基于逆向工程的青年女性夜跑服設(shè)計(jì)

薛 媛,王 瑤,徐蓉婷

(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)

0 引 言

隨著服裝行業(yè)的數(shù)字化和智能化快速發(fā)展,消費(fèi)者對(duì)服裝的個(gè)性化要求不斷提高,越來(lái)越注重服裝的品質(zhì)、款式和個(gè)性,不再是單一的同質(zhì)化[1-2]。傳統(tǒng)的正向設(shè)計(jì)方式已無(wú)法滿足消費(fèi)者日益增長(zhǎng)的個(gè)性化消費(fèi)需求,越來(lái)越多的服裝企業(yè)采用先進(jìn)的、智能化的三維服裝技術(shù)[3-4]以及逆向流程設(shè)計(jì)[5-6],生產(chǎn)出款式豐富多樣、具有時(shí)尚化氣息、符合消費(fèi)者個(gè)性需求的服裝,并實(shí)現(xiàn)縮短研發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本、提高設(shè)計(jì)效率以及快速響應(yīng)市場(chǎng)的生產(chǎn)目標(biāo)[7-8]。

逆向工程是將實(shí)物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱[9],逆向工程就是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品模型,反向推出產(chǎn)品的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)的過程[10]。逆向工程在服裝領(lǐng)域也被廣泛運(yùn)用,將三維虛擬服裝技術(shù)用于逆向設(shè)計(jì)是目前的一個(gè)研究熱點(diǎn)[11]。在虛擬試衣軟件中,通過對(duì)服裝輪廓的硬化來(lái)構(gòu)建三維的服裝模型,根據(jù)設(shè)計(jì)需求在服裝表面進(jìn)行三維分割設(shè)計(jì),并將其展開得到二維紙樣[12-13]。將逆向工程技術(shù)引入到數(shù)字定制生產(chǎn)中,采用點(diǎn)云數(shù)據(jù)建立了特征人體,在人體模型中提取了關(guān)鍵曲線,采用曲線展平技術(shù)實(shí)現(xiàn)了服裝表面的曲面自動(dòng)展開[14-15]。逆向工程技術(shù)能夠最直觀地看到服裝最終的效果,縮短制作周期,提高效率[16-17]。

本文運(yùn)用逆向工程的方法對(duì)青年女性夜跑服進(jìn)行設(shè)計(jì)研究。在三維虛擬設(shè)計(jì)平臺(tái)上,采用參數(shù)化設(shè)定建立人體模型,實(shí)現(xiàn)緊身服裝曲面的快速生成,并將逆向技術(shù)和三維可視技術(shù)相結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了夜跑服的三維設(shè)計(jì),采用曲面展平技術(shù)得到二維樣版,并進(jìn)行虛擬試穿,對(duì)跑步的6種姿勢(shì)下26個(gè)壓力點(diǎn)進(jìn)行虛擬壓力測(cè)試,對(duì)比2款不同服裝的壓力,選出1種進(jìn)行樣衣制作。通過Lilypad Arduino模塊實(shí)現(xiàn)夜跑服的發(fā)光功能,開發(fā)出一款可發(fā)光的夜跑服,降低夜跑時(shí)安全事故的發(fā)生。

1 三維人體模型構(gòu)建

1.1 人體數(shù)據(jù)的采集與分析

人體測(cè)量是進(jìn)行人體體型分類必不可少的一部分,在夜跑服的設(shè)計(jì)中,體型的分類有助于更好地區(qū)分個(gè)體之間的差異,進(jìn)而指導(dǎo)夜跑服規(guī)格的制定,使夜跑服更加貼合人體。

1.1.1 實(shí)驗(yàn)方法

本次實(shí)驗(yàn)采用德國(guó)Human Solutions公司的彩色三維人體掃描儀,將選定18～25周歲的103名女大學(xué)生作為研究對(duì)象進(jìn)行人體數(shù)據(jù)采集。參考GB/T 16160—2008《服裝用人體測(cè)量的部位與方法》,依據(jù)CLO3D虛擬試衣軟件中的模特參數(shù)信息,以及夜跑服結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的需要,從高度、寬度、厚度、圍度和長(zhǎng)度5個(gè)維度共選取了25項(xiàng)項(xiàng)目進(jìn)行測(cè)量,包括身高、胸高、腰高、腹高、臀高、肩胛骨高、肩中點(diǎn)高、總肩寬、胸寬、背寬、乳間距、頸厚、胸厚、腹厚、臀厚、頸根圍、胸圍、下胸圍、腰圍、臀圍、手腕圍、腳踝圍、背長(zhǎng)、全臂長(zhǎng)和腰臀長(zhǎng),并依次命名為1～25。

