基于三維掃描技術(shù)的斜裙造型客觀評(píng)價(jià)

施明娟, 劉成霞

(浙江理工大學(xué) a.服裝學(xué)院; b.服裝數(shù)字化技術(shù)浙江省工程實(shí)驗(yàn)室,杭州 310018)

服裝造型不僅影響穿著舒適度和美觀性,更會(huì)影響消費(fèi)者的購(gòu)物欲,其中樣板結(jié)構(gòu)是服裝造型的主要影響因素之一[1]。目前服裝造型評(píng)價(jià)主要通過(guò)版師或設(shè)計(jì)師的主觀感覺(jué)來(lái)確定,缺乏準(zhǔn)確度和客觀性[2],對(duì)于建立科學(xué)、客觀、可重復(fù)的方法來(lái)評(píng)價(jià)服裝造型的需求日益迫切。

基于此,許多學(xué)者借助圖像處理技術(shù)[3-4]探究客觀的服裝造型評(píng)價(jià)量化指標(biāo),如李靜[5]通過(guò)圖像處理技術(shù)建立了裙裝的客觀評(píng)價(jià)體系;Zulkifli等[6]通過(guò)二維圖像提取了褲子外輪廓造型指標(biāo),定量研究了虛擬與真實(shí)褲子之間的造型差異。但二維圖像處理會(huì)損失實(shí)物三維空間中的造型信息,且無(wú)法對(duì)細(xì)節(jié)造型進(jìn)行描述。而三維掃描技術(shù)[7]可以獲取物體的深度信息,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)服裝造型的客觀評(píng)價(jià)及準(zhǔn)確表征。陳麗麗等[8]將激光掃描技術(shù)與服裝穿著平整度的評(píng)價(jià)研究結(jié)合,提取了評(píng)價(jià)服裝肘部穿著折皺的5個(gè)指標(biāo);李濤等[9]通過(guò)[TC2]三維掃描技術(shù)研究了樣板結(jié)構(gòu)松量的變化對(duì)短褲截面廓形變化的影響,提出了橫向距離間隙量作為短褲截面的評(píng)價(jià)指標(biāo);王利等[10]同樣基于此技術(shù)量化了連衣裙腰圍和擺圍形態(tài)與樣板結(jié)構(gòu)的關(guān)系等。說(shuō)明三維掃描技術(shù)可以深度解析服裝內(nèi)空間形態(tài)[11],且能夠多維度評(píng)價(jià)服裝造型。但目前基于該技術(shù)的研究主要集中于服裝局部造型評(píng)價(jià)或服裝與人體橫向截面間的距離關(guān)系,缺少對(duì)服裝整體三維空間造型的量化分析。

故本文以受眾面廣且造型優(yōu)美的斜裙為例,提出基于三維掃描技術(shù)的斜裙空間造型客觀評(píng)價(jià)體系,包括縱、橫向及整體的造型指標(biāo),研究樣板結(jié)構(gòu)與斜裙三維造型的關(guān)系,以期為服裝造型領(lǐng)域提供更客觀、精確的評(píng)判指標(biāo),同時(shí)也可為厘清樣板結(jié)構(gòu)與服裝造型之間的關(guān)系提供借鑒。

1 實(shí) 驗(yàn)

1.1 斜裙樣板設(shè)計(jì)

圖1 斜裙樣板Fig.1 Oblique skirt pattern

1.2 斜裙制作

由于本文僅研究樣板結(jié)構(gòu)對(duì)斜裙造型的影響,故基于單變量實(shí)驗(yàn)原則選擇僅1種面料制作斜裙。市面上斜裙多用棉布、化纖、絲綢織物等裁制,在市場(chǎng)調(diào)研的20種斜裙面料中選擇了一款懸垂性和抗皺性較好的化纖織物作為實(shí)驗(yàn)用料,織物規(guī)格如表1所示,并按照?qǐng)D1所示的樣板制作6款不同θ的斜裙。

