VR/AR技術(shù)在服裝行業(yè)中的發(fā)展與應用

方超逸，何佳臻

(蘇州大學紡織與服裝工程學院，江蘇蘇州 215006)

2021年3月結(jié)束的全國兩會中，發(fā)布了“十四五”規(guī)劃和2035年遠景目標綱要，綱要中通過的一系列指標、方案、舉措指明了中國未來經(jīng)濟社會發(fā)展的大方向。綱要指出，未來5年值得關(guān)注的行業(yè)包括數(shù)字經(jīng)濟的重點產(chǎn)業(yè)——虛擬現(xiàn)實(Virtual reality,VR)和增強現(xiàn)實(Augumented reality,AR)[1]。VR技術(shù)是指通過計算機生成一種虛擬環(huán)境，用戶通過頭戴式設備以自然的方式(如頭部轉(zhuǎn)動、眼睛轉(zhuǎn)動、手勢等)與該環(huán)境交互，多種感官得到刺激，從而讓用戶產(chǎn)生仿佛置身在真實環(huán)境中的感覺。其具有的核心特性可歸納為“3I”，即Immersion(沉浸性)，Interaction(交互性)，Imagination(想象性)[2]。AR技術(shù)是指通過計算機生成虛擬對象，運用三維注冊技術(shù)將其“放置”于現(xiàn)實世界中，進而借助顯示技術(shù)和交互技術(shù)，讓用戶感知到虛擬對象的存在同時能與之產(chǎn)生交流互動[3]。

作為新興科技的代表，VR/AR技術(shù)在生產(chǎn)工作、室內(nèi)設計、教育、游戲娛樂以及服裝等領域已經(jīng)有了一些應用，比如利用VR技術(shù)實現(xiàn)虛擬仿真課堂，互動游戲以及虛擬觀影等[4-6]；利用AR技術(shù)實現(xiàn)智能可視化工廠、AR導航以及AR試衣等[7-8]。2020年新冠疫情期間，VR給時尚界帶來了前所未有的展現(xiàn)形式以及革命性的沉浸式視覺體驗；AR將用戶帶入虛實結(jié)合的場景中，大大提高了整個購物環(huán)節(jié)的體驗感；業(yè)內(nèi)一致認為基于AR增強現(xiàn)實技術(shù)的眼鏡形態(tài)產(chǎn)品在未來會取代手機，其不僅外觀輕巧、佩戴方便，同時可實現(xiàn)比手機更多的功能，讓人們真正置身數(shù)字世界之中。同時VR/AR技術(shù)與服裝結(jié)合的應用研究也已開展了許久，比如基于VR/AR技術(shù)實現(xiàn)的服裝設計形式，借助VR虛擬仿真技術(shù)實現(xiàn)的服裝試驗場景模擬以及AR服裝試穿應用等。

本文簡述了VR/AR技術(shù)的基本概況，系統(tǒng)綜述了VR/AR在服裝設計、性能評價、營銷策劃環(huán)節(jié)的研究進展和相關(guān)應用，并基于現(xiàn)狀展望了該領域未來的研究方向，以期為VR/AR技術(shù)在服裝領域的應用推廣提供思路。

1 VR/AR基本概況

1.1 發(fā)展進程

由于VR技術(shù)主要借助頭戴式設備(一般是VR頭戴式顯示器，以下簡稱VR頭顯)來實現(xiàn)，因此VR技術(shù)的進步與VR頭顯的發(fā)展緊密相連。1957年，Morton Heiling發(fā)明了一臺名為Sensorama的設備，通過這臺仿真模擬設備，人們可以看到3D物體，聽到環(huán)繞立體聲，同時感受到震動、風吹，甚至可以聞到不同味道[9]。接下來的幾十年因為硬件、算法進步緩慢，以及相關(guān)生態(tài)尚不健全等原因?qū)е抡麄€VR行業(yè)發(fā)展遲緩。在沉寂了許久之后，近些年VR又重新引起了人們的關(guān)注。美國Oculus工作室發(fā)布的Oculus Rift VR頭顯在2012年登錄美國眾籌平臺KickStarter，該產(chǎn)品總共募資近250萬美元；2014年7月Meta(原Facebook)以20億美元的價格收購Oculus工作室[10]；2020年，Meta推出的Oculus quest 2 VR頭顯擁有出色的性能以及親民的價格。相信在未來具備強勁性能、低價的VR設備將成為主流，從而吸引更多用戶消費體驗，更多企業(yè)與資本入場，使得技術(shù)與制造成本降低，進而形成正向循環(huán)，推動整個行業(yè)向前發(fā)展。

