基于AutoCAD參數化的個性化服裝紙樣生成

葉勤文， 張皋鵬

(四川大學 輕紡與食品學院， 四川 成都 610065)

隨著人們生活水平的提高，個性化服裝定制越來越成為一種流行趨勢，然而個性化服裝定制過程中服裝樣版的生成對樣版師的依賴性較大，且效率和精度較低，因此，如何實現服裝紙樣快速生成是個性化定制的關鍵[1-2]。雖然服裝CAD在一定程度上提高了服裝制版效率，但對于樣版的修改和調整以及個性化紙樣生成仍然不夠智能，因此，提出了參數化制版的概念。參數化制版即通過定義服裝紙樣中各幾何對象間的幾何關系和尺寸關系，通過尺寸驅動完成服裝紙樣的快速修改，從而生成個性化服裝紙樣[3-4]。常規的手工制圖以及CAD制圖每次只針對單一的尺寸規格，對于不同的尺寸需要通過推檔才能獲得服裝結構圖，而參數化服裝制版可針對任何尺寸進行制圖，不需要推檔等作業，因此，可極大地提高服裝制版人員的工作效率[5-6]。

AutoCAD參數化制圖是通過幾何約束來約束圖形對象之間的幾何關系，通過標注約束來約束圖形對象之間的尺寸關系，然后通過定義參數和函數表達式使幾何對象間產生尺寸關聯，當修改參數和函數表達式時，可驅動原圖形生成新圖形[7]。由于AutoCAD參數化只能約束直線和圓弧，因此，本文研究了雙圓弧擬合服裝樣版輪廓曲線、AutoCAD參數化以及雙圓弧參數化約束，在此基礎上建立新文化女裝衣身原型參數化樣版，通過修改參數實現個性化服裝紙樣的快速生成[8-10]。

1 AutoCAD參數化

AutoCAD自2010版以來便提供了參數化繪圖的新功能，參數化工具欄如圖1(a)所示。參數化繪圖的新功能中有2種約束類型，即幾何約束和尺寸約束。此外，AutoCAD還提供了推斷約束和自動約束，以幫助用戶在圖形設計中自動創建約束[11-12]。

圖1 AutoCAD參數化功能Fig.1 AutoCAD parameterization.(a) Parametric toolbar; (b) Geometric constraints toolbar; (c) Dimensional constraints toolbar

幾何約束用于定義圖形各對象間的幾何關系。用戶可通過幾何約束確保圖形對象間的準確位置關系。幾何約束類型包括：重合、垂直、平行、相切、水平、豎直、共線、同心、平滑、對稱、相等和固定，其工具欄如圖1(b)所示。 當幾何對象應用了某種幾何約束時，在幾何對象旁邊就會出現相應的幾何約束圖標。

標注約束用于約束距離、角度、半徑和直徑，標注約束工具欄如圖1(c)所示。標注約束可鎖定對象并保持對象的固定尺寸，通過修改參數和表達式來更改約束對象的尺寸。在應用標注約束時，系統將自動創建標注約束參數并記錄在參數化管理器中，用戶可自定義標注約束參數的名稱和修改參數表達式。

自動約束可對多個對象同時進行幾何約束設置，自動約束是計算機根據用戶所繪制圖形本身的幾何關系自行判斷各幾何對象間的位置關系，從而設置各對象間的幾何關系。

推斷約束可在繪圖過程中為圖形對象自動添加約束，打開推斷約束模式后，系統將在創建和編輯幾何對象時自動使用幾何約束。通過約束設置欄設置約束信息，僅當對象滿足約束條件時，約束才會應用于對象，約束設置欄如圖2所示。

圖2 約束設置欄Fig.2 Constraint settings

參數管理器如圖3所示。顯示了約束對象的所有標注約束參數、參照參數和用戶參數，并且這些參數可被編輯、重命名和編組。標注約束參數是指圖形中所有的標注約束的參數；參照參數是一種從動標注約束(動態或注釋性)，它并不控制關聯的幾何圖形，但會將類似的測量報告給標注對象；用戶參數是指用戶自定義的參數，可用來定義關鍵參數(比如制作服裝樣版的關鍵尺寸胸圍、腰圍和臀圍等)[13]。在應用標注約束時，標注約束參數可引用用戶參數和每個標注約束參數，從而建立數學表達式，使圖形中的各幾何對象之間產生尺寸關聯。另外，用戶也可通過引用用戶參數和每個標注約束參數從而創建新的用戶參數，以備其他標注約束參數再次引用。