1.1.2 人體數(shù)據(jù)分析

采用SPSS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析。因子分析的目的是將性質(zhì)相同的變量歸到一個(gè)因子中,從而使變量的數(shù)目減少[18]。碎石圖如圖1所示。

圖 1 碎石圖Fig.1 Scree plot

從圖1可以看出,因子個(gè)數(shù)3和因子個(gè)數(shù)4之間的坡度變緩,說(shuō)明第4個(gè)因子可解釋的信息已經(jīng)減少,前3個(gè)因子可以覆蓋大部分信息,因此選取3個(gè)公因子進(jìn)一步分析。

通過因子旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣得出:第1個(gè)公因子涵蓋身高、胸高、腰高、腹高、臀高、肩胛骨高、肩中點(diǎn)高和背長(zhǎng)、全臂長(zhǎng)、腰臀長(zhǎng),定義為高度及長(zhǎng)度因子;第2個(gè)公因子涵蓋肩寬、胸寬、背寬、乳間距、腹厚和臀厚,定義為寬度及厚度因子;第3個(gè)公因子涵蓋頸根圍、胸圍、下胸圍、腰圍、臀圍,定義為圍度因子;特征指標(biāo)是以各個(gè)公因子的權(quán)重系數(shù)值為基礎(chǔ),通過對(duì)各個(gè)因子的權(quán)重系數(shù)值進(jìn)行加權(quán)分析,最終從各公因子中選出的體型特征指標(biāo)為身高、肩寬、腹厚、腰圍、頸根圍、背長(zhǎng)和全臂長(zhǎng)。

采用K-means聚類法進(jìn)行青年女性的體型分類,當(dāng)聚類數(shù)為3時(shí),顯著性水平小于0.05,因此體型的最佳聚類數(shù)為3。根據(jù)體型分類,第二類體型占比較多,因此,在研究對(duì)象中找出距離第二類體型最相近的體型數(shù)據(jù)見表1,作為本次實(shí)驗(yàn)對(duì)象,構(gòu)建人體模型。

表 1 實(shí)驗(yàn)人體尺寸

1.2 人體模型的構(gòu)建

目前,常見的人體建模方法有2種,一種是通過三維人體掃描獲得點(diǎn)云數(shù)據(jù),通過對(duì)點(diǎn)云數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪、精簡(jiǎn)、補(bǔ)洞、光滑等處理,得到了人體的特征模型,該方法具有較高的計(jì)算精度,但是此方法工作量大,操作復(fù)雜[19];另一種是利用基于參數(shù)設(shè)置的三維虛擬設(shè)計(jì)平臺(tái)進(jìn)行人體建模,該方法具有較小的工作量,可以實(shí)現(xiàn)快速的三維人體模型的生成。

本文的研究對(duì)象是在三維虛擬設(shè)計(jì)平臺(tái)上進(jìn)行人體模型的建立,通過對(duì)人體數(shù)據(jù)的分析,對(duì)平臺(tái)自帶的標(biāo)準(zhǔn)人體模型a進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,從而獲得基礎(chǔ)人體模型b。因夜跑服為緊身服裝,實(shí)際樣衣尺寸比基礎(chǔ)樣衣尺寸小,需要考慮夜跑服面料的緯向伸長(zhǎng)率,本次實(shí)驗(yàn)使用的面料縱伸長(zhǎng)率為28.98%,根據(jù)公式:實(shí)際樣衣尺寸=人體基礎(chǔ)樣衣尺寸/(1+縱向伸長(zhǎng)率),計(jì)算出人體實(shí)際樣衣尺寸見表2。由于針織面料的彈性,本次實(shí)驗(yàn)建立的特征人體模型的尺寸與人體實(shí)際樣衣尺寸一致。

表 2 人體基礎(chǔ)樣衣尺寸與人體實(shí)際樣衣尺寸對(duì)比

在虛擬設(shè)計(jì)軟件中,將基礎(chǔ)人體模型b通過參數(shù)設(shè)置調(diào)整為特征人體模型c,“基礎(chǔ)人體模型b”是通過人體測(cè)量及數(shù)據(jù)分析所得到的實(shí)驗(yàn)人體模型;“特征人體模型c”是基于面料的伸長(zhǎng)率而得到的具有“帶松量”的人體模型,如圖2所示。