1990年美國波音公司的研究員Thomas Caudell創(chuàng)造了增強現(xiàn)實(Augumented Eeality)這一詞匯[11]。1992年，Louis Rosenberg為美國空軍研發(fā)了眼鏡形態(tài)虛擬修理系統(tǒng)Virtual Fixtures。隨后幾年，AR相關(guān)應用大多集中在專業(yè)領域發(fā)展。但受到當時光學成像技術(shù)不成熟、計算芯片性能不足以及算法進步緩慢等軟硬件條件限制，AR行業(yè)總體沒有得到太大的關(guān)注。直到1999年，日本奈良先端科學技術(shù)學院的加藤弘一教授主導推出了世界上第一個用于增強現(xiàn)實軟件開發(fā)的軟件開發(fā)工具包(Software development kit,SDK)ARToolKit[12]，使得普通用戶也能使用AR技術(shù)。隨后諸如Apple公司ARKit與Google公司ARCore等SDK的發(fā)布進一步方便人們通過智能手機實現(xiàn)AR功能。2016年手機AR游戲Pokemon go的出現(xiàn)，真正讓增強現(xiàn)實技術(shù)走入了大眾視野中。隨著軟硬件水平的提高，AR眼鏡也得到了快速發(fā)展。2013年Google推出Google Glass，雖然只能實現(xiàn)不太清晰的成像以及簡單的功能，但為AR眼鏡的進步做出了貢獻[13]。2015年，微軟推出HoloLens系列AR眼鏡，其中2019年發(fā)布的HoloLens 2更是成為截至2021年末世界性能最優(yōu)異的AR眼鏡[14]。表1對比了VR/AR的典型產(chǎn)品信息。

1.2 核心技術(shù)

VR/AR技術(shù)作為新時代科技革命的技術(shù)代表[15]，其背后的原理以及實現(xiàn)方法等一直是研究者關(guān)注的重點。

VR/AR涉及到3D顯示技術(shù)(低延遲渲染管道、注視點渲染、光場顯示等)[16]、跟蹤與定位技術(shù)(針對VR的外向內(nèi)和內(nèi)向外追蹤，以及針對AR的即時定位與建模等)[17]、識別交互技術(shù)(手勢識別、姿態(tài)識別以及觸覺反饋等)[18]，在應用層面則涉及到基于3D引擎(開發(fā)3D游戲的工具)內(nèi)容開發(fā)、視頻制作以及網(wǎng)絡原理等技術(shù)[19]。可以看到在技術(shù)大方向上VR與AR基本相同，但由于雙方具體實現(xiàn)效果不同(VR是完全虛擬的，而AR是基于現(xiàn)實環(huán)境的)，導致側(cè)重點不盡相同。VR側(cè)重3D顯示與手勢識別[20]，而AR在跟蹤定位(即三維注冊技術(shù)：對數(shù)字物體在現(xiàn)實中的位置進行精準的標定，使得計算機生成的數(shù)字信息與現(xiàn)實完全匹配，以提升現(xiàn)實世界的視覺效果[21-22])方面要求更高。