表1 織物規(guī)格Tab.1 Fabric specification

1.3 斜裙三維造型信息獲取

1.3.1 三維掃描

采用EinScan Pro 2X Plus手持式多功能3D掃描儀(先臨三維科技股份有限公司),掃描精度為0.045 mm,單片掃描范圍為209 mm×160 mm～310 mm×240 mm,其原理是通過(guò)光的反射標(biāo)定獲取斜裙的空間造型信息。為避免實(shí)驗(yàn)誤差,利用同一臺(tái)掃描儀對(duì)1件樣裙掃描3次,共獲取3×6=18組點(diǎn)云模型。掃描時(shí)樣裙穿在腰圍66 cm、臀圍90 cm的標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)上,并使裙腰在人臺(tái)腰線上方、腰頭下緣線與人臺(tái)腰線平齊、裙身左右側(cè)縫線對(duì)稱,穿著狀態(tài)平衡且穩(wěn)定。

1.3.2 點(diǎn)云預(yù)處理

由于原始的點(diǎn)云數(shù)據(jù)體量大且存在冗余噪點(diǎn),不利于后續(xù)處理,故利用逆向工程軟件IMAGEWARE 13.0進(jìn)行去噪及精簡(jiǎn)處理,降低點(diǎn)云數(shù)據(jù)量。此外由于掃描儀的自定位技術(shù)不同于IMAGEWARE軟件,需對(duì)人臺(tái)進(jìn)行坐標(biāo)系重構(gòu)：創(chuàng)建人臺(tái)腰圍的點(diǎn)云截面,在腰圍特征截面的中心點(diǎn)O處創(chuàng)建新坐標(biāo)系,人臺(tái)豎直方向?yàn)閆軸,厚度和寬度方向分別為X軸和Y軸,再基于特征截面進(jìn)行新舊坐標(biāo)系重合處理,達(dá)到最佳擬合后,即得到重構(gòu)后的人臺(tái)空間坐標(biāo)系,如圖2(a)所示。樣裙的掃描儀空間坐標(biāo)系如圖2(b)所示。為統(tǒng)一18個(gè)斜裙點(diǎn)云的空間坐標(biāo)系,需對(duì)著裝人臺(tái)與裸體人臺(tái)的點(diǎn)云模型進(jìn)行對(duì)齊,將掃描的樣裙模型完全重合到重構(gòu)坐標(biāo)系后的人臺(tái)模型上,得到對(duì)齊后的樣裙空間坐標(biāo)系,如圖2(c)所示。

圖2 空間坐標(biāo)系Fig.2 Coordinate system alignment

另外還需對(duì)樣裙模型進(jìn)行區(qū)域裁斷,去除腰線以上及裙擺變形產(chǎn)生的參差部位。以Z=0 cm和Z=-54 cm的平面對(duì)樣裙模型進(jìn)行裁斷,將所有的模型都限定在XYZ空間的有界區(qū)域中。

1.4 斜裙三維造型指標(biāo)提取

對(duì)預(yù)處理后的18組斜裙點(diǎn)云模型進(jìn)行空間造型指標(biāo)提取,分析斜裙的整體造型、徑向波褶造型及橫向截面造型等特征。

1.4.1 整體造型指標(biāo)

利用體積V與表面積S反映斜裙造型的體量感和立體度。為精確測(cè)量這兩者,對(duì)點(diǎn)云模型進(jìn)行三角網(wǎng)格面化處理,如圖3所示。利用針對(duì)三角網(wǎng)格模型的【評(píng)估】工具獲取由網(wǎng)格面域化的曲面面積S及面域包容的三維空間總量V。

1.4.2 縱向造型指標(biāo)

(1)

(2)

(3)

(4)

圖4 波褶徑向造型參數(shù)Fig.4 Radial modeling parameters of wave pleat

1.4.3 橫向造型指標(biāo)

在Imageware軟件中通過(guò)【平面點(diǎn)云截面】工具,對(duì)點(diǎn)云模型Z軸負(fù)方向以XOY平面截取特征截面點(diǎn)云層Lk,k取值[0,9,18,27,36,45,54],代表截面層距腰線的距離。其中,L0為腰圍截面層,L9為腹圍截面層,L18為臀圍截面層,L27、L36、L45分別為裙身截面層,L54為裙擺截面層。

