服裝數字技術的發展與現狀

李曉喆 程哲

摘 要：服裝業作為全球重要支柱產業之一，引入新科學技術已成為必然趨勢。早期的二維服裝設計技術促進了服裝產業的高效發展，同時也將計算機應用帶入了新的領域。如今三維服裝設計技術的發展，逐漸提高了服裝業的科技水平與市場競爭能力，且發揮了顯著的作用。

關鍵詞：服裝數字化；CAD；虛擬服裝設計；三維人體掃描；3D打印

中圖分類號： TS941.26 文獻標識碼：A 文章編號：1674-2346（2016）04-0030-04

傳統的二維服裝CAD已相當成熟，早已在企業生產、高校教學中廣泛使用。而三維服裝技術大部分功能目前仍沒有較好的實現商業化，部分軟件系統還處于開發試驗階段，其關鍵問題就在于三維人體模型構造及仿真技術問題。[1]

1 二維服裝設計系統

服裝CAD（Computer Aided Design）最早出現于上世紀60年代。早在1963年Ivan Sutherland發表了名為《畫板》的博士論文，這是有史以來第一個交互式繪圖系統，它標志著計算機圖形學的正式誕生。[2]此后隨著計算機圖形學、計算機圖像學的應用，人們后來在此基礎上相繼開發了CAD和CAM；在1972年，美國研制出了MARCON系統；隨后，美國格柏公司研制出一系列服裝CAD產品，并推向國際市場，使服裝CAD技術得以迅速推廣。在此影響下，一些發達國家相繼推出了自己的服裝CAD系統，如：美國格柏（Gerber）、法國力克（Lectra）、西班因維斯特（Investronic）、德國艾斯特（Assyst）、瑞士Alexjs、日本東麗（TORAY）、加拿大派特（Pad）、日本YUKA、以色列Optitex。到了80年代，我國的服裝業才開始試著引進使用國外先進技術和設備，但大部分企業至今仍然以手工平面設計為主。目前較為成熟的國產服裝二維設計系統有深圳ET、北京日升天辰、深圳富怡、上海德卡、浙江愛科、上海PGM、臺灣度卡軟件、北京智尊寶紡、北京航天等。當今，服裝CAD系統都已經日漸成熟，大部分軟件都可實現紙樣設計、款式設計、放碼、排料等基本的功能。

1.2 服裝CAD的技術展望

隨著互聯網科技的發展，服裝設計電子商務領域的普及，消費者購買產品手段多元化以及需求品質的提升，使得服裝二維系統不能滿足現狀，隨之而生的三維服裝系統則能提供許多技術支持。[3]例如，美國CDI公司的時裝設計功能，加拿大PAD的樣板設計與管理功能，以色列Browzwear公司的Lotta 3D設計軟件，德國的Vidya等。目前，國內外三維服裝CAD系統的研究開發尚處于探索實驗階段，[5]在實際應用中還存在多種問題，需要時間來驗證與解決。對于現有三維服裝CAD技術的發展，大致可以有以下幾個方向：1）立體化：迄今為止，高校及企業所采用的服裝CAD都是以二維平面設計為基礎的軟件，只能適用于對于服裝的平面圖形設計。但隨著科技、社會經濟的發展，人們開始對服裝的舒適性、功能性有著不斷的提升，實體試衣評價模式會加大企業研發生產成本，而且效率較低，這樣就促使了三維技術的發展應用需求。2）智能化：目前服裝CAD系統還只被稱作輔助設計系統，是由于其設計方式仍由設計師思想為主導，借助CAD系統進行單一的制圖。所以，加大服裝智能化的發展，就是使服裝CAD系統能夠更主動更智能地自動生成紙樣、自動排料，且具有學習、應用專家的經驗和知識的能力。[4]3）多元化：隨著計算機集成制造ClMS（Computer Integrated Manufacturing System）概念的提出，服裝CAD技術將使設計、生產走向全面自動化和現代化的方向。[5]例如計算機輔助制造（CAM）、計算機輔助工藝規程設計（CAPP）、綜合管理系統（MIS）等都將得到迅速的發展。

2 三維人體測量與模擬技術

服裝設計是以人為本的三維設計過程，平面的服裝設計無法表達服裝的三維形態，無法滿足服裝設計本質的需要。在服裝設計的開始與結束，都離不開人體的數據，人體測量是服裝設計和生產中重要的基礎性工作。[6]利用不同技術手段的三維人體測量設備，首先可以提高測量的精度，其次能獲取龐大的尺寸數據，而且能隨時取出人體表面每個部位的數據。因此，結合三維人體測量技術，將數據應用于設計之前，以準確的表達各個部位的變量，使得服裝更符合于人體，以及在設計結束后對于服裝舒適性的檢驗——虛擬試衣，都是目前的三維服裝技術發展的目的。[7]當今三維服裝系統的研制在三維人體的測量和繪制技術、二維圖形轉三維之間的技術、三維虛擬仿真技術等方面還存在著一些問題。

