基于三維掃描人體女褲基本紙樣建立分析

劉宇飛，李 珩，冀艷波

（1.航宇救生裝備有限公司，湖北 襄陽441003；2.西安工程大學 服裝與藝術設計學院，陜西 西安710048）

0 引 言

在服裝生產過程中，紙樣設計師根據測量的人體尺寸數據、松量、縫制工藝及縫制過程中必要的因素，將原始的設計轉化為可用于縫制的服裝樣片.長久以來，這個過程通過3個方法獲得底樣來實現，分別為立體裁剪，直接作圖法（包含比例法）和基型法（包含原型法）.在女褲的制圖中，目前同樣采用這3種方法獲得紙樣來實現從褲子設計到縫制裁片的轉化，立體裁剪屬于立體構成范疇，而直接作圖和基型法屬于平面構成范疇.

服裝結構設計方法，國內外一直以來皆采用正向設計，隨著三維掃描技術的發展，逆向工程設計越來越廣泛地應用在工業設計領域中.三維掃描在服裝上的應用主要集中在三維人體建模和人體特征分析等方面，如黃承亮從理論和實例驗證了三維激光掃描技術在人體三維建模中的可行性［2］；李鵬飛等提出一種基于三維的Voronoi圖，并利用Delaunay三角剖分性質的Crust算法進行人體三維重建，實現人體龐大點云的三角剖分與人體復雜自由曲面的重建，并得到了360°無縫隙人體重建模型［3］；楊穎提出了服裝網絡服務及在數字化人臺方面的需求，并在此需求上構建了數字化人臺［4］；程達麗闡述了掃描人體正背面的識別、肢體的識別和劃分、關鍵測量基準點和特征點的識別、特征尺寸提取等方法，得出了服裝應用中的主要人體尺寸如頸圍、胸圍、腰圍、臀圍、肩寬、背長、臂根圍等特征尺寸［5］；溫佩芝等針對人體點云模型特征點和尺寸自動提取的難點問題，提出基于國家標準統計數據的人體關鍵尺寸提取技術［6］.逆向工程目前在服裝領域的研究主要集中在人體或服裝曲面的構建及展開方面，人體曲面作為一種非常復雜的三維曲面，通過智能化設計來實現三維人體特別是服裝曲面的自動展平，實現服裝領域的自動智能打板，是很多學者研究的熱點也是難點.馬飛分析了女性體型特征，闡述了點云處理過程和曲面構建的基本理論，用CATIA軟件對基于省道分割的曲面進行初始展平［7］；黃海嶠等對三角化后的人體模型進行C均值模糊聚類的人體曲面分割，基于最小二乘法的多邊形近似及展開，最后自動生成服裝樣版［8］.人體或服裝三維曲面展開技術，是服裝款式三維設計到服裝樣板自動生成技術問題的一部分，國外目前在緊身款式三維可視化設計到樣板的自動展開技術取得了較大的突破，如以色列的Optitex軟件可在三維人體或人模上直接進行緊身款式的三維設計并自動生產二維的服裝樣板及進行虛擬試衣，但對于具有一定松量服裝的三維款式設計到二維樣板自動生成，目前并沒有較好的解決方案.

文中針對具體的目標和服裝品類，提出了相對簡單且操作性強的一種褲裝結構設計方法.主要討論將三維人體掃描數據應用于平面制圖的褲裝的結構設計，目前褲子襠部曲線作圖中，皆為近似作圖，而不能真正準確反應出所服務對象的襠部真正曲線，如果能夠從三維掃描人體中，通過逆向工程軟件，得到人體襠部曲線，并以襠部曲線作為褲裝繪圖的依據和開始，那么對應女褲的精確制版則變得相對簡單.

1 傳統結構設計中影響因素分析

1.1 立襠

立襠是指腰圍線至橫襠線的垂直距離，在人體上，指腰圍線至恥骨聯合點之間的垂直距離［9］.褲子立襠的測量方法一般，是讓被測者坐在椅子上，用軟尺自人體腰線量至椅面.立襠尺寸是傳統褲裝結構中的重要因素，傳統的測量方法不能精確得到個體直襠數據.

1.2 后襠縫傾斜度

后襠縫傾斜度是指后襠縫上端處在腰部的劈進數值或角度［10］.對于個體而言，由于臀部突起的程度和位置不同應該有所差異，而適合于個體的后襠傾斜度的定位，傳統紙樣中也是以近似的傾斜角度來確定，不能很好地適合個體.

1.3 襠寬

結構設計中襠寬＝前襠寬＋后襠寬［11］.襠寬近似對應于人體腹臀厚度，傳統結構設計中，襠寬根據褲子的合體程度不同取值不同，這種作圖方法未從人體本身出發，不能體現真正的人體襠部曲線.