圖3 參數管理器Fig.3 Parameters manager

AutoCAD中的參數化設計主要用于為圖形添加幾何約束和標注約束。通過定義參數和建立函數表達式，使各對象之間產生關聯約束。用戶可利用幾何約束和標注約束強制執行各種設計和修改，通過修改參數和函數表達式驅動原始圖形自動生成新圖形。

2 服裝曲線擬合

2.1 服裝曲線

從幾何學角度來看，服裝樣版可被視為一組幾何元素，例如點、直線和曲線，服裝樣版曲線如圖4所示。服裝樣版中的輪廓曲線主要包括前領窩弧線等C曲線和袖山弧線等S曲線，由于S曲線可分為2段C曲線，因此，本文將服裝樣版輪廓曲線統一為C曲線。

圖4 服裝樣版曲線Fig.4 Apparel pattern curves. (a) C-curve;(b) S-curve

在服裝樣版制作中，有2種繪制服裝樣版曲線的方法：紙上手工繪圖和專業計算機服裝輔助設計(CGAD)。在紙上繪制服裝樣版曲線時，主要使用曲線板和其他工具根據經驗和美學來平滑曲線。在CGAD中繪制服裝樣版時，通過CGAD中提供的曲線繪制工具繪制輪廓曲線，例如樣條曲線或圓弧。由于AutoCAD參數化只能對直線和圓弧進行約束和驅動，因此，首先利用雙圓弧擬合服裝樣版中的輪廓曲線，然后通過幾何約束和標注約束構建參數化雙圓弧約束模型，最后基于參數化雙圓弧約束模型建立參數化服裝樣版。對于特定的人體尺寸，通過修改參數或函數表達式，原樣版可自動且快速地生成新的個性化服裝樣版。

2.2 雙圓弧擬合曲線原理

圖5為雙圓弧示意圖。在平面給定A、B端點以及切線OA、OB，以A、B為端點作2段圓弧且與OA、OB相切(本文討論情況排除OA=OB，否則可用一段圓弧模擬曲線)，這樣構成的曲線在工程應用中稱為雙圓弧曲線[14-15]。此處取OA>OB，由幾何關系可得，雙圓弧公切點的軌跡是一段圓弧。雙圓弧公切點軌跡如圖5(a)所示，在OA上取點C，使OC=OB，再以A、B和C這3點畫一段弧，則雙圓弧公切點的軌跡在弧ACB上，且在弧BC之間。在弧BC上任取一點，與點B和點A相連的直線作為弦長，OB和OA作為切線，即可繪制雙圓弧，例如在弧BC上取點P和點T，皆可繪制雙圓弧。取點P作為公切點，連接PA和PB，以PA和PB作為弦長，OB和OA為切線，即可作雙圓弧如圖5(b)所示。

圖5 雙圓弧示意圖Fig.5 Sketch of double arc.(a) Double arc common tangent point trajectory; (b) Double arc

2.3 雙圓弧畫法

雙圓弧畫法示意圖如圖6所示。由幾何知識可得，三角形的內心P在雙圓弧公切點的軌跡上，因此，本文選內心P作為雙圓弧公切點，通過A、P、B這3點繪制雙圓弧。由于三角形任意2條角平分線的交點即為內心，因此，在AutoCAD中，通過構造線繪制△AOB的任意2條角平分線從而確定出三角形的內心P，然后通過多段線即可繪制雙圓弧。

圖6 雙圓弧畫法示意圖Fig.6 Sketch of double arc drawing method.(a) Double arc common tangent point P; (b) Double arc

2.4 雙圓弧半徑弧長計算

在服裝結構制圖中，時常會定量計算弧線長度, 比如袖窿弧線、領窩弧線等，因此，本節給出雙圓弧擬合曲線的半徑和弧長計算方法[16]。在服裝輪廓線中，雙圓弧的兩切線夾角基本上分為直角和鈍角，因此，本文只討論兩切線夾角為直角和鈍角的2種情況。雙圓弧半徑及弧長計算模型圖如圖7所示。已知OA=y，OB=x，且y>x，∠OBA=α，∠OAB=β。當∠AOB為鈍角時，由幾何關系可得雙圓弧的2個半徑：

