基于3D數字化服裝紙樣設計平臺的創新應用

張恒

摘要：通過對3D數字技術在服裝設計中應用現狀的總結、分析，提出構建基于3D數字化服裝紙樣設計平臺的創新應用模式，旨在為服裝產品設計與研發在技術應用環節提出一種新的設計思維方式和工作模式。

關鍵詞：3D數字技術；服裝CAD；服裝紙樣；創新應用模式

中圖分類號：TS941.2 文獻標志碼：B

Innovative Applications of 3D Digital Garment Pattern Designing Platform

Abstract： Based on summarizing and analyzing the current applications of 3D digital technology in garment design， the paper proposed the innovative application mode of building 3D digital garment pattern designing platform， aimed at offering a new way of thinking and a working mode for the application of new technologies in garment designing and R&D.

Key words： 3D digital technology； garment CAD； pattern； innovative application mode

當前，服裝數字化技術已經成熟，并廣泛應用到服裝企業從產品設計研發到生產等諸多環節，尤其是服裝CAD紙樣設計系統已經得到相當普遍的應用，成為現代服裝樣板設計師從事服裝紙樣設計工作必備的“工具”系統。

1 3D數字技術在服裝設計中的應用現狀

在國際制造業領域，產品的創新設計與制造技術已經由傳統的勞動力技術向數字化、智能化方向發展。無論是新興行業還是傳統制造行業，在新產品研發、新制造工藝技術等方面已經不滿足于二維數字技術為其帶來的技術優勢，更多的3D數字技術已經融入其中，舊有的創造思維模式被打破，傳統的技術手段被顛覆，3D模型構建、3D數字成像、3D打印等已經成為推動產品創新力提升和行業發展的新動力。國外的統計材料表明，應用三維CAD設計技術可降低13% ～ 30%的工程設計成本，產品設計到投產時間可減少30% ～ 60%，大大提高產品質量，產品作業生產率提高40% ～ 70%，將投入設備的生產率提高 2 ～ 3 倍，減少加工過程，人工成本降低5% ～ 20%。從以上統計數據可以顯見3D數字技術為相關行業所帶來的價值，但由于其它行業如機械、電子等產品3D數字技術應用的設計原理和算法都是針對以剛性材料為描述對象的，并不適用以柔性織物為描述對象的服裝，其建模方法和實現手段均無法直接移植到服裝3D數字系統的研發中來，因此，3D數字技術在服裝行業的發展與應用要相對滯后。

當前，國內外雖然與服裝相關的3D數字技術如三維人體測量、三維人體建模、三維服裝虛擬等方面已有相對成熟的應用技術，但在國內服裝行業的應用還處于起步階段，更多的國內服裝企業依然處于二維數字技術應用階段。3D數字技術在服裝行業的應用不及其他行業的原因，除成本因素之外，更多的制約因素還有：（1）多數服裝企業對3D數字技術的應用價值缺少認識，行業從業者對3D數字技術認知程度不高；（2）服裝3D數字技術應用沒有形成系統的工作平臺；（3）在應用3D數字技術方面沒有形成完整的應用模式體系。

產品研發設計的數字化是數字技術革命的核心，其重點在于數字技術在產品研發設計中的應用，服裝數字技術應用亦如此。對國內服裝企業而言，目前3D數字技術的應用僅局限于人體測量和虛擬試衣等方面，在服裝紙樣設計方面，其作為服裝產品設計研發的核心技術環節，目前尚缺乏系統性的應用。如何在服裝紙樣設計方面發揮3D數字技術優勢，重點在于將以3D數字技術為核心的服裝數字技術進行有效的、系統性的整合，構建以3D數字技術為核心的服裝紙樣數字化設計平臺，并以此為基礎創新服裝紙樣設計的工作模式。

2 以3D數字技術為核心的服裝紙樣設計平臺

3D數字化服裝紙樣設計平臺是在已經成熟應用的二維數字技術平臺基礎上，以3D數字技術為核心，構建全新的數字化服裝紙樣設計工作平臺，其系統構成包括三維人體測量系統、三維人體建模系統、三維服裝CAD系統、三維虛擬試衣系統、二維服裝CAD系統等。

2.1 三維人體測量系統

數字化三維人體測量是實現服裝數字化設計的前提和基礎，其主要技術形式有接觸式和非接觸式兩種。接觸式測量主要以靜態人臺為被測對象，因其曲面曲率較大處的測量間隔密，型值點多，曲面較平坦處的測量間隔疏，型值點少，所以并不適用于人體測量。

目前，服裝用三維人體測量系統主要為非接觸式測量形式，非接觸式三維人體掃描系統以現代光學為基礎，應用白光、激光、紅外線等光敏捕捉設備獲取三維人體數據信息，其以有高效、快速、準確、精度高等特點，成為服裝行業應用比較廣泛的三維人體測量系統。服裝三維人體掃描儀主要技術參數比較如表 1 所示。

2.2 三維人體建模系統

數字人體模型的構建是實現動、靜態3D數字化服裝設計的主體，尤其是個性化的服裝設計要有與之相對應的形象化人體模型。目前通行的數字建模有 3 種方式：幾何建模、三維掃描建模和三維軟件建模。幾何建模是以幾何信息和拓樸信息來反應具體三維人體結構數據的，并依據人體結構針對每個結構特征定義相應的造型特征，分別采用不同的數據結構和造型方法，幾何建模技術是服裝3D數字技術應用系統中人體模型構建的重要技術手段；三維掃描建模是借助三維人體掃描儀獲取人體數據信息，為構建標準化、系列化人體號型數據庫提供技術數據支持，是構建個性化人體模型的重要技術手段；三維軟件建模是借助非服裝專用的第三方應用軟件技術完成三維人體模型構建的一種方法，通用的軟件有MAYA、3D MAX等，利用三維軟件建模是個性化三維虛擬服裝動、靜態展示的主要技術手段。