通過(guò)截面點(diǎn)云數(shù)據(jù)構(gòu)建4階自由曲面,得到曲線輪廓最小外接矩形,如圖5所示。并在軟件中提取各截面層最小外接矩形的寬度Wk、厚度Tk及曲線截面面積Sk。

圖5 曲線輪廓最小外接矩形Fig.5 Minimum circumscribed rectangle of curve contour

由于固定了腰圍尺寸,當(dāng)斜裙穿在人臺(tái)上時(shí),腰線緊貼人臺(tái),對(duì)斜裙整體造型影響不大,因此本文僅以斜裙點(diǎn)云模型的腹圍、臀圍及擺圍截面作為研究對(duì)象,并以截面飽滿度和橢圓度作為評(píng)價(jià)截面廓形的指標(biāo)。

1) 飽滿度δ。指截面面積與最小外接矩形面積的比值,用來(lái)表征截面的形狀特征,取值范圍0～1。值越小說(shuō)明截面曲線的凹凸越明顯,值越大說(shuō)明截面廓形越飽滿,計(jì)算公式如下：

(5)

2) 橢圓度σ。指截面寬度與厚度之比,用于表征截面形狀。值越大說(shuō)明截面越接近橢圓,值越小說(shuō)明截面越接近圓形,計(jì)算公式如下：

(6)

2 結(jié)果與分析

2.1 相關(guān)分析

圖6(a)顯示了表面積S與樣板角度θ的關(guān)系,可知兩者呈顯著相關(guān)性,隨θ的增加,S呈逐漸增加的趨勢(shì)。樣板角度的增加會(huì)使得裙擺量增多,表面積故隨之呈正比增大趨勢(shì)。斜裙三維造型指標(biāo)與θ的相關(guān)系數(shù)如表2所示。由表2可知,S與θ呈高度正相關(guān),相關(guān)系數(shù)達(dá)0.988,而V與θ的相關(guān)性不顯著。圖6(b)顯示V與θ存在非線性關(guān)系,V隨θ的增加呈先增大后減小趨勢(shì),在θ=35°時(shí)V達(dá)到最大。隨著裙擺量的增大,使得裙身可以包圍的空間量增加,但由于受地球引力作用,原本較平整的面料在人臺(tái)四周形成的起伏變大,裙面凹陷的部分變多,外鼓的空間變窄,導(dǎo)致裙身包圍的空間反而有所降低。

圖6 整體造型指標(biāo)與θ的散點(diǎn)圖Fig.6 Scatter chart of overall shape index and θ

表2 三維造型指標(biāo)與θ的相關(guān)系數(shù)Tab.2 Correlation coefficient between 3D modeling index and θ

圖7 徑向波褶指標(biāo)與θ的散點(diǎn)圖Fig.7 Scatter chart of radial wave convolution and θ

圖8 不同θ時(shí)的斜裙裙擺截面Fig.8 Cross section of oblique skirt corresponding to different θ values

由表2飽滿度、橢圓度與θ的相關(guān)系數(shù)可知,σ和δ與θ的相關(guān)性普遍高于-0.800,呈高度負(fù)相關(guān)。結(jié)合圖8發(fā)現(xiàn),隨θ變大截面廓形由類(lèi)橢圓形逐漸向類(lèi)圓形靠近,即截面的σ逐漸變小。這是由于人臺(tái)的臀部的凸勢(shì)大于髖骨的凸勢(shì),面料在臀部堆積量變多,波褶外凸趨勢(shì)增加,寬厚方向距離趨向一致,故截面橢圓度減小。δ隨θ的變大而減小,當(dāng)波浪間起伏程度變大,導(dǎo)致波谷的內(nèi)凹幅度更甚,截面飽滿度δ下降,變成近太陽(yáng)花形狀。

圖9(a)為不同θ下的截面飽滿度δ和橢圓度σ與截面層高的散點(diǎn)圖。由圖9(a)可知,從斜裙的腹圍層向裙擺層逐漸變小,說(shuō)明截面曲線的波浪起伏逐漸變大。其中θ=20°的斜裙,其各特征截面的σ和δ最高,即該角度下的斜裙截面最接近橢圓,最飽滿。這是因?yàn)?0°樣板下的斜裙波浪較少,裙身最貼體,截面飽滿且接近橢圓(圖8(a))。