表1 VR/AR典型產(chǎn)品對比Tab.1 VR/AR typical product comparison

1.3 VR/AR應用領域

VR/AR技術(shù)借助VR頭顯、AR眼鏡與相應的配套軟件在生產(chǎn)、交通、教育及軍事等領域展開了相關(guān)應用。

在生產(chǎn)和工作場景方面，馮智超等[23]進行了VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)與汽車系統(tǒng)結(jié)合的應用研究，通過VR頭顯在虛擬環(huán)境下進行汽車裝配、內(nèi)飾設計等工作，研究發(fā)現(xiàn)VR技術(shù)能有效提高整車工作的效率；李世強等[24]運用VR技術(shù)進行了數(shù)字化工廠仿真工作，實現(xiàn)工廠數(shù)據(jù)云端存儲、智能調(diào)整、實時監(jiān)控，有效提高了工廠整體工作效率；Li等[25]通過VR技術(shù)打造的飛機客艙管理與培訓系統(tǒng)，對機組人員起到了很好的培訓效果。

在交通方面，Sayapogu等[26]成功開發(fā)了一款AR室內(nèi)導航應用，幫助人們在無法使用GPS的室內(nèi)依然可以輕松到達目的地；劉清崗[27]通過AR技術(shù)解決了復雜場景即時導航定位的問題；劉彬等[28]探究了AR技術(shù)與智慧交通的可結(jié)合性，得出AR在行車導航，道路協(xié)同執(zhí)法管理等方面都可以發(fā)揮較大作用。

在軍事方面，Rathnayake[32]對VR/AR技術(shù)在軍事領域的應用進行了研究，借助VR虛擬作戰(zhàn)系統(tǒng)可以讓士兵無需去室外即可實現(xiàn)野外作戰(zhàn)，同時在AR技術(shù)的幫助下，士兵可以在戰(zhàn)場上實時識別物體，從而協(xié)助作戰(zhàn)。

2 VR/AR在服裝領域的應用現(xiàn)狀

2.1 在服裝設計方面的應用

VR/AR技術(shù)在服裝設計方面的應用大致可分為3個方面：在服裝款式設計中的應用、在服裝結(jié)構(gòu)設計中的應用以及在服裝面料設計中的應用。

首先在服裝款式設計方面，通過VR技術(shù)創(chuàng)建出360°虛擬數(shù)字空間，設計師借助VR設備進入該空間中并繪制出三維立體服裝，呈現(xiàn)出來的立體服裝可以從任意角度觀看，同時可以進行即時修改。在此過程中，還可以設定織物的色彩、圖案以及物理特性等元素[33]。借助AR技術(shù)，使用者只需通過AR設備即可將三維人體模型和設計的服裝展現(xiàn)在現(xiàn)實環(huán)境中，甚至在5G以及云計算等技術(shù)幫助下，可以實現(xiàn)多方實時交流和修改設計圖等工作[34]。其次在服裝結(jié)構(gòu)設計方面，通過VR/AR技術(shù)進行三維建模和實時顯示，可以實現(xiàn)平面二維服裝樣板與三維樣衣自由切換，樣板師可以隨時修改服裝樣板，并查看實際款式立體效果，直至得到滿意的服裝樣板[35]。最后在服裝面料設計方面，以印染圖案設計為例，通過VR技術(shù)對圖案紋樣、色彩、構(gòu)圖進行設計，能夠產(chǎn)生傳統(tǒng)印染無法表達的圖案效果，同時對印染圖案的肌理效果進行預先模擬，并對圖案進行準確定位和構(gòu)圖，方便面料生產(chǎn)工后續(xù)的操作[36-37]。