2.3 三維服裝CAD系統

三維服裝CAD系統是3D數字服裝紙樣設計平臺的核心。三維服裝與二維紙樣的互為轉換一直是3D數字化服裝設計的關注焦點和熱點研究領域。目前三維服裝CAD系統的研究與應用有兩種發展模式：（1）二維紙樣轉三維服裝技術，應用于數字化服裝虛擬表現；（2）三維服裝轉二維紙樣技術，應用于數字化服裝紙樣自動生成。

2.3.1 二維紙樣轉三維服裝技術應用

二維紙樣轉三維服裝技術，即3D虛擬試衣系統，是目前國外比較成熟的3D數字化服裝應用技術，如美國Optitex、法國Lectea-ModersV7.0、韓國COL3D、日本AGMS 3D等。國內東華大學、北京服裝學院、浙江大學CAD&CG國家重點實驗室、杭州愛科公司等也有相關應用技術研究，但尚處于研究階段。3D虛擬試衣系統的技術關鍵在于服裝面料織物的仿真表現及織物與人體間碰撞處理，面料織物的數字化仿真處理主要采用物理法，物理法側重于組成面料各質點間的物理關系，采用動力學理論建立微分方程組來表示質點的動態運動規律，得到比較逼真的織物仿真模型；碰撞處理是虛擬試衣過程中的重要問題，主要包括碰撞的檢測和碰撞發生后衣服的正確響應。3D虛擬試衣有動、靜態兩種服裝模擬展示形式，三維虛擬服裝展示都是以DXF格式二維服裝紙樣為基礎，在三維人體模型上進行自動縫合及面料織物風格化設定，然后通過碰撞檢測和碰撞響應技術處理模擬完成服裝在人體上的最終穿著效果，并可依據穿著效果對二維服裝紙樣做同步調整。Marvelous Designer系統二維紙樣轉三維服裝技術應用如圖 1 所示。

2.3.2 三維服裝轉二維紙樣技術應用

三維服裝轉二維紙樣是利用幾何展開法、網格平面法、物理模型法等方法將服裝三維模型直接轉換生成為二維紙樣。此技術是近年服裝數字化應用研究的熱點，3D-LookStailorX是目前技術比較成熟的三維服裝轉二維紙樣應用系統。3D-LookStailorX系統以openGL為圖形引擎，以VisualC++.NET為程序開發平臺搭建，由Mannequin模塊、Garment模塊和Pattern模塊等 3個基本模塊組成。3D-LookStailorX為客戶提供了一個全新的、更加直觀的、并兼具三維與二維可操作視窗的工作平臺，且各模塊窗口均具有獨立的交互操作界面與文檔視圖結構，并可實現模塊數據互傳與共享。其特點在于突破了傳統服裝紙樣設計先2D服裝紙樣再到3D服裝的工作模式，可直接將3D服裝轉換為2D服裝紙樣。3D-LookStailorX系統服裝三維模型轉二維紙樣如圖 2 所示。

2.4 二維服裝CAD系統

作為3D服裝紙樣設計平臺的重要組成部分，二維服裝CAD系統是服裝行業應用最為廣泛、技術最為成熟的服裝數字化應用系統，在服裝紙樣設計方面為現代服裝企業普遍使用，系統版本較多，如PGM、ET2000、富怡、智尊寶紡等。

3 基于3D數字服裝紙樣設計平臺的創新應用模式構建

服裝設計有別于其它產品設計的根本在于其直接服務于人體本身，服裝的結構關系與人體有著緊密的聯系。從款式設計到服裝成衣是一個三維的服裝設計構思 → 三維人體數據解析 → 二維分解紙樣 → 三維服裝成衣的過程，決定服裝成衣效果的技術關鍵是二維紙樣能否滿足人體舒適度及符合款式風格要求。二維技術平臺的紙樣設計要通過實物成衣完成紙樣驗證，并依據驗證結果進行修改、調整，這是一個繁復的過程。將3D數字技術引入服裝紙樣設計，就是要將二維紙樣解析設計過程以三維立體可視的形式進行，且紙樣修改調整的過程實現二維紙樣與三維服裝轉換過程的實時可調、可控。因此，基于3D數字服裝紙樣設計平臺的創新應用可以為服裝紙樣設計提供新的設計思路，擺脫二維技術平臺繁復的工作模式。基于3D數字服裝紙樣設計平臺應用模式架構及工作模式流程如圖 3 所示。

4 結語

服裝產品設計具有藝術和技術的雙重設計屬性，服裝的藝術性通過外在的視覺感官形式表現，而技術性設計才是如何實現和支撐服裝藝術性表現的核心關鍵。3D數字技術在服裝設計中的廣泛應用必將是推動未來服裝行業產品設計與研發的核心技術動力。本文基于現階段成熟的服裝2D、3D數字技術，構建以3D數字技術為核心的服裝紙樣設計平臺，并創新服裝紙樣設計工作模式，旨在為服裝產品設計與研發在技術應用環節提出一種新的設計思維方式和工作模式。

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