1.4 后翹

褲子的后翹是指后腰縫線在后襠縫處的抬高量.后翹的產生與后襠縫傾斜度有關.如果后襠縫不存在傾斜度，則不需要加后翹；后襠縫傾斜度越大，后翹也越大，反之則越小.褲裝結構設計時，如不加起翹，后襠縫對合后，上端會出現凹角，當困勢越大，則凹角越大［12］.只有將后腰隨勢劃順，才能消除凹角，后翹除了增加后襠線的長度外，另外的作用就是解決結構的平衡問題.

綜上所述，在褲裝結構設計中，長期以來根據固定公式算法加之版師經驗來進行褲子襠部曲線的結構設計，沒有做到真正根據人體本身的點云數據出發，以人體體型特征為依據，以逆向工程為手段，對褲裝結構關鍵部位的計算及數據選配做到科學、合理.

2 三維掃描人體數據分析

2.1 人體掃描數據處理流程

文中人體掃描數據處理的目的是得到人體襠部曲線，并以其作為結構設計的出發點，展開褲裝結構設計.數據處理流程為三維人體掃描（Vitus Smart XXL）→人體掃描數據預處理（Scanworx）→襠部曲線提取（Rapidform，imageware12）→襠部曲線完整化（Rapidform，imageware12）→襠部曲線輸出（Auto CAD）.

2.2 實驗準備

實驗對象為23歲女性，身高1.66m，體重58.4kg，凈體腰圍68cm，凈體臀圍91cm；測量條件為被測者上身著貼身內衣，下身著三角內褲，室溫18～22℃，相對濕度30%～40%.

人體三維掃描前準備工作：（1）確認人體測量著裝和發式要求，使用特制標記點在被測量者身體各部位進行標記；（2）確認人體測量的正確姿勢，認真檢查三維人體掃描儀器是否完好.

2.3 三維人體掃描數據分析處理

在ScanWorx軟件中對掃描結果進行相應處理，導出不同格式的三維立體圖像文件，如圖1所示，便于進行各項數據處理，因4個掃描端口同時進行掃描，故存在4層點云，進行點云合并.在逆向工程軟件中，在人體的矢狀面襠部位置添加輔助點，作為襠部曲線前后襠分界位置，通過輔助點，確定所需要的矢狀切面，如圖2所示，并將其提取出來，形成一個點云曲線，使截面曲線完整化，如圖3所示，然后將襠部曲線導入到Auto CAD軟件中按1∶1的比例打印或保存為.DXF文件，便于手工直接制圖或導入到服裝制版軟件中進行計算機繪圖.

圖1 三維人體標記圖像Fig.1 The mark image of 3Dbody scan

圖2 輔助點切面圖Fig.2 The section of auxiliary point

圖3 點云曲線完整化Fig.3 The integration of the points cloud curve

3 基本紙樣建立及評價

3.1 基本紙樣建立

傳統的褲裝平面結構設計繪圖的大量工作，是通過平面結構制圖方法得到人體的前后襠部曲線，即使如此，得到的也是近似的襠部曲線，由于是近似處理，往往在成品的褲裝中因襠部曲線不合理產生成品質量問題.本文褲裝的制圖，和傳統的結構設計方法不同，不需要立襠這個規格尺寸，通過對三維掃描中得到的人體數據進行處理，直接得到人體襠部曲線，褲裝的制圖以襠部曲線為基準開始進行結構制圖，后面的制圖過程較為簡單，前襠曲線由于人體腰部突出于臀圍部位，故前襠曲線以人體前襠曲線為準，后襠曲線以后臀溝臀圍線位置縱向線對稱得出后襠傾斜度，從而得到后襠曲線，如圖4所示，褲裝基本紙型的平面作圖方法以提取出的襠部曲線為設計制圖的起始點，設定新的腰頭頂距離正常腰線前中、側縫、后中皆為2.5cm，應用三維人體測量數據處理軟件得到此處凈體腰圍為71cm，腰圍處放松量為1cm，故腰圍的規格尺寸為72cm，前后腰圍分配數值相同，以四分之一腰圍進行分配；臀圍部位測得凈體臀圍為91cm，其中前臀圍為45cm，后臀圍為46cm，臀圍前后各加3cm放松量，故后臀圍為24.5cm，前臀圍為24cm，直襠尺寸由襠部曲線提取直接得到，襠部曲線的提取過程中已經設定了一定襠部的低落值，褲裝結構設計的主要尺寸皆已具備，其他無關乎結構而僅與造型有關的尺寸可自行確定.之后運用褲裝結構設計方法，進行褲裝結構制圖，這樣得到的褲裝結構設計紙樣更加合理、精確，如圖5所示，并可依此作為服務于此個體的基型紙樣，運用基型紙樣進行褲裝其他款式結構設計.