(a) 基礎(chǔ)人體模型b (b) 特征人體模型c圖 2 人體模型Fig.2 Human model

2 夜跑服的設(shè)計(jì)

2.1 夜跑服的款式設(shè)計(jì)

2.1.1 夜跑服的款式分割設(shè)計(jì)

主要考慮運(yùn)動(dòng)時(shí)的出汗部位以及人體的肌肉運(yùn)動(dòng),女性運(yùn)動(dòng)時(shí)的出汗部位主要包括背部、胸部、后腰部以及腋窩等部位,根據(jù)人體出汗時(shí)的部位,以及肌肉運(yùn)動(dòng)進(jìn)行不同的分割線設(shè)計(jì),在容易出汗的部位,采用透氣性好的網(wǎng)眼面料,增強(qiáng)服裝的透氣性,在分割線的位置也加入反光條的設(shè)計(jì)。

2.1.2 腰部設(shè)計(jì)

2款服裝采用了不同的腰部設(shè)計(jì),如圖3所示,款式一是前低后高設(shè)計(jì),款式二采用雙層交叉設(shè)計(jì),都是中高腰設(shè)計(jì),減少夜跑過程中腹部脂肪與面料之間的摩擦,保護(hù)腰部,降低運(yùn)動(dòng)損傷。

(a) 款式一 (b) 款式二圖 3 夜跑服腰部設(shè)計(jì)Fig.3 Waist design of night running clothes

2.1.3 袖子設(shè)計(jì)

袖子也采用了2款不同的袖型,兩片袖的設(shè)計(jì)能更好地貼合人體,增加夜跑時(shí)肘部運(yùn)動(dòng)的舒適度。

2.2 夜跑服功能設(shè)計(jì)

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,越來(lái)越多的青年女性通過夜跑釋放壓力,但是近年來(lái)安全事故頻發(fā),多數(shù)運(yùn)動(dòng)服裝不具備有效的安全警示效果,本次設(shè)計(jì)在夜跑服上的加入了發(fā)光功能,減少夜跑過程中交通事故的發(fā)生。

夜跑服的發(fā)光功能由Lilypad套件與LED燈相結(jié)合實(shí)現(xiàn)的。Lilypad模塊是為可穿戴技術(shù)和電子織物設(shè)計(jì)的微控制器板。Lilypad電路板和傳感器包括電源的體積相對(duì)于其他Arduino元件小很多,且質(zhì)量輕,不會(huì)增加任何負(fù)擔(dān)。傳感器選用的是Lilypad Arduino USB接口、光敏傳感器、電源、LED燈。為了達(dá)到在夜跑中的警示作用,發(fā)光模型的設(shè)計(jì)方案為黑暗中LED常亮,在對(duì)Lilypad Arduino接口進(jìn)行了多次模擬測(cè)試后,進(jìn)行常亮函數(shù)語(yǔ)句的調(diào)試,發(fā)光模型的發(fā)光效果如圖4所示。

圖 4 發(fā)光模型效果Fig.4 The luminous model effect

光敏傳感器是這次測(cè)試中最關(guān)鍵的一部分,它可以根據(jù)光線的強(qiáng)弱,提供0～5 V的模擬值。在白天,最大輸出電壓為5 V,當(dāng)燈光被阻擋時(shí),輸出電壓為0 V,所有的光值都是由感測(cè)器探測(cè)到的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電壓再生成的;光值是由一個(gè)串行監(jiān)控器來(lái)查看傳感器感知的數(shù)據(jù),因此要在環(huán)境設(shè)定中對(duì)串行通信進(jìn)行初始化,并且將波特率設(shè)為9 600,然后在各種光線條件下進(jìn)行相應(yīng)的光值檢測(cè),并對(duì)感光元件的敏感度進(jìn)行測(cè)試,以驗(yàn)證其可行性。

2.3 夜跑服的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本文采用逆行工程的方法實(shí)現(xiàn)夜跑服從三維曲面到二維樣版的轉(zhuǎn)化,通過在建立的人體模型上構(gòu)建夜跑服基礎(chǔ)型曲面并進(jìn)行分割設(shè)計(jì),通過曲面展平獲得二維樣版。

