簡析三維服裝參數(shù)化造型技術(shù)

農(nóng)旭安，尤文勝

（廣東理工學(xué)院，廣東 肇慶 526100）

0 引言

目前，參數(shù)化設(shè)計在建筑、珠寶、服裝設(shè)計等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用，在服裝設(shè)計中參數(shù)化人體模型是研究的重點和難點，本文對三維服裝參數(shù)化造型技術(shù)進(jìn)行分析，提出了用人體剖面和人體輪廓線來生成人體模型的新型的參數(shù)化造型模式設(shè)計。該方法在服裝造型設(shè)計的便利性和經(jīng)濟性方面具有重要實踐意義。

1 參數(shù)化人體模型簡介

尺寸驅(qū)動幾何變形是參數(shù)化人體建模的重要前提，利用輔助變量對其予以調(diào)整和優(yōu)化，從而實現(xiàn)理想的變形效果。參數(shù)化造型以傳統(tǒng)幾何造型方法為基礎(chǔ)，在發(fā)展中形成了一種更為抽象化的方法。其在表達(dá)人體模型形狀特征的過程中合理地應(yīng)用幾何約束，以十分抽象的特征參數(shù)表達(dá)人體的外部幾何特征。

空間幾何變形是造型技術(shù)中的關(guān)鍵。按照相對科學(xué)的人體特征參數(shù)來變形和調(diào)整。以標(biāo)準(zhǔn)化的變形方式來確定滿足規(guī)范要求的人體模型。參數(shù)化通常指的是模型構(gòu)建中的關(guān)鍵尺寸、派生尺寸以及自由尺寸，主導(dǎo)因素應(yīng)滿足的條件就是設(shè)計中的關(guān)鍵尺寸，關(guān)鍵尺寸所派生出來的限定條件即為派生尺寸，可變化且無約束性的尺寸即為自由尺寸，生活中比較常見的腰圍、胸圍和臀圍就是關(guān)鍵尺寸，由此所產(chǎn)生的派生圍線即為派生尺寸。為了滿足客戶的基本要求，三維服裝CAD 當(dāng)中應(yīng)建立多種形式和多種規(guī)格的人體模型，合理利用特征參數(shù)即可獲得系統(tǒng)所需的參數(shù)化人體模型[1]。

2 參數(shù)化人體模型實現(xiàn)分析

2.1 參數(shù)化設(shè)計在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

現(xiàn)階段，參數(shù)化設(shè)計在建筑領(lǐng)域得以廣泛應(yīng)用，同時，在珠寶首飾、鞋品、服裝設(shè)計中也發(fā)揮了十分重要的作用。3D 打印技術(shù)從青澀逐漸走向成熟，參數(shù)化風(fēng)格在產(chǎn)品設(shè)計中具有較大的發(fā)展空間。在國內(nèi)的發(fā)展中，參數(shù)化設(shè)計必須要有專業(yè)3D 軟件的支持，其在服裝設(shè)計中也是重點和難點內(nèi)容。目前研究人員提出了一種跨界學(xué)術(shù)的理念，學(xué)術(shù)交流合作也更加頻繁。

參數(shù)化設(shè)計在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用以參數(shù)化的人體為基礎(chǔ)，通過尺度驅(qū)動、交互驅(qū)動和人體驅(qū)動等方式，建立基于參數(shù)化的服裝造型模型。在此基礎(chǔ)上，構(gòu)建了3D 成衣與2D 成衣的可逆映射關(guān)系，實現(xiàn)了3D 模型與2D 紙樣的互換。在諸多世界聞名的服裝設(shè)計中，設(shè)計人員合理利用了3D 打印技術(shù)完成了服裝的設(shè)計和制作，在模型制作中科學(xué)地應(yīng)用了參數(shù)化的設(shè)計方式，以六邊形為基礎(chǔ)，采取多種方式最大程度展現(xiàn)設(shè)計理念，提取單元元素六邊形，六邊形呈連續(xù)排列，然后可采用參數(shù)化設(shè)計對其加以控制和調(diào)整，營造出不同的服裝設(shè)計效果。這在充分展現(xiàn)參數(shù)化設(shè)計優(yōu)勢的同時，也極大地豐富了服裝造型和服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計的手段。

在很多西方國家，三維參數(shù)化設(shè)計在服裝設(shè)計領(lǐng)域得到了更為廣泛的應(yīng)用，發(fā)展水平更高，相較于我國技術(shù)也更加成熟。知名建筑設(shè)計師在LACE 首飾設(shè)計中合理地應(yīng)用建筑美學(xué)，在作品中基本的框架均由幾何線條構(gòu)成，以此為基礎(chǔ)融入?yún)?shù)化特征的基本規(guī)律及趨勢，將二者有機結(jié)合后，能夠設(shè)計出更加時尚和個性化的作品[2]。作品利用參數(shù)化建模的方式加強了細(xì)節(jié)的設(shè)計，其結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，但是細(xì)節(jié)細(xì)膩，給人以深刻的視覺印象。

