基于3D掃描技術的褲結構虛擬設計與2D紙樣轉換

韋歡蕓+周莉

摘要：文章通過對著褲裝的3D掃描實驗，提取關鍵部位褲結構線條進行虛擬設計，形成一個可以根據(jù)設計意圖隨意調整尺寸的虛擬模型。并結合逆向工程轉換為2D紙樣，為解決服裝設計與樣板轉換平臺研究提供一個新的思路。

關鍵詞： 三維掃描；虛擬模型；逆向工程；2D紙樣

中圖分類號：TS941.26 文獻標志碼：A

Virtual Design of Trousers Pattern Based on 3D Scanning Technology and Related 2D Templates

Abstract： In this paper， based on a set of experiments on three-dimensional scanning of a dressed mannequin and by extracting key parts curves， a virtual trousers model whose size can be adjusted according to design was developed； and by using reverse engineering techniques， related 2D templates were obtained， offering an innovative solution to the study on the conversion between design and templates.

Key words： 3D scanning； virtual mannequin； reverse engineering； 2D template

三維掃描對人體數(shù)據(jù)的采集和分析，其最大的優(yōu)勢表現(xiàn)在對一些很難人工采寸部位的形態(tài)和尺寸精確度上的數(shù)據(jù)提取。通過對著褲裝的三維掃描，提取關鍵部位曲線進行虛擬建模，結合逆向技術解決設計與樣板轉換的新思路，是服裝技術革新、提高生產(chǎn)效率的趨勢；也是市場企業(yè)進行在線預售，實現(xiàn)零庫存經(jīng)營的新營銷模式。

1 研究思路和方法

1.1 虛擬設計

虛擬設計是由多學科、先進知識形成的綜合系統(tǒng)技術。其本質是以計算機支持的仿真技術為前提，在產(chǎn)品設計階段，實時地、并行地模擬出產(chǎn)品開發(fā)全過程及其對產(chǎn)品設計的影響，預測產(chǎn)品性能、產(chǎn)品制造成本、產(chǎn)品的可制造性、產(chǎn)品的可維護性和可拆卸性等，從而提高產(chǎn)品設計的一次成功率，以達到產(chǎn)品的開發(fā)周期及成本的最小化、產(chǎn)品設計質量最優(yōu)化、生產(chǎn)效率的最高化。

1.2 實驗條件

1.2.1 非接觸式三維人體掃描系統(tǒng)

非接觸式三維人體測量技術，通過應用光敏設備捕捉投射到人體表面的光（激光、白光及紅外線）在人體上形成的圖像，描述人體三維特征。三維非接觸式掃描系統(tǒng)具有掃描時間短、精確度高、測量部位多等多種優(yōu)于傳統(tǒng)測量技術和工具的特點。

1.2.2 逆向工程技術

逆向工程（Reverse Engineering， RE）是一種產(chǎn)品設計技術再現(xiàn)過程，即對一項目標產(chǎn)品進行逆向分析及研究，從而演繹并得出該產(chǎn)品的處理流程、組織結構、功能特性及技術規(guī)格等設計要素，以制作出功能相近，但又不完全一樣的產(chǎn)品。簡而言之，就是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品模型，反向推出產(chǎn)品設計數(shù)據(jù)（包括設計圖紙或數(shù)字模型）的過程。

1.2.3 DCTT 三維設計生成二維平面樣版

DCTT（Design Concept Tech Tex）是法國Lectra專為工業(yè)面料市場所設計的、可從三維模型設計制作開發(fā)樣版的解決方案。采用DCTT只需在三維模型上畫出樣版邊界線（縫合線）再將之自動展開為二維樣版形狀即可用于樣品制作，同時可測量樣版變形程度、松緊度、周長及面積以供可行性研究及成本計算評估，修改樣版或形狀以使成品盡可能接近產(chǎn)品技術規(guī)格要求。

1.3 工作流程

整個褲結構研究工作流程包含 4 個部分：三維掃描階段得到點云數(shù)據(jù)圖，逆向工程階段完成對原始數(shù)據(jù)的提取和處理，數(shù)據(jù)建模階段生成CAD軟件可讀取的模型格式，虛擬設計階段完成從3D到2D的轉換過程。

2 褲結構虛擬設計實驗

2.1 實驗流程（圖 2）

本次實驗中，選取的人體模型為女性160/84A體型。掃描所得的點云數(shù)據(jù)圖，通過匹配的數(shù)據(jù)處理軟件進行數(shù)據(jù)采集和切面曲線提取，建立人體與服裝的曲線參數(shù)關系，生成著裝模型；以此為基礎，進行尺寸調節(jié)和款型虛擬設計，最終拓展成2D紙樣。

2.2 設計類型（圖 3）

在基礎褲結構模型的基礎上，通過改變B樣條曲線的曲率參數(shù)，可以調整褲子合體度；通過改變B樣條曲線縱向數(shù)值，可以調整褲子的長短；通過改變B樣條曲線的橫向數(shù)值，可以調整褲子外廓形。

當然，細節(jié)、色彩、圖案和結構線是在這 3 個方面的基礎下進行局部細化，就可以得到變化豐富的3D褲結構虛擬設計模型，經(jīng)過DCTT的處理，就可以生成2D樣版，大大縮短產(chǎn)品設計周期和制作成本。

2.3 技術改進

（1）在進行三維掃描時，褲襠下部的形態(tài)不夠完整，需要經(jīng)驗進行填充。

（2）褲結構曲線的擬合精度還需加大，本實驗中的褲結構模型在虛擬設計過程中的變化范圍還需擴展，才能滿足豐富的設計變化。

（3）DCTT著裝模型生成過程中，對于服裝是一個極其理想的靜止狀態(tài)進行，缺乏對動態(tài)模型的評價歸納及模型影響因子的分析。

（4）利用本實驗進行在線虛擬預售，還需要3D設計軟件如Maya進行材質的優(yōu)化，才能有真實的外觀和視覺體驗。

3 結論

服裝是技術與藝術的完美結合，科技帶來藝術形式百花齊發(fā)和生產(chǎn)效率的大幅提升不容忽視。3D虛擬設計不但可以實現(xiàn)現(xiàn)有結構的再現(xiàn)，更是現(xiàn)階段難以預料和實現(xiàn)的形態(tài)最先進的表達方式，我們期望在不久的將來，人們能在N維空間全方位地認識自己、解構服裝，真正實現(xiàn)快時尚。同時，結合3D設計軟件進行服裝模型的表面渲染，使在線顯示更加逼真，是電商預售新模式、實現(xiàn)零庫存的有利手段。

參考文獻

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