圖4 基本褲型制圖Fig.4 The drawing of basic pant pattern

圖5 個體女褲基本紙樣Fig.5 The basic pant pattern for individual female

3.2 基本紙樣評價

將女褲基本紙樣用白坯布裁成縫制樣片并縫合后，以掃描體進行穿著評測，用照相系統進行圖像疊加處理，并以30%的透明度顯示，如圖6所示，用以查看襠部以上部位和人體的貼合度及著裝后各部位的空隙量大小，結果表明褲子的襠線和人體襠線擬合良好；從正前方，側方，后方3個角度來目測樣衣，臀部、腰部貼體美觀，襠部自然，側縫挺直，被測者穿著感覺良好.

圖6 基本女褲紙樣評估Fig.6 The evaluation of the basic female pant pattern

4 結束語

女褲基本紙樣結構設計重點，在于襠部曲線的設計如何與服務人體相適合，目前的正向結構設計方法得到紙樣的襠部曲線不夠精確，文中應用三維人體掃描設備獲得人體點云數據，采用逆向設計的方法，通過逆向工程軟件，抽取出人體襠部曲線，并在此基礎上，根據女褲基本紙樣結構設計原理，構建出女褲基本紙樣，作為女褲變化款式結構設計基本型，解決了不同款式女褲襠部曲線制版精確性問題.將三維人體掃描技術和逆向工程軟件應用于女褲結構設計中，拓展了三維人體掃描及逆向工程軟件的應用范圍，提供了褲裝結構設計新方法，為服裝企業真正意義上的量身定制拓展了思路和方法.

［1］LI Chi.Engineering the fit of upper body clothing for non－standard applications［D］.Manchster：University of Manchester，2005：15－18.

［2］黃承亮.三維激光掃描技術在人體三維建模中的應用研究［J］.測繪，2013（1）：13－15.HUANG Chengliang.The application and research of 3Dscanning technology in 3Dhuman body modeling［J］.Surveying and Mapping，2013（1）：13－15.

［3］李鵬飛，侯毅星，景軍鋒.三維人體的點云獲取及點云重建［J］.西安工程大學學報，2014，28（1）：72－76.LI Pengfei，HOU Yixing，JING Junfeng.The access of point cloud and the reconstruction of the 3Dbody［J］.Journal of Xi′an Polytechnic University，2014，28（1）：72－76.

［4］楊穎.基于網絡服務的數字化人臺研究［D］.西安：西安工程大學，2013：16－22.YANG Ying.The research of digital mannequin based on the web services［D］.Xi′an：Xi′an Polytechnic University，2013：16－22.

［5］程達麗.基于點云數據的人體特征尺寸提?。跠］.北京：北京服裝學院，2012：21－25.CHENG Dali.Extracting human body feature measurement based on point cloud data［D］.Beijing：Beijing Institute of Fashion Technology，2012：21－25.

［6］溫佩芝，馬超，胡俊榕，等.基于國家標準的三維尺寸提取技術［J］.計算機工程與科學，2014，36（6）：1114－1119.WEN Peizhi，MA Chao，HU Junrong，et al.Measurement of human body′s feature dimensions based on the national standards［J］.Computer Engineering and Science，2014，36（6）：1114－1119.

［7］馬飛.基于曲面展平技術的女裝結構設計方法研究［D］.西安：西安工程大學，2014：17－21.MA Fei.The research of woman′s clothing structure design based on surface flattening technique［D］.Xi′an：Xi′an Polytechnic University，2014：17－21.

［8］黃海嶠，莫碧賢，郭綺蓮，等.從三維人體掃描生產服裝樣板［J］.紡織學報，2010，31（9）：132－136.HUANG Haiqiao，MO Bixian，GUO Qilian，et al.Garment patterns generating based on 3Dbody scanning［J］.Journal of Textile Research，2010，31（9）：132－136.

［9］王式竹.成年女性褲裝中橫檔結構設計變化規律研究［J］.天津工業大學學報，2011，30（1）：39－42.WANG Shizhu.Research on change of structural design in width of lady panties［J］.Journal of Tianjin Polytechnic University，2011，30（1）：39－42.

［10］王紅歌，朱曄，周蕙.零松量靜態貼體褲裝的結構設計研究［J］.天津紡織科技，2012，196（3）：33－35.WANG Hongge，ZHU Ye，ZHOU Hui.The research of fit－trousers structure design in zero ease with body［J］.Tianjin Textile Science ＆ Technology，2012，196（3）：33－35.

［11］吳基作，劉庚鑫.女褲結構影響因子研究［J］.天津紡織科技，2010，133（2）：44－49.WU Jizuo，LIU Gengxin.The research of impact factor with female trousers［J］.Tianjin Textile Science ＆ Technology，2010，133（2）：44－49.

［12］余國興，陳冰.女子下體與褲裝結構設計［J］.東華大學學報：自然科學版，2007，33（6）：37－42.YU Guoxing，CHEN Bing.Female lower parts and pants pattern design［J］.Journal of Donghua University：Natural Science Edition，2007，33（6）：37－42.