)點(diǎn)云數(shù)據(jù)，使用“曲面裁剪”命令，繪制男體人臺(tái)上袖窿輪廓的閉合曲線，裁剪形成袖窿曲面(如圖5(a)所示)；其次使用“投影邊界到平面”命令，位置度調(diào)整為25.0 mm，創(chuàng)建一個(gè)與手臂相交的柱體，用“平面裁剪”命令將袖窿平面截去，只留下空心柱體(如圖5(b)所示)；隨后將投影所得的柱體進(jìn)行“細(xì)化多邊形”“增強(qiáng)網(wǎng)格處理”等操作，進(jìn)行局部光順，使得柱體的條紋狀面片變成常規(guī)的三角形面片，并對(duì)照柱體截面，點(diǎn)擊“填充單個(gè)孔”命令，對(duì)手臂腋下缺失部分，即柱體與手臂不能相交的部分進(jìn)行邊界填充(如圖5(c)所示)；最后使用“布爾運(yùn)算”中的“相交”命令獲得肩部相交輪廓模型(如圖5(d)所示)。

圖5 肩部模型構(gòu)建步驟

2.1.3 模型合并及光順處理

為了合并手臂和肩部模型，同時(shí)選中相交輪廓模型和手臂模型，使用“多邊形”中的“合并”命令將肩部輪廓與手臂模型連接在一起，如圖6(a)所示。由于合并后的手臂模型肩部不光滑，存在大量重疊錯(cuò)誤、不平整的面片，因此需要繼續(xù)進(jìn)行多邊形階段的處理。首先使用“平面裁剪”命令對(duì)臂根部分進(jìn)行裁剪，位置度設(shè)為12 mm，如圖6(b)所示；其次使用“去除特征”“砂紙”“松弛”“快速光順”和“刪除釘狀物”命令對(duì)模型進(jìn)行局部光順；隨后使用“對(duì)象移動(dòng)器”命令，對(duì)手臂模型位置進(jìn)行調(diào)整，使手臂模型袖窿完全與男體人臺(tái)臂根部位對(duì)齊，如圖6(c)所示；為了調(diào)整人體手臂的肌肉線條，讓模型符合人體手臂的自然下垂?fàn)顟B(tài)，并提高模型的光順度，將模型導(dǎo)入ZBrush軟件中，使用“Move”筆刷對(duì)模型進(jìn)行調(diào)整打磨，如圖6(d)所示。為了預(yù)留出成品手臂外層包覆材料(海綿及面料)的空間，使用“偏移整體”命令，將模型向內(nèi)偏移3 mm；最后進(jìn)行NURBS曲面重構(gòu)，使用“精確曲面”指令進(jìn)行“自動(dòng)造面”，將“多邊形對(duì)象”轉(zhuǎn)化為“精確曲面”，如圖6(e)所示，曲面片數(shù)量設(shè)置為300，最終導(dǎo)出STL格式的手臂模型。

圖6 模型合并及光順處理步驟

2.2 關(guān)節(jié)模型構(gòu)建

在日常生活中，人體手臂會(huì)發(fā)生各個(gè)方位和角度的運(yùn)動(dòng)，在袖型設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮這些需求。立裁人臺(tái)手臂作為袖型設(shè)計(jì)的工具，也應(yīng)具備一定的可活動(dòng)性，方便為袖子的松量設(shè)計(jì)提供輔助參考。為此，本文運(yùn)用正向建模軟件構(gòu)建一種手臂可活動(dòng)式肩關(guān)節(jié)連接件模型，可模擬人體手臂的正?；顒?dòng)方式進(jìn)行無(wú)障礙地前后轉(zhuǎn)動(dòng)、上下抬起。這種肩關(guān)節(jié)連接件包括手臂內(nèi)嵌碗狀物、內(nèi)嵌固定片、人臺(tái)連接片以及阻尼合頁(yè)，如圖7所示。圖中碗狀物嵌套黏貼在手臂臂根部位，人臺(tái)連接片和內(nèi)嵌固定片通過(guò)阻尼合頁(yè)連接，調(diào)節(jié)阻尼合頁(yè)張開(kāi)的角度，可將手臂在0°～180°范圍內(nèi)任意抬起，內(nèi)嵌固定片通過(guò)螺絲固定在碗狀物內(nèi)部的3個(gè)螺絲柱上，人臺(tái)連接片可吸附在人臺(tái)袖窿處的凹型磁石上，實(shí)現(xiàn)手臂和人臺(tái)的自由裝配，通過(guò)旋轉(zhuǎn)人臺(tái)連接片，可實(shí)現(xiàn)手臂前后擺動(dòng)。

