經編無縫服裝的CAD技術輔助設計

夏文會（江西服裝學院 服裝工程學院，江西 南昌 330201）

前言

傳統的服裝設計從取素材到設計方案，需要耗費幾天甚至更長的時間，對服裝款式和圖案的可重復利用性具有一定的局限，此外，成品的生產過程要經過紗線—選面料—設計款式—版型制作—裁剪—縫紉等一系列復雜的工序。利用CAD進行無縫服裝的設計制作，其不僅能夠縮短設計時間，使系列產品開發簡便等，還可以簡化生產加工流程，直接從紗線到現代化生產，給生產帶來了巨大的變化。雖然目前計算機輔助服裝設計開發還未完善，但其發展前景廣闊，是當前研究的熱門。

一、經編無縫生產技術的發展狀況及成形原理

無縫織造是基于傳統的針織業，利用計算機加工機器進行編織的一個新興產業。它分為經編、緯編、橫編三類，目前，經編無縫服裝的系統開發和設備上相對其他兩類比較成熟，尤其在絲襪、內衣、連體衣等產品的生產上，而緯編、橫編在技術和系統開發、設備上還有待研究。

現代經編無縫生產技術是指利用全電腦雙針床賈卡拉舍爾經編機，通過配置兩列平行且背對背的針床使得生產出來的經編成形為無縫服裝。其生產過程由四門技術組成。①裝備技術，即生產加工機器，在20世紀80年代，第一臺機械式經編機在國外誕生，經過不斷地研究和發展，日本于2001年成功研究并推廣使用了全電腦雙針床賈卡拉舍爾經編機。我國雖然在裝備上與國外水平有差距，但目前也開發了RDJ、GE、ZMY等系列的全電腦雙針床賈卡拉舍爾經編機，每分鐘機速能夠達到500轉，機號能達28針。②工藝技術，在學術方面，我國自1988年起，陸陸續續有學者對經編無縫服裝的工藝技術進行深入的研究，無論是在服裝的工藝原理還是在服裝的款式圖案、舒適性等方面，都取得了一定的成果，而國外主要致力于無縫機器新產品的推廣使用和報道，鮮有其工藝技術的研究。③MES技術，指的是生產信息化管理系統，即通過MES與無縫機器控制系統相連接，來使車間生產信息及時反饋到管理系統，以便實時監控記錄生產，對生產中出現的問題及時解決。④CAD技術，是經編無縫服裝實現現代化工業的核心，不僅在服裝的設計上體現CAD技術，在工藝的實現、數據輸出等方面都屬于CAD技術范圍內，不僅在成本控制上節約了生產時間，而且在產品本身的質量上提高了設計的精度，使企業獲得可觀的經濟效益。

經編無縫服裝的成形原理可分為同向成形和反向成形兩種，同向成形指的是在經編機的前后針床都配置一把滿機號賈卡梳櫛，利用滿機號賈卡梳櫛的特性，其需要兩條橫移機構控制使其同向運動；反之，反向運動則稱為反向成形。

二、經編無縫服裝CAD技術輔助設計原型建模

三維網格的不規則性和復雜性會直接影響到設計系統的效率和處理效果，規則采取三維輪廓線的凸包模型樣點使不規則的三角網格轉化為規則三角網格，再經過計算機編程使三維模型轉化為經編無縫服裝的二維原型，這是計算機輔助設計中的二維模板，對于CAD設計服裝具有重要的基礎作用。

1.上衣原型建模

上衣原型建模主要分為三個步驟。第一，重新提取人體特征點，包括腰圍點、胸圍點、腋窩點、肩峰點、頸脖點等，通過以人體模型原型為基礎，首先，根據其特征點與新建的人體輪廓線按照比例間距在Y軸上先確定特征點位于哪條輪廓線上，其次，計算新特征點輪廓線頂點與原特征點的位移，從中選取最小值所在的輪廓線頂點即為新的特征點，記為T={i，j}，i為輪廓線，j為輪廓線頂點最小值，相對于原始特征點的Y軸位移。第二，相關尺寸計算，經編無縫上衣服裝是以上衣衣片原型結構為基礎成形的，上衣原型結構的確定需要各項參數的尺寸，基本尺寸包括胸圍、背長、肩寬、領圍、袖窿弧長、半前后胸寬度等，同時還要確定腋圍前后，如圖1中C點和D點。其中，C點是人體表面腋窩最靠前的點，D點是人體表面腋窩最靠后的點。