與傳統(tǒng)的服裝設計方式相比，在VR/AR技術(shù)加持下的服裝設計從技術(shù)方面看提高了精確度，可以自由精準地調(diào)控各個參數(shù)；就表現(xiàn)形式而言，VR/AR技術(shù)使得服裝變得立體生動，設計師能獲得更多靈感、更自由地進行創(chuàng)作，樣板師可以得出效果更佳的樣板，以及面料生產(chǎn)的工作變得更輕松；就節(jié)約環(huán)保而言，基于VR/AR技術(shù)的虛擬服裝設計無需做出實體樣衣，極大節(jié)省了人力物力、提高了設計工作的效率，對企業(yè)成本控制以及全球環(huán)境保護都產(chǎn)生了很大的貢獻[38-39]。雖然VR/AR技術(shù)對于服裝設計具有重要作用，但仍有以下幾個方面的問題需要解決：首先VR/AR技術(shù)在服裝設計領域出現(xiàn)較晚，行業(yè)內(nèi)對該技術(shù)整體應用經(jīng)驗還不夠豐富；其次所需技術(shù)對于人員專業(yè)要求較高，相關(guān)設備價格高昂；再者目前受限于設備性能以及帶寬等因素，無法滿足多人實時在線設計，不利于提高設計工作效率；最后在服裝圖案樣式、色彩紋理以及物理特性的模擬和展示等方面還有待提高。

2.2 在服裝性能評價方面的應用

服裝性能評價對于試驗設備、環(huán)境以及人員有時要求較高，可能導致試驗成本過高。借助VR虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以模擬真實感極高的試驗場景，使用戶體會到與真實場景類似的感受，進而減少環(huán)境對于這類試驗的影響。

王申婉[40]基于上述思想，研究將虛擬場景試驗評價法應用到評價運動服裝舒適性實驗中的可能性。通過對比分析虛擬場景試驗與實際場景試驗下受試者主、客觀數(shù)據(jù)差別，比較了各項生理及心理數(shù)據(jù)，獲取虛擬場景試驗評價方法能夠較為有效地替換實際場景評價方法。通過VR技術(shù)能夠?qū)⑦^去的服裝舒適性五級評價系統(tǒng)(包括皮膚模擬試驗、暖體假人試驗、人體穿著試驗、有限現(xiàn)場穿著試驗、大規(guī)?，F(xiàn)場穿著試驗)中的第三級與第四級一定程度上組合為虛擬場景試驗評價方法，由此把過去的服裝五級評價系統(tǒng)調(diào)整優(yōu)化，轉(zhuǎn)變?yōu)椴僮鞲啽愕乃募壴u價系統(tǒng)，擁有經(jīng)濟、方便、可替代性強等明顯優(yōu)勢。系統(tǒng)轉(zhuǎn)換詳情如圖1所示。

圖1 服裝舒適性評價系統(tǒng)五級轉(zhuǎn)換為四級Fig.1 The five-level conversion of clothing comfort evaluation system to four-level

目前受CPU中央處理器、GPU圖形處理器、內(nèi)存、圖像算法等硬軟件發(fā)展的影響，VR/AR技術(shù)在服裝性能評價方面的研究進展緩慢，具體可總結(jié)為以下三點：首先試驗物體建模復雜度和難度均較大，同時難以達到高仿真性；其次在試驗場景的構(gòu)建上，涉及到物理、化學等多種參數(shù)設計，如何準備模擬環(huán)境的動態(tài)變化并實時顯示出來是相關(guān)研究中的重要課題；最后對于實驗應用的功能設計、交互設計以及內(nèi)容設計方面不夠完善，造成實驗整體可交互性較弱，從而可能對實驗結(jié)果產(chǎn)生不良影響。

2.3 在服裝營銷策劃方面的應用

VR/AR技術(shù)在服裝營銷策劃方面的應用大致可分為兩個環(huán)節(jié)：在服裝宣傳推廣中的應用以及在服裝銷售環(huán)節(jié)的應用。

服裝的宣傳推廣與科技的關(guān)系向來密不可分，目前迅速興起的VR技術(shù)和AR技術(shù)已經(jīng)為服裝的宣傳推廣起到了很大的幫助[41]，尤其在服裝時裝秀方面有較多的應用[42]。表2總結(jié)了基于VR/AR技術(shù)的時裝秀相關(guān)信息。