2.1 三維人體測量

早期的手工人體測量方法，是利用測量工具與人體直接接觸測量。但是這種傳統的測量方法效率低下，測量精度低，測量數據不豐富，不能隨時調取所需要部位的數據。因此三維人體掃描測量技術能填補這一不足，目前的三維測量手段有：1）立體攝影法：運用一組攝影機，在不同角度同時對人體攝影，人體依據背景參考物（比例尺）定點站立，通過攝影后的照片來計算人體各部位尺寸，這種方法符合人的視覺特點，但對于視覺上被遮擋的部位測量較難，精度也不高。2）激光測量法：用單個或多個紅外激光儀對站立在測量暗室內的被測者進行由上至下的水平掃描，從而測得人體表面的全部數據，如德國VitusSmart XXL。3）莫爾條紋測量法：利用平行光照射光柵，將光柵成像在被測物體上形成變形光柵，變形光柵便攜帶了物體的形貌信息，再用透鏡對變形光柵成像，在變形光柵像的位置放置參考光柵，在參考光柵表面可以看到莫爾條紋。[8]4）白光分層輪廓測量法[9]：利用單個或多個白色光源由上至下向人體表面投射，當遇到人體表面后令投射的光柵變形，產生的圖像將可以表示物體表面的輪廓，[10]其缺點是對于反射效果較差的表面測量不準。如美國[TC2]，法國Telmat。

2.2 三維人體建模

三維人體及服裝建模始終是計算機圖形學和服裝CAD領域的熱點和難點。[11]長期以來，針對該領域的研究主要形成了以下幾種建模方法：采用點構造三維模型；采用網格小平面法構造三維模型，基于物理方式進行三維建模。由于服裝是一種柔性體，其形態既受款式造型的影響，又受到面料性態的影響，[12]這些方法在運算速度、模型可控性和模型光滑性等方面各有所長，但也各有局限性。[13]例如，一套三維人體測量、二維設計、三維試衣系統：利用三維人體掃描儀Vitus Smart XXL掃描，隨后通過模型數據分析軟件AnthroScan導出人體數據與模型，結合Assyst制圖系統（圖1a），設計服裝二維平面圖，隨后導入Vidya三維試衣軟件（圖1b），進行虛擬試衣，可以通過模型試穿直觀的發現結構樣板問題所在，以及調整服裝設計外觀（面料種類、色彩等）。同樣，也可以用數學軟件Matlab編程得到服裝二維平面圖的自動生成系統。

3 3D打印服裝設計

3D打印技術是由麻省理工學院Sachs等人首先提出的，是一種將構建材質分解后，由微噴射噴嘴噴出，按設定的路徑逐層堆成形的技術。[14]從2010年荷蘭伊里斯·凡·赫本Iris Van Herpen首度發表3D打印服裝之后，目前在服飾的設計中的是一種發展潮流，經過幾年的飛速發展，3D打印技術在服飾設計中的應用日漸成熟。2014年，美國Nervous System工作室設計的“柔性”連衣裙，將3D打印技術與折紙工藝結合起來，將大小各異的塊狀化的打印碎片，通過鉸鏈設計連結起來，使得由硬塑料材質打印的連衣裙能在穿著后像軟織物懸垂、晃動（圖2a）；2017春夏紐約時裝周中，美國的Three As Four團隊展示了他們設計作品——“Oscillation”（圖2b），它由早期的硬性材質改變為柔性，并且改進了單一的材質顏色為漸變色。3D打印技術相比于傳統的服裝設計有著一定的優勢：設計方面個性化、沒有局限；工藝上一次成型；制作上采用增法原則、沒有廢料產生。不足在于設備普及型與原材料的問題。

4 總結

服裝設計的數字化能降低企業的設計成本，提高開發效率，并且能夠精確的解決服裝的合體性、舒適性等問題，實現虛擬試衣、量身定制效果。至今服裝數字化設計系統的開發還沒有完全成熟，大部分功能沒有實現較好的智能化，以至于不能完全實現商業化。如軟件系統中的各個步驟間自動性、連貫性不強，操作復雜；二維與三維技術系統之間的結合與相互轉化使用中，也存在著根本問題；各個生產商使用的不同開發系統的不兼容性、知識產權保護等問題，在目前也較難解決。因此，首先要解決軟件開發階段的種種問題，降低使用難度，提高智能型、兼容性，從而才能更好的將服裝數字技術普及，從而提高設計生產效率，降低創建與產品開發過程的成本，這也是服裝數字化技術發展的主要目標。

參考文獻

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