1—內(nèi)嵌碗狀物；2—內(nèi)嵌固定片；3—人臺(tái)連接片；4—阻尼合頁(yè)；5—合頁(yè)卡槽；6—合頁(yè)限位孔；7—內(nèi)嵌碗狀物螺柱；8—合頁(yè)螺絲孔；9—圓臺(tái)凸起；10—內(nèi)嵌固定片螺絲孔。

2.2.1 內(nèi)嵌碗狀物模型設(shè)計(jì)

為確保手臂內(nèi)嵌碗狀物能夠完好地嵌合到手臂模型內(nèi)部，碗狀物的外輪廓需要與手臂模型的袖窿弧線吻合。首先在Geomagic軟件中打開(kāi)偏移后的手臂模型，對(duì)齊全局坐標(biāo)系，使用“填充單個(gè)孔”命令進(jìn)行袖窿以及腕部填充，構(gòu)建袖窿平面，用“平面裁剪”命令選取肩部區(qū)域，如圖8(a)所示；將保存為IGS格式的文件導(dǎo)入Solidworks軟件中，使用“樣條曲線”命令沿著袖窿輪廓繪制閉合曲線，如圖8(b)所示；使用“拉伸凸臺(tái)”命令進(jìn)行拉伸，拉伸厚度不能超出肩部的曲面深度，設(shè)為35 mm，拔模角度設(shè)為35°，如圖8(c)所示；然后對(duì)拉伸后的凸臺(tái)進(jìn)行“圓角”處理，圓角半徑設(shè)為20 mm，如圖8(d)所示，再進(jìn)行“抽殼”處理，殼厚設(shè)為3 mm；最后在凸臺(tái)上拉伸繪制3個(gè)半徑為5 mm，長(zhǎng)度為22 mm的螺柱，如圖8(e)所示；使用UG軟件繪制螺絲孔，螺紋尺寸為M3×0.5，深度設(shè)為22 mm，螺距為0.7 mm，角度為60°，螺紋右旋，如圖8(f)所示。由于阻尼合頁(yè)需要放置在手臂碗狀物的頂端即手臂模型的肩端點(diǎn)部位，為此根據(jù)阻尼合頁(yè)的尺寸，在手臂碗狀物的頂端繪制一個(gè)長(zhǎng)18.5 mm，寬度為8.0 mm的卡槽，如圖8(g)所示。

2.2.2 連接件模型設(shè)計(jì)

在碗狀物內(nèi)部，沿著袖窿平面向內(nèi)偏移9 mm，拉伸繪制一個(gè)厚度為1 mm的凸臺(tái)作為內(nèi)嵌固定片，如圖8(h)所示。沿著袖窿平面向外偏移20 mm，沿著抽殼后的袖窿內(nèi)部輪廓繪制“樣條曲線”，同樣進(jìn)行凸臺(tái)拉伸，形成厚度為1 mm的人臺(tái)連接片，如圖8(i)所示。在人臺(tái)連接片中心設(shè)計(jì)一個(gè)直徑為20 mm的圓臺(tái)突起，用于吸附在人臺(tái)袖窿處的凹型磁石上。為了連接并固定各個(gè)組件，利用透視功能在內(nèi)嵌固定片上對(duì)應(yīng)螺柱的位置繪制3個(gè)半徑為1.5 mm的圓孔，并根據(jù)阻尼合頁(yè)的尺寸，在內(nèi)嵌固定片和人臺(tái)連接片上分別繪制2個(gè)半徑為1.65 mm的圓孔，使用螺紋連接進(jìn)行固定，如圖7所示。最后，為了方便將內(nèi)嵌碗狀物安裝在人臺(tái)手臂中，使用Geomagic Design X軟件的“切割”命令，摳除手臂模型中的內(nèi)嵌碗狀物部分，得到手臂最終模型，如圖8(j)所示，以STL格式導(dǎo)出。