在VR方面，2011年在VR/AR概念還沒普及之時，以超前視野著稱的Burberry就舉辦了3D全息走秀；2017年，借助虛擬現(xiàn)實技術(shù)，觀眾可以360°觀看到維密秀場后臺[43]，但整體內(nèi)容較為單一，同時無法自由切換觀看視角；2018年奢侈品服裝B2B電商Ordre獲得阿里巴巴戰(zhàn)略投資，借助Ordre的VR和3D激光掃描技術(shù)，買手和零售商們可以實現(xiàn)在線訂貨[44]，但受限于設備性能無法很好地模擬場景；2020年受新冠疫情影響，Prada把早春時裝秀搬到了線上，讓全球的觀眾都可以通過網(wǎng)絡觀賞到這一場VR時尚盛宴[45]。在AR方面，2018年Magic Leap、Moschino、Warpin Media與國外某服裝品牌合作，通過Magic Leap AR眼鏡不僅使得用戶觀看到傳統(tǒng)的T臺秀，同時在長達8 min時間里體驗到沉浸式時尚大片的感覺[46]，但整個秀場制作起來復雜性與難度較大，難以大規(guī)模普及；2020年3月的一場淘寶直播在全球范圍內(nèi)首次運用了綠幕AR技術(shù)展示了云上時裝周，讓廣大消費者真正切身體驗到了AR技術(shù)賦能時裝秀所帶來的震撼視覺體驗[47]。

表2 VR/AR時裝秀對比Tab.2 VR/AR fashion show comparison

在服裝銷售環(huán)節(jié)的應用主要是AR虛擬試衣為主。虛擬試衣是通過計算機技術(shù)，用戶無需脫去衣物即可完成換裝，同時看到試穿效。依據(jù)技術(shù)類型的差異性，虛擬試衣大抵能夠分為兩類：第一類是對2D或3D人體模型虛擬地換衣服、試衣服；第二類是以AR增強現(xiàn)實技術(shù)為核心，通過攝像頭捕捉人體，計算機處理相關(guān)數(shù)據(jù)之后在屏幕上呈現(xiàn)實時人體并可對其進行換衣操作[48]。表3總結(jié)了國內(nèi)外利用VR/AR技術(shù)進行虛擬試衣的相關(guān)應用。

在國際方面，早在2001年11月德國科學家就開始了關(guān)于AR虛擬試衣的相關(guān)研究。2011年美國的VR/AR公司Zugara開發(fā)了一款名為“Webcam Social Shopper”(網(wǎng)絡攝像頭在線社交導購)的工具，但由于當時網(wǎng)絡延遲較高，相關(guān)技術(shù)尚不成熟，導致實際使用效果較差。接下來，有四家公司分別發(fā)布了AR試衣間的應用：2011年5月，俄羅斯VR工作室推出的基于微軟Kinect的“AR Door”；2012年，優(yōu)衣庫在其美國門店嘗試了AR試衣鏡“Uniqlo Magic Mirror”；2015年1月6日東芝在CES國際電子產(chǎn)品展上推出自主研發(fā)的Virtual Fitting Room(虛擬試衣間)；2017年正在謀求數(shù)字化轉(zhuǎn)型的休閑服飾品牌Gap推出應用谷歌ARCore技術(shù)的“Dressing Room”[49]，但從整體效果來說，虛擬服裝與人體貼合度不高、局部細節(jié)無法很好模擬，整體體驗感不佳。在國內(nèi)方面，2011年7月，杭州森動數(shù)碼科技公司打造了亞洲首款虛擬3D試衣鏡；2012年3月天貓發(fā)布AR虛擬試衣應用，推動未來網(wǎng)購新模式發(fā)展。