2.2 服裝參數(shù)化設(shè)計的技術(shù)框架

服裝參數(shù)化設(shè)計對象主要由服裝模型元素以及服裝模型構(gòu)成，參數(shù)化中應(yīng)分別完成元素參數(shù)化表達(dá)、模型參數(shù)化構(gòu)建以及模型參數(shù)化的編輯環(huán)節(jié)，在服裝設(shè)計中，其充分體現(xiàn)了柔性特征，設(shè)計中涉及的元素較多，同時模型可采用多種表達(dá)方式，其優(yōu)越性較為明顯[3]。此外其具有較強的層次性，不確定性和多維度性。服裝模型設(shè)計中應(yīng)采取分層構(gòu)建與編輯的方式，一方面充分展現(xiàn)模型構(gòu)建的方式和流程，另一方面也更好地實現(xiàn)了參數(shù)化設(shè)計，有效控制了模型的耦合度，保證了模型設(shè)計的整體效果。

服裝參數(shù)化設(shè)計的技術(shù)框架由特征點、特征線、特征面三部分組成，它們都可以構(gòu)成服飾的基本建模，其中采用特征點與特征線相結(jié)合的方法來構(gòu)造服飾基本建模，對于與服飾的關(guān)系不大的情形，采用特征線與特征點相結(jié)合的方式來構(gòu)造，對于服飾基本建模與人體相關(guān)的情形，然后使用特征曲面進(jìn)行構(gòu)造。通過人體模型中大量特征點的位移，得到服裝模型中的特征點，然后對特征點進(jìn)行相互約束。最后，通過表面分割得到服裝表面模型。在此基礎(chǔ)上建立了以特征點為依據(jù)的服飾基本造型，提出了一種基于三維立體建模技術(shù)的服裝造型設(shè)計方法。在服飾的各要素中加入一些限制條件，就構(gòu)成了服飾的參數(shù)化曲線網(wǎng)絡(luò)，這就是服飾的特征框，利用輪廓線建立了服飾基本造型，并對服飾進(jìn)行造型。將人體表面視為一種無縫的衣服表面，對該表面經(jīng)過均勻偏移、水平凸化、縱向懸掛等處理后，即可形成衣服表面，該方法是在衣服基本造型的基礎(chǔ)上建立的。由此可見，基于人體模型的服裝參數(shù)化設(shè)計框架更能夠體現(xiàn)參數(shù)化造型設(shè)計的特點。

2.3 腰部

（1）變形原理

腰部區(qū)域一般在下胸線和上臀線間，在構(gòu)建參數(shù)化人體模型的過程中，需要水平切割多層腰部輪廓，并將相鄰的腰部輪廓連接成一個整體，形成腰部的參數(shù)化模型。且腰圍線會驅(qū)動其他腰圍線變形，從而完成腰部的變形過程[4]。觀察腰部的變化可以發(fā)現(xiàn)，腰線變化最大，從腰部前到側(cè)面，變化趨于平緩，從腰部側(cè)到后面會進(jìn)一步縮小。前面、側(cè)面和后面的變量決定了腰圍線的變化，確定以上變量后中間點可通過對應(yīng)位置插值得到。

（2）腰圍線變形流程

如圖一所示，a 圖表示腰部圍線位于下胸圍和上臀圍之間。b 圖中，A、C 分別是前后剖面與腰部圍線的前后交點，B 點是左右剖面與圍線的交點，O 點是前后剖面與左右剖面的交點。

圖1 腰圍線變形流程

圖中OA、OB、OC 的變化量主要表示腰部圍線前面、側(cè)面及后面的變化量。參數(shù)化人體模型發(fā)生變化時，應(yīng)在人體數(shù)據(jù)庫中與目標(biāo)人體特征相近的人體模型，其差異通常較小。OC 基本無變化，在服裝當(dāng)中，從大眾到特體，AB 長度在腰圍長度中的比重不斷提高，BC 長度在整個腰圍長度中所占的比重逐漸減少，前側(cè)OA 的變化對AB 的變化量有著決定性作用，而側(cè)面OB 的變化則對BC 的變化具有決定性作用。OA 與OB 的比值等于模板人體腰圍線長度與目標(biāo)腰圍線長度的比值。將數(shù)值帶入到計算模板當(dāng)中即可得出前面、側(cè)面和后面的變量[5]。

得到OA、OB 變化量的數(shù)值后，腰圍線CB 間的變化量與位置可與O 的角度插值求出，BA 中間點的變化量及位置也可通過其與O 角度插值得出，從而得到全新的腰圍線。