圖8 關(guān)節(jié)模型構(gòu)建步驟

3 成品制作

為提高工作效率，本文采用快速成形技術(shù)進(jìn)行模型打印及加工。利用泡沫雕刻機(jī)對(duì)手臂模型進(jìn)行雕刻加工，泡沫密度為30 kg/m3，粒子直徑為1.5 mm；使用極光爾沃3D打印機(jī)打印肩關(guān)節(jié)零件，即內(nèi)嵌碗狀物，材料選用聚乳酸；利用GWEIKE機(jī)械切割機(jī)對(duì)1 mm厚的鍍鋅板進(jìn)行切割，用于加工內(nèi)嵌固定片和人臺(tái)連接片；根據(jù)設(shè)計(jì)圖稿中的孔位，利用機(jī)械打孔機(jī)進(jìn)行鉆孔，并利用打磨機(jī)對(duì)鐵片邊角及中心圓孔進(jìn)行光滑處理；人臺(tái)連接片中心位置的圓臺(tái)突起同樣采用機(jī)械切割機(jī)進(jìn)行加工制作，從而得到關(guān)節(jié)模型所有的零配件，如圖9(a)所示。

圖9 關(guān)節(jié)模型加工和手臂組裝

按照?qǐng)D7所示的組裝方式，利用泡沫膠水把內(nèi)嵌碗狀物固定在泡沫手臂的臂根部位，如圖9(b)所示。通過(guò)螺絲將阻尼合頁(yè)與內(nèi)嵌固定片及人臺(tái)連接片連接起來(lái)，并把圓臺(tái)突起黏貼固定在人臺(tái)連接片中心位置，其中阻尼合頁(yè)根據(jù)手臂的自重選擇扭矩值為0.5 N·m的雙孔S型合頁(yè)，以確保鉸鏈的穩(wěn)定性，并滿足手臂自由靈活抬起的要求。由于泡沫雕刻的手臂硬度略大于人臺(tái)，對(duì)比不同厚度和密度的海綿(如表1所示)，最終選用3 mm厚的中密度海綿作為包覆材料以增加產(chǎn)品的彈性，外層包覆與人臺(tái)顏色接近、密度適中、扎針不留針眼、無(wú)彈性的滌棉布，使用弧形針進(jìn)行縫合，確保成品手臂的彈性和硬度，方便安插珠針，進(jìn)行立裁操作。最后，使用螺絲釘將內(nèi)嵌固定片固定在手臂內(nèi)嵌碗狀物上(如圖9(c)所示)，并在手臂的上臂圍、肘圍、腕圍、臂長(zhǎng)方向等貼上標(biāo)記帶，完成手臂的制作。將手臂安裝吸附在人臺(tái)肩部的凹型磁石上，通過(guò)調(diào)整阻尼合頁(yè)的開(kāi)合角度和人臺(tái)連接片的旋轉(zhuǎn)角度，模擬人體手臂的活動(dòng)情況，實(shí)現(xiàn)手臂的側(cè)向抬起和前后擺動(dòng)，如圖10所示，在人體冠狀面可側(cè)向抬起180°，在人體矢狀面可實(shí)現(xiàn)360°旋轉(zhuǎn)。

表1 海綿包覆材料及男體人臺(tái)的硬度

圖10 手臂運(yùn)動(dòng)姿勢(shì)

4 綜合評(píng)價(jià)

為評(píng)估自制男體人臺(tái)手臂的各項(xiàng)性能，研究采用主、客觀評(píng)價(jià)相結(jié)合的方式，與市場(chǎng)上現(xiàn)有的人臺(tái)手臂進(jìn)行對(duì)比分析。