2.3.1 夜跑服曲面構(gòu)建

服裝曲面的構(gòu)建是基于參數(shù)化人體模型進(jìn)行的,使用數(shù)字化仿真系統(tǒng)平臺(tái),以帶有參數(shù)化的特征人體模型為原型,在上面進(jìn)行原型設(shè)計(jì),得到相應(yīng)的基礎(chǔ)型服裝曲面如圖5所示。特征人體模型為“帶松量”的人體模型,所以基礎(chǔ)型服裝曲面可直接對(duì)特征人體模型進(jìn)行繪制,不需要再考慮服裝松量。此模型是通過CLO三維虛擬設(shè)計(jì)軟件中使用3D筆直接在特征人體表面按照服裝基本型繪制樣版輪廓,并進(jìn)行擬合而得到的,服裝曲面模型的建立可以更方便快捷地得到服裝基礎(chǔ)樣版。利用這一技術(shù)可以更好地為緊身服裝進(jìn)行紙樣設(shè)計(jì),使其更加貼體舒適。

圖 5 基礎(chǔ)型服裝曲面模型Fig.5 Basic surface model of clothing

2.3.2 平面樣板獲取

通過在基礎(chǔ)型服裝曲面模型上進(jìn)行分割展平得到平面樣板。由于人體的表面是一個(gè)不規(guī)則的弧形,緊身夜跑服貼合人體表面的曲線會(huì)隨著身體的變化而出現(xiàn)明顯的起伏,這主要表現(xiàn)在胸部、背部、腹部、臀部、后腰等。在傳統(tǒng)的平面制版方式中,解決面料的余缺處理方法是:設(shè)置省道,根據(jù)不同的部分,形成對(duì)應(yīng)的省道[20]。省道是從二維紙樣到三維服裝的轉(zhuǎn)折點(diǎn),也是實(shí)現(xiàn)從三維到二維的重要環(huán)節(jié)。以夜跑服上衣前身為例,根據(jù)夜跑服的款式要求,結(jié)合人體省道位置進(jìn)行連省成縫(GH)分割設(shè)計(jì),如圖6所示,基于特征人體模型實(shí)現(xiàn)從三維曲面樣板向二維平面樣板轉(zhuǎn)換的逆向流程,采用相同的方法,將夜跑服的各個(gè)曲面樣版進(jìn)行平面變換獲得最終的二維樣板,如圖7所示。

圖 6 前衣身平面樣板獲取過Fig.6 The acquisition process of front body plane pattern

(a) 款式一

3 夜跑服樣板驗(yàn)證及樣衣評(píng)價(jià)

通過逆向設(shè)計(jì)的方法獲得夜跑服的二維樣板,為了驗(yàn)證此方法的可行性的,在三維虛擬試衣軟件中進(jìn)行虛擬試穿,并通過虛擬壓力值的測(cè)量選取壓力舒適性較好的款式進(jìn)行成衣制作。

3.1 夜跑服虛擬壓力值測(cè)量

將最終獲得的二維樣板導(dǎo)入CLO三維虛擬試衣軟件中進(jìn)行虛擬試穿,如圖8所示。

(a) 款式一

在此基礎(chǔ)上,對(duì)虛擬女性模特的肩部、肘部、手部、腰部、膝部等關(guān)鍵部位的關(guān)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行調(diào)整,完成實(shí)驗(yàn)所需的跑步動(dòng)作設(shè)計(jì),如圖9所示。因?yàn)榕懿綍r(shí)人體姿勢(shì)的不斷變化,服裝與人體表面接觸時(shí)產(chǎn)生的壓力值也在不斷變化;跑步時(shí)人們的主要?jiǎng)幼鳛榍昂髷[臂,身體前傾,前后踢腿,所以將壓力測(cè)量點(diǎn)主要安排在肩部、腋下、腰部、臀部、腿部的主要位置,共選取了26個(gè)壓力點(diǎn)。