表3 虛擬試衣應用發(fā)展情況Tab.3 Development of virtual fitting applications

3 VR/AR在服裝領域的展望

3.1 全感官VR/AR集成化服裝

現(xiàn)在的VR/AR技術(shù)已經(jīng)可以模擬人們的視覺和聽覺，未來在線上線下一體化的大背景下，觸覺、嗅覺甚至味覺都可以被模擬出來，這時候就需要一些外部設備來幫助我們實現(xiàn)這些功能，真正做到全感官VR實現(xiàn)。在電影《頭號玩家》中，男主角穿上體感設備X1套裝可以感受到女主角貼近其身體的觸碰感以及被敵人擊打的疼痛感。2019年位于英國的Teslasuit工作室發(fā)明了一款名為“Teslasuit”的緊身衣褲，作為“世界上第一款完全集成的智能服裝”，它內(nèi)置了一系列的動作捕捉系統(tǒng)和傳感器，能夠給到用戶全身觸覺反饋，生理特征反饋甚至氣候控制(用于在長時間工作或游戲環(huán)境下保持身體舒適)。不僅可以給用戶提供更加完整的VR/AR游戲體驗，甚至可以作為遠程培訓工具來應用到其他場景中[50]。

3.2 基于VR/AR技術(shù)的新型服裝產(chǎn)品研發(fā)

服裝時尚行業(yè)歷來與科技有著緊密聯(lián)系，從服裝設計到營銷策劃都有新科技的身影。VR/AR技術(shù)對于服裝新產(chǎn)品研發(fā)起到了關(guān)鍵作用，其中數(shù)字時裝作為VR/AR技術(shù)與服裝時尚業(yè)結(jié)合的典型代表，正在推動服裝行業(yè)走向未來的新階段[51]。例如數(shù)字服裝是一種利用3D設計軟件和數(shù)字化合成技術(shù)所制作成的服裝，沒有實體產(chǎn)品，只存在于“線上”的數(shù)字文件中，并且主要的展示方式是通過圖像處理，AR增強現(xiàn)實等技術(shù)來實現(xiàn)穿著效果。

2019年，總部位于荷蘭阿姆斯特丹的數(shù)字時尚品牌The Fabricant設計并出售了世界上第一款交易成功的純數(shù)字連衣裙[52]。The Fabricant一舉成名后自此掀起一場前所未有的數(shù)字時尚革命。2021年2月，臺灣省服裝品牌oqLiq決定首次用全3D虛擬數(shù)字秀的形式參加紐約時裝周和倫敦時裝周。2021年法美數(shù)字運動鞋品牌RTFKT和The Fabricant合作推出了多款數(shù)字產(chǎn)品[53]。身處數(shù)字時代的“Z時代”們，共同特點是個性鮮明且喜愛裝扮自己，并活躍在各種數(shù)字平臺上，對于他們來說現(xiàn)實與網(wǎng)絡早早融合在一起。OOTD(Outfit of the day今日穿搭)在社交媒體上的流行很好地體現(xiàn)了這一人群對于數(shù)字時尚的熱衷與向往，這也給數(shù)字時尚的發(fā)展提供了無限的潛力[54, 55]。

3.3 算法計算速度提升及應用生態(tài)構(gòu)建

VR/AR技術(shù)從虛擬試衣階段到VR設計階段，再到數(shù)字服裝階段，既給服裝行業(yè)帶來了產(chǎn)品應用上的創(chuàng)新，甚至能帶動整個服裝產(chǎn)業(yè)的升級換代。從硬件層面來看，VR/AR技術(shù)對于硬件設備計算能力與續(xù)航能力要求很高，但相信隨著高端芯片的普及以及電池儲量技術(shù)的提升，硬件方面的問題可以得到很大的改善。從軟件層面來看，VR/AR技術(shù)作為人工智能技術(shù)的分支，對于相關(guān)算法要求極高[56]；目前VR/AR技術(shù)與服裝結(jié)合的應用數(shù)量不多，品質(zhì)上也很難有保障，因此科研人員應從算法計算速度與精度以及構(gòu)建應用生態(tài)角度，重點發(fā)展相關(guān)算法以及不斷探索VR/AR服裝兩者結(jié)合的機會點。新興的計算機技術(shù)發(fā)展迅速，這是對服裝行業(yè)的挑戰(zhàn)更是機遇，作為一個擁有幾百上千年歷史的行業(yè)，應在保有自身優(yōu)良特性的基礎上，向著數(shù)字化、智能化大方向積極邁進。