4.1 客觀評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)選取市場(chǎng)上常見(jiàn)的3種手臂(如圖11所示)，即1#PU手臂，2#磁吸式手臂，3#珠針固定式手臂，其中1#和2#手臂的肩部連接處均有金屬磁吸片，3#手臂依靠珠針固定在人臺(tái)上，2#和3#手臂的填充材料均為PP棉。通過(guò)對(duì)比各項(xiàng)長(zhǎng)度和圍度指標(biāo)(見(jiàn)表2)發(fā)現(xiàn)，4#自制手臂的各項(xiàng)指標(biāo)與志愿者的手臂數(shù)據(jù)接近，尺寸誤差均在合理的范圍之內(nèi)，符合產(chǎn)品加工要求。在GB/T 1335.1—2008《服裝號(hào)型 男子》中標(biāo)定了170/88A男體的全臂長(zhǎng)為55.5 cm，與中間體志愿者的全臂長(zhǎng)一致，而1#PU手臂的長(zhǎng)度為62.2 cm，偏離標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)較大。相對(duì)而言，2#手臂的上臂圍和圍度一均比中間體志愿者的手臂小，腕圍和圍度四比中間體志愿者的手臂大，上臂和前臂的圍度尺寸比例較小，與實(shí)際有一定偏離；3#手臂的前臂長(zhǎng)、臂根圍、上臂圍、肘圍、圍度一、圍度二和圍度三均較中間體志愿者手臂小，且偏差比較大，手臂整體比較纖細(xì)，圍度尺寸不符合實(shí)際。

圖11 4種人臺(tái)手臂裝配效果

表2 不同類(lèi)型手臂尺寸數(shù)據(jù)

此外，如表3所示，對(duì)比4種手臂的質(zhì)量和硬度發(fā)現(xiàn)，1#PU手臂質(zhì)量最大，而且手臂各處的硬度均超過(guò)70 HC，與人臺(tái)硬度偏離較大。2#手臂的質(zhì)量適中，由于PP棉填充量較少，產(chǎn)品過(guò)于柔軟，不在邵氏C型硬度計(jì)量程范圍內(nèi)，無(wú)法測(cè)量出具體硬度值。3#手臂肩部連接處無(wú)金屬磁吸片，產(chǎn)品質(zhì)量最小，上臂的硬度與人臺(tái)接近，但前臂和側(cè)縫硬度比較小，手臂整體的硬度偏差較大。4#自制手臂的質(zhì)量適中，硬度接近人臺(tái)腰、腹部的硬度，數(shù)據(jù)相對(duì)比較穩(wěn)定。綜上，相對(duì)于市場(chǎng)上現(xiàn)有的3種手臂，自制的4#手臂無(wú)論是在尺寸上還是在質(zhì)量上都更為合理，硬度也接近人臺(tái)，方便立裁操作。

表3 不同種類(lèi)手臂質(zhì)量

4.2 主觀評(píng)價(jià)

實(shí)驗(yàn)邀請(qǐng)30名服裝從業(yè)人員，采用5級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)尺從功能性、實(shí)用性及美觀性3個(gè)方面對(duì)這4種手臂進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，1級(jí)最差，5級(jí)最好，3級(jí)適中。功能性主要表征手臂的活動(dòng)范圍以及穩(wěn)定效果，志愿者通過(guò)旋轉(zhuǎn)、擺動(dòng)手臂根據(jù)實(shí)際情況做出綜合評(píng)分；實(shí)用性主要包括手臂的插針效果、彈性、面料固定效果等，服裝從業(yè)人員使用珠針以直插針、斜插針、雙插針的方式多次插在手臂以及人臺(tái)上，對(duì)比珠針插拔的難易程度，并模擬立裁操作輕扯布料，根據(jù)布料的固定程度，結(jié)合手臂的按壓彈性進(jìn)行綜合評(píng)判；美觀性主要通過(guò)觀察手臂的外觀、顏色、制作工藝、手臂與人臺(tái)的連接效果等進(jìn)行評(píng)分，評(píng)價(jià)結(jié)果見(jiàn)圖12。