圖7 雙圓弧半徑及弧長計算模型圖Fig.7 Calculation model of double arc radius and length. (a)∠AOB is an obtuse angle; (b) ∠AOB is a right angle

當∠AOB為直角時，由幾何關系可得雙圓弧的2個半徑：

又α+β=90°，則有：

3 參數化雙圓弧約束方法

以新文化女裝原型前領窩弧線為例，在參數化制圖中，當胸圍等主要尺寸數據發生改變時，領圍、前領寬和前領深也會隨之改變，因此，可先通過雙圓弧擬合前領窩弧線，再通過AutoCAD的參數化功能約束雙圓弧，當胸圍尺寸發生改變時，前領窩弧線也會發生相應的改變。本節主要討論參數化雙圓弧具體約束方法。

3.1 角度約束法

由幾何關系可得，三角形中3條角平分線的交點即為三角形的內心。角度約束法原理圖如圖8(a)所示。OP、AP和BP為三角形的3條角平分線，P點為三角形的內心，通過A、P和B這3點可繪制雙圓弧，通過標注約束來約束∠AOP、∠BOP、∠OAP和∠OBP中任意一角從而約束雙圓弧。角度約束法幾何約束圖如圖8(b)所示。通過幾何約束來約束各對象間的幾何關系，再通過標注約束來約束前領寬OB、前領深OA和∠BOP從而約束雙圓弧。角度約束法數據如表1所示。當修改用戶參數B時，前領寬OB和前領深OA都會發生相應的改變，從而達到驅動前領窩弧線的目的。

圖8 角度約束法示意圖Fig.8 Sketch of angle constraint. (a)Angle constraint principle; (b) Sketch of geometric constraints

項目名稱表達式數值類型標注約束參數∠BOP45°45°角度前領深前領寬+574 mm豎直前領寬B/24+3469 mm水平用戶參數B840840 mm實時

注：∠BOP為圖8(a)中所示角度；B為胸圍，單位為mm，下同。

3.2 半徑約束法

通過幾何約束來約束直線及弧線的幾何關系，通過標注約束來約束前領寬、前領深，最后通過標注約束約束雙圓弧的2個半徑R、r，從而約束雙圓弧，雙圓弧半徑如圖9(a)所示，由2.4節可知雙圓弧半徑計算方法。半徑約束法幾何約束圖如圖9(b)所示，通過幾何約束來約束直線和弧線的幾何關系，再通過標注約束來約束前領寬OB、前領深OA以及雙圓弧的半徑R、r，從而約束雙圓弧，半徑約束法數據如表2所示。

圖9 半徑約束法示意圖Fig.9 Sketch of radius constraint.(a) Double arc radius; (b) Sketch of geometric constraints

項目名稱表達式數值類型標注約束參數前領寬B/24+3469 mm水平前領深半徑R前領寬+5半徑大74 mm77.85 mm豎直半徑半徑r半徑小65.75 mm半徑用戶參數αarctan(前領深/前領寬)47.00°實時半徑大前領深/(1-sinα+cosα)77.85 mm實時半徑小前領寬/(1+sinα-cosα)65.75 mm實時B840840 mm實時

注：α為圖9(a)中的∠ABO；半徑R和r為雙圓弧的2個半徑。

4 參數化設計

4.1 參數化制圖

以AutoCAD2014軟件為平臺，通過以上列舉雙圓弧擬合曲線和參數化約束方法，可方便有效地約束服裝輪廓線，從而實現參數化制版目的。以新文化女裝衣身原型為例(號型規格為160/84A)，首先利用雙圓弧擬合服裝樣版中的曲線，再通過第3節列舉的參數化雙圓弧約束方法進行約束，新文化衣身約束數據如表3所示，原型約束標記圖如圖10所示。

幾何約束圖如圖11所示。圖中服裝輪廓曲線均采用雙圓弧約束方法中的半徑約束方法進行約束。

4.2 個性化紙樣生成

建立完參數化樣版后，可修改關鍵參數如表4 所示，從而快速生成個性化紙樣。針對不同用戶的具體尺寸，表達式都可修改為確定的值，如此便可達到一人一版的目的。個性化紙樣生成采用4種方案進行說明，具體方案如下。