圖 9 跑步動(dòng)作模擬Fig.9 Running action simulation

在服裝原型上進(jìn)行壓力點(diǎn)的標(biāo)注,標(biāo)注好的壓力點(diǎn)如圖10所示。

圖 10 壓力測(cè)試點(diǎn)示意圖Fig.10 Schematic diagram of pressure test points

其中,上衣前片的壓力點(diǎn)為J1、J2、J3、J4、J5,其中J1為領(lǐng)子壓力測(cè)量點(diǎn),J2、J3為肩部壓力測(cè)量點(diǎn),J4為胸部壓力測(cè)量點(diǎn),J5為腰部壓力測(cè)量點(diǎn);上衣后片的壓力點(diǎn)中P1為后領(lǐng)部壓力測(cè)量點(diǎn),P2、P3為肩部壓力測(cè)量點(diǎn),P4為背部壓力測(cè)量點(diǎn),P5為腋下壓力測(cè)量點(diǎn),P6為腰部壓力測(cè)量點(diǎn);袖子的壓力點(diǎn)中K1、K3為腋下袖子壓力測(cè)量點(diǎn),K2為袖山高壓力測(cè)量點(diǎn),K4為袖肘部的壓力點(diǎn)。褲子前片壓力點(diǎn)為L(zhǎng)1、L2、L3、L4、L5一共5個(gè)點(diǎn),L1為腰部的壓力點(diǎn),L2為腹部的壓力測(cè)量點(diǎn),L3為大腿前中壓力測(cè)量點(diǎn),L4為膝部壓力測(cè)量點(diǎn),L5為小腿前中部壓力測(cè)量點(diǎn);褲子后片壓力點(diǎn)為W1、W2、W3、W4、W5一共5個(gè)點(diǎn),W1、W2為腰部壓力測(cè)量點(diǎn),W3為臀部壓力測(cè)量點(diǎn),W4為大腿后中部壓力測(cè)量點(diǎn),W5為膝蓋窩部壓力點(diǎn),W6為小腿后中部壓力測(cè)量點(diǎn)。

在CLO中分別對(duì)2款不同夜跑服的6個(gè)姿勢(shì)下26個(gè)壓力測(cè)試點(diǎn)壓力值進(jìn)行測(cè)試,每個(gè)測(cè)量點(diǎn)測(cè)量3次,并取平均值減小實(shí)驗(yàn)誤差,上衣及袖子的測(cè)量結(jié)果如圖11(a)所示,褲子的測(cè)量結(jié)果圖11(b)所示。

(a) 上衣及袖子虛擬壓力值

從圖11可以看出,2種設(shè)計(jì)款式在肩點(diǎn)、胸部、袖山、肘部數(shù)值的壓力數(shù)值相差較小,在腰部、背部、后腋及腿部有明顯的區(qū)別。2種設(shè)計(jì)款式相比之下,款式一的壓力值較小,表明該款式、結(jié)構(gòu)及面料在滿足夜跑運(yùn)動(dòng)過程中的舒適性方面有較好的優(yōu)勢(shì)。因此,最終決定選用款式以完成樣衣制作。

3.2 樣衣試穿及評(píng)價(jià)

通過樣衣制作以及真人試穿評(píng)價(jià),樣衣試穿效果如圖12所示,對(duì)樣板進(jìn)行二次驗(yàn)證,主要評(píng)價(jià)夜跑服的舒適性與功能的可行性。

圖 12 真人試穿Fig.12 Human fitting

測(cè)評(píng)中采用5個(gè)等級(jí),從1到5。1表示不滿意,5代表十分滿意。3名試穿者對(duì)夜跑服進(jìn)行了主觀評(píng)分,平均的評(píng)分結(jié)果見表3。

表 3 樣衣試穿評(píng)分

從表3可以看出,總體得分均4分以上,反映了夜跑服在舒適度和功能性方面的優(yōu)勢(shì)。證明了利用特征人體模型建立曲面模型并逆向獲取夜跑服樣板的設(shè)計(jì)方法科學(xué)有效。

4 結(jié) 語(yǔ)

提出一種基于逆向工程的夜跑服設(shè)計(jì)方法,實(shí)現(xiàn)緊身服裝從三維服裝曲面到二維服裝樣板的快速生成。通過虛擬試衣軟件的服裝虛擬試穿與試穿者真實(shí)試穿的主觀評(píng)價(jià)的結(jié)果中可以得出:以特征人體模型為基礎(chǔ),構(gòu)建了緊身服裝的曲面造型和內(nèi)部分割設(shè)計(jì),并通過展平曲面,獲得二維樣板,由此得出一種緊身服裝紙樣設(shè)計(jì)的方法。在采用虛擬仿真技術(shù)制版時(shí),可以直接看到衣服穿著的效果,減少了樣品的修改次數(shù),保證了成衣的美觀和穿著舒適性,從而縮短了制版周期,提高了研發(fā)效率。同時(shí),利用三維虛擬試衣軟件和夜跑服的成衣穿著效果進(jìn)行了比較,結(jié)果表明,逆向設(shè)計(jì)的服裝與成衣的穿著效果是高度一致的,可以滿足服裝的款式設(shè)計(jì)要求。