圖12 主觀評(píng)價(jià)對(duì)比

從圖中可以看出，4#自制手臂在功能性、實(shí)用性、美觀性這3個(gè)方面普遍優(yōu)于其余3種手臂。功能性上，4#自制手臂得分最高，3#手臂得分最低，1#和2#手臂介于中間。分析發(fā)現(xiàn)，4#自制手臂采用磁吸設(shè)計(jì)，且具有肩部連接件，相較于其他3種手臂，活動(dòng)范圍較廣，抬起以及轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)更為流暢，并且具備很好的穩(wěn)定效果。而3#手臂只能用珠針插在人臺(tái)上，幾乎不能活動(dòng)。1#和2#手臂都采用磁吸設(shè)計(jì)，在矢狀面可以自由旋轉(zhuǎn)，但沒(méi)有肩部連接件，手臂不能側(cè)向抬起，活動(dòng)范圍有限，其中2#手臂由于過(guò)于柔軟，握持手臂帶動(dòng)肩部進(jìn)行旋轉(zhuǎn)時(shí)存在較大的困難，功能性大大降低。

實(shí)用性上，4#自制手臂的得分最高，2#手臂得分最低，1#和3#手臂介于中間。分析認(rèn)為，4#手臂采用泡沫和海綿填充材料，產(chǎn)品硬度與人臺(tái)接近，彈性適中，珠針插拔容易，直插針、斜插針和雙插針對(duì)面料的固定效果均比較良好。1#手臂采用PU發(fā)泡材料，硬度較大，插針困難，其中直插針比斜插針更為困難，但是固定布料的效果較好。2#手臂的填充材料較少，手臂松軟，彈性較大，硬度很小，插針?lè)浅７奖?，但容易松?dòng)，面料固定效果較差。3#手臂的填充材料飽滿，彈性較人臺(tái)柔軟，插針以及面料的固定效果適中，但直插針容易脫落。

美觀性上，1#手臂和4#手臂的得分一致，2#手臂得分最低，3#手臂介于中間。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，4#手臂符合正常男體手臂自然下垂的狀態(tài)，包覆面料的顏色與人臺(tái)相近，縫合工藝較好，無(wú)明顯的褶皺與余量，手臂與人臺(tái)連接比較貼合。1#手臂較為符合手臂自然下垂的狀態(tài)，縫合工藝好，產(chǎn)品表面平整，包覆面料的顏色與人臺(tái)有一定的偏差，磁吸式的人體肩部連接方式使其與人臺(tái)的吻合性較好。2#手臂過(guò)于柔軟，尺寸穩(wěn)定性較差，也沒(méi)有手臂自然下垂時(shí)應(yīng)有的狀態(tài)，包覆面料顏色暗黃，與人臺(tái)顏色有一定的偏差，縫合及填充工藝粗糙，表面褶皺明顯，但同樣采用磁吸式肩部連接方式，與人臺(tái)吻合程度較好。3#手臂的肘部彎曲度偏大，不符合手臂自然下垂的狀態(tài)，手臂外形較為纖細(xì)，與青年男體手臂有一定的差異，包覆面料采用漂白布，與人臺(tái)顏色有一定偏差，縫合工藝雖好，采用珠針將手臂肩部與人臺(tái)連接在一起，與人臺(tái)臂根部位吻合度不佳。

綜上可知，4#自制手臂各項(xiàng)性能均比較突出，綜合性能優(yōu)異，美觀性有待進(jìn)一步提高。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文基于三維掃描的男體手臂點(diǎn)云數(shù)據(jù)，采用正、逆向建模技術(shù)相結(jié)合的方式構(gòu)建男體手臂模型，并設(shè)計(jì)可活動(dòng)式關(guān)節(jié)模型，利用3D打印、泡沫雕刻和激光切割等技術(shù)制作并裝配男體立裁人臺(tái)手臂，解決了當(dāng)前同類(lèi)產(chǎn)品中存在的問(wèn)題。通過(guò)主客觀對(duì)比實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，自制人臺(tái)手臂的尺寸相較市場(chǎng)現(xiàn)有的產(chǎn)品尺寸更加精準(zhǔn)，質(zhì)量適中，硬度與人臺(tái)接近，功能性、實(shí)用性和美觀性俱佳，可模擬人體手臂進(jìn)行各個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)，在人體冠狀面可實(shí)現(xiàn)180°側(cè)向抬起，在人體矢狀面可實(shí)現(xiàn)360°自由旋轉(zhuǎn)，為服裝袖型結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供立裁工具，有助于提高服裝的合體度和舒適度，助推立裁人臺(tái)朝著系列化、多樣化、精準(zhǔn)化和智能化生產(chǎn)方向快速發(fā)展。