圖9 不同θ時(shí)的σ和δ與特征截面的散點(diǎn)圖Fig.9 Scatter diagram of characteristic section under different θ, σ and δ values

由圖9(b)可知,當(dāng)θ≤35°時(shí),σ從斜裙腹圍層到裙擺層大體呈現(xiàn)減—增—減的趨勢(shì),這是因?yàn)橥尾恐据^多,臀圍截面廓形比腹圍更接近圓形。在θ≤35°時(shí),裙面在腹臀區(qū)域比較貼合人臺(tái),即截面廓形受人臺(tái)的影響,使臀圍橢圓度σ18<腹圍橢圓度σ9;而L18以下,逐漸脫離臀部支撐,截面廓形回落呈近橢圓狀;當(dāng)θ>35°時(shí),斜裙曲面起伏變大,截面廓形受人臺(tái)影響減弱,σ呈逐層遞減趨勢(shì)。

2.2 回歸分析

表3 三維造型指標(biāo)與θ的回歸方程(曲線估計(jì))Tab.3 Regression equation of three-dimensional modeling index and θ (curve estimation)

由表3可知,除L36外,各特征截面層的橢圓度σ預(yù)測(cè)模型的擬合優(yōu)度均優(yōu)于飽滿度δ。其中L9、L18、L45的σ預(yù)測(cè)模型的判定系數(shù)達(dá)0.970以上,擬合優(yōu)度最好。L27、L36、L45、L54的δ預(yù)測(cè)模型的判定系數(shù)也都在0.900以上,擬合優(yōu)度較好。

為進(jìn)一步驗(yàn)證預(yù)測(cè)模型的準(zhǔn)確性,本文重新制作θ=22.5°和θ=32.5°的斜裙進(jìn)行驗(yàn)證,以三次掃描結(jié)果提取的三維造型指標(biāo)原始值與模型預(yù)測(cè)值進(jìn)行兩配對(duì)樣板T檢驗(yàn),結(jié)果如表4所示。由配對(duì)樣本之間的均值標(biāo)準(zhǔn)誤差可知,除V和S外,其余指標(biāo)的實(shí)際值和預(yù)測(cè)值的均值、標(biāo)準(zhǔn)誤差都小于1。

由于V和S的實(shí)際均值分別為3 4700 467.46和711 121.403 9,基數(shù)很大,故認(rèn)為標(biāo)準(zhǔn)誤差在可接受范圍內(nèi)。在顯著性水平為0.05的情況下,T檢驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)量對(duì)應(yīng)的顯著性值均大于0.05,說(shuō)明實(shí)際值和預(yù)測(cè)值無(wú)顯著差異,進(jìn)一步表明了基于θ的斜裙三維造型預(yù)測(cè)模型具有較高的準(zhǔn)確性。

3 結(jié) 論

本文針對(duì)斜裙這一常見(jiàn)的女性服裝展開(kāi)研究,提出了一種基于三維掃描技術(shù)的斜裙造型客觀評(píng)價(jià)方法。

2) 以特征截面的橢圓度σ和飽滿度δ來(lái)表征斜裙橫向截面的廓形變化,研究發(fā)現(xiàn)各特征截面的σ和δ都與θ呈負(fù)相關(guān),隨θ的增加斜裙各圍度截面曲線的起伏程度變大,波褶造型趨向細(xì)長(zhǎng),δ下降,同時(shí)截面寬厚方向的波褶起伏程度趨向一致,截面廓形更近似圓形,σ值變小。

3) 構(gòu)建了基于樣板角度θ的斜裙造型預(yù)測(cè)模型,該模型的擬合優(yōu)度較高,利用θ=22.5°和θ=32.5°的斜裙三維造型指標(biāo)進(jìn)行預(yù)測(cè)值與實(shí)際值兩配對(duì)樣本T檢驗(yàn)。結(jié)果表明實(shí)際值與預(yù)測(cè)值無(wú)顯著差異,說(shuō)明模型具有較高的準(zhǔn)確性,同時(shí)證明利用三維掃描技術(shù)對(duì)服裝造型進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)具有良好的可行性。

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