表3 新文化衣身原型約束數據Tab.3 New cultural body prototype constraints data

注：B為840 mm，背長為380 mm，胸圍放松量為120 mm，為用戶自定義關鍵參數；表中長度單位均為mm，角度單位均為(°)，下同。

方案1：只調整胸圍和背長尺寸，當胸圍和背長等關鍵尺寸發生改變時，原型樣版整體會縱向和橫向進行縮放，胸圍和背長調整對比圖如圖12所示，調整數據如表5所示。

方案2：保持胸圍和背長等關鍵尺寸不變，只調整前領寬、前領深、后領寬和后領深等參數，從而調整前后領窩形狀，前后領窩調整對比圖如圖13所示，調整數據如表6所示。

圖10 新文化衣身原型約束標記圖Fig.10 Rear and front piece of new culture body prototype constraint marker

圖11 新文化衣身原型幾何約束圖Fig.11 Rear and front piece of new culture body prototype geometric constraints

關鍵參數表達式B背長胸圍放松量胸寬背寬前領寬前領深后領寬后領深前肩斜線角度后肩斜線角度胸省省量胸省省尖點定點X胸省省尖點定點Y肩胛省省量肩胛省省尖點定點X肩胛省省尖點定點Y840380120B/8+62B/8+74B/24+34前領寬+5前領寬+2后領寬/32218B/12-32胸寬/2+7背長-袖窿深線B/32-8背寬/2+1080

圖12 胸圍和背長調整對比圖Fig.12 Comparison sketch of bust and back length adjustment

表5 胸圍和背長調整數據表Tab.5 Bust and back length adjustment datamm

注：修改1和修改2樣版是在原始版關鍵尺寸數據上下調整得到，下同。

圖13 前后領窩調整對比圖Fig.13 Comparison sketch of front and rear collar adjustment

表6 前后領窩調整數據表

方案3:保持胸圍和背長等關鍵尺寸不變，只調整前肩斜線角度和后肩斜線角度，從而調整前后肩斜線，前后肩斜線角度調整對比圖如圖14所示，調整數據如表7所示。

方案4：保持胸圍和背長等關鍵尺寸不變，只調整胸省省尖點定點X、胸省省尖點定點Y、胸省省量、肩胛省省尖點定點X、肩胛省省尖點定點Y和肩胛省省量，從而調整胸省和肩胛省的位置以及省量大小，胸省肩胛省調整對比圖如圖15所示，調整數據如表8所示。

圖14 前后肩斜線角度調整對比圖Fig.14 Comparison sketch of front and rear shoulder slant angle adjustment

樣版前肩斜線角度/(°)后肩斜線角度/(°)原始版修改1修改2222024182016

圖15 胸省肩胛省調整對比圖Fig.15 Comparison sketch of bust dart and shoulder dart adjustment

樣版胸省/mm肩胛省/mm定點X定點Y省量定點X定點Y省量原始版修改1修改290.585.595..517317317338334399.5104.594.580758518.2515.2521.25

注：定點X(Y)為參數胸省或肩胛省省尖點定點X(Y)的縮寫。

綜上可得，通過此方法建立的參數化服裝樣版，其任意參數皆可修改調整，且一旦樣版建立，針對不同的人體尺寸，只需修改參數或表達式即可快速生成個性化服裝紙樣，從而快速響應個性化的要求。當修改胸圍和背長等關鍵參數時，使樣版橫向和縱向縮放，從而滿足不同人體維度上的需求；也可在保持胸圍和背長等關鍵參數不變的情況下，只調整前后領窩、前后肩斜線以及胸省和肩胛省等，從而對樣版做具部細節調整，滿足不同人體的個性化需求。

5 結束語

本文在雙圓弧擬合服裝樣版輪廓曲線、AutoCAD參數化制圖和圓弧約束等研究的基礎上，以新文化女裝衣身原型為例，通過AutoCAD參數化功能實現了參數化服裝制版，根據不同人體尺寸修改參數，從而快速生成個性化紙樣。通過此方法建立的參數化服裝樣版具有精確、快速調整、效果好等優點。

在后續的研究中，可通過進一步試驗提高圓弧擬合服裝樣版輪廓曲線和生成樣版的精度，豐富樣版的樣式，并通過坯布進一步驗證個性化樣版的合理性。