（3）腰部其他圍線的變形

腰部其他圍線B 點位置的參數(shù)變量不隨高度變化而改變。根據(jù)圍線與特征圍線（腰圍線）的位置關(guān)系，得到圍線前面變量（OA）與側(cè)面變量（OB）的值，其算法如下：腰部的其他圍線B 點上的未知參數(shù)變量不會隨著高度的變化而變化，按照腰圍線與特征圍線的位置關(guān)系可獲取OA 與OB 的數(shù)值，其算法為：

計算后所得的腰圍線前、側(cè)、后面變量值，其中間點應(yīng)充分按照與中心點所形成的角度來明確具體的方位，此時便完成變形。胸點位置與臀圍的臀凸點位置變化機理基本相同。

2.4 胸部

（1）胸部變形原理

胸部區(qū)域主要在上胸圍線與下胸圍線間，在構(gòu)建參數(shù)化人體模型的過程中，在區(qū)域內(nèi)水平切割多層胸部輪廓，并將相鄰的胸部輪廓連接起來，生成參數(shù)化的胸部模型。胸圍參數(shù)數(shù)據(jù)對胸圍線的變形具有較大的影響，這對其他胸圍線實現(xiàn)也有著十分重要的作用，可以完成胸部變形。觀察胸部變化后發(fā)現(xiàn)前面變化最為明顯，從此處到側(cè)面變化量逐漸減少，胸圍線側(cè)面到后面的變化量也在逐漸減少。前面、胸點、側(cè)面及后面的變化量決定了胸圍線的變化，確定上述變化量后，其中間點可由對應(yīng)位置的差值獲得，其也反映了胸部水平維度的主要變化特征[6]。胸部其他圍線的變化可借助其他圍線的四點變化獲得。

（2）胸部算法

圖2b 圖顯示了a 當(dāng)中的剖切胸圍線點集，ABDE 均為圍線點集，F(xiàn)BDG 為圍線凸包，O1 為前后剖面與左右剖面與圍線高度的交點。DO2 與DG 垂直，O2 處于左右剖面上，EA 為前后剖面在圍線高度上的交點，G、F 為前后剖面與圍線凸包的前后交點，H則為左右剖面與圍線的交點。

圖2 胸部算法

O1A 基本無變化。假設(shè)O1E、O1H、O2D 的變量比值為0.5D12∶D02∶D12（D0 和D1 分別為模板胸圍長度及目標(biāo)胸圍長度），用迭代的方式計算出變量值。在求出O1F、O1H、O2D 的變量值后，胸圍線AB 中間點變化和位置可與O1 的角度插值計算得出。D、E 中間的點沿著O2D 的方向變化值可借助O1E 和O2D的變化插值得出。

2.5 臀部

（1）臀部變形原理

臀部主要處于上臀圍線與下臀圍線之間，在構(gòu)建參數(shù)化人體模型的過程中，將該區(qū)域的上部水平切割成多個層次的臀部輪廓，并將相鄰的臀部輪廓重新組合連接，形成臀部的參數(shù)化模型。臀部的參數(shù)影響著臀部圍線的變形，臀部圍線的變形也可引發(fā)其他臀部圍線的變形，從而完成臀部變形[7]。

仔細(xì)觀察臀部的變化不難發(fā)現(xiàn)，臀部圍線變化中后臀凸點變化最為明顯，前面、側(cè)面、臀凸點和后面對臀圍線的變化起到了決定性的作用，其中間點可借助對應(yīng)未知的插值來確定，這也成了臀部水平圍度變化的基本特點[8-9]。

（2）臀部算法，b 中的EBCD 點為臀部圍線的凸包，ABCD 為臀部圍線，O1 是左右剖面與前后剖面的焦點，而O2 是過B 點的垂線與左右剖面的交點，O2B 與O1A 平行，E 為前后剖面與凸包點的后交點，若O11A、O2B、O2C 和O1D 的變化量比值為0.5D12∶D12∶D02∶0.5D12則可以迭代法得到臀圍線變化量值，明確O1A 和O2B 的變化量后，應(yīng)確保AB 中間的點可沿z 軸移動，以z 值變化明確中間點的變化程度和變化趨勢，此時，ABCD組成全新的臀圍線。

3 結(jié)語

總而言之，三維服裝參數(shù)化造型技術(shù)在服裝造型中發(fā)揮著十分重要的作用，其有效提高了服裝造型設(shè)計的質(zhì)量和效率，上文對該技術(shù)進(jìn)行了簡要的分析，同時提出了一種新型的參數(shù)化造型模式設(shè)計。實踐表明，該方式在服裝造型設(shè)計中實現(xiàn)了較為理想的設(shè)計效果，值得在該領(lǐng)域廣泛應(yīng)用。