圖1 衣片原型結構圖

圖2 從人體生成二維衣片原型

第三，原型模型建立，如圖1所示，根據原型模型算出上述點形成分割線生成經編無縫上衣原型二維模型，步驟如下：（1）計算F1-FNP的長度；（2）F1作為二維坐標原點；（3）求衣片FNP，即FI-FNP長度在y軸上的展開；（4）求FN，即做FNP平行線，展開FNP-FN長度；（5）求SF1，即過FN做與y軸平行線l與x軸交點；（6）求FS、SNP，在l上，通過展開FN-SNP長度求SNP點，展開FN-FS長度求FS點；（7）以l為基礎，FN為端點；（8）由FN-FNP及FN-SNP長度，以FN-SNP上各頂點為參數，求FN-FNP的頂點坐標；（9）由SF1-FA及SF1-FS的長度，以FA-SP上各頂點為參數，求FA-SP的頂點坐標；（10）以FA為端點，FA-A的長度向y軸展開并允許松量求得A點；（11）以A為端點，A-AP的長度向X軸展開，求出AP；（12）又A-AP及A-FA長度，以FA-AP上各頂點為參數，求FA-AP的頂點坐標；（13）以AP為端點，AP-SW的長度向y軸展開，求出SW；（14）過SW做X軸平行線交y軸于FW；（15）根據貝塞爾曲線擬合FNP-SNP的頂點，從而求出FNP-SNP的曲線；（16）同理上步驟，擬合AP-SP的頂點，從而求出AP-SP的曲線。如圖2所示，即得到經編無縫上衣的二維原型。

2.下裝裙子原型建模

下裝裙子原型相對于上衣原型簡單，基本都是以人體腰部以下的不同方向為樣點向下垂直形成的直筒型，直筒型屬于柱面結構，其立體慢展開即為長方形，長為裙子的圍度，寬為裙子的長度。只要確定裙子的圍度，就可以利用上衣的算法，先截取人體下身模型建立下裝輪廓線模型，再生成規則的三角網格，最后轉化生成經編無縫下裝的原型模型。而下裝的圍度尺寸通過水平面截取人體表腰圍和臀圍，并用Alpha-Shape算法求出其凸包作為下裝圍度尺寸即可。

三、經編無縫服裝CAD技術設計系統

計算機輔助設計，即采用CAD技術設計，對于改革傳統服裝設計具有核心作用，它是指利用CAD和圖形機器來對服裝的款式、圖案等進行設計的過程。經編無縫服裝計算機設計系統主要分為四個方面。

第一，在系統結構上，主要實現三維人體及服裝的導入、導出、渲染，二維衣片的圖案設計、二維衣片的三維展示等功能，在設計系統開發上，需要結合具有龐大三維圖形庫和強大圖形功能的OpcnGL技術以及具有強大數據可視化和圖像處理、方程計算的MATLAB，通過人體三維網格模型的模板重新建立經編無縫服裝的二維衣片原型，最終實現服裝的款式設計并在計算機虛擬展現出來。

第二，在系統體系結構上，它是由四層結構組成，首先第一層是基礎類庫，其次第二層是幾何算法、三維模型幾何處理、三維模型建模、三維模型渲染、顯示系統。第三層結構是由二維圖案設計、人體及服裝處理組成，最后一層結構是三維虛擬服裝展示，要實現最后一層結構的功能，必須要有前三層結構作為基礎，所以，系統體系結構具有靈活性強、耦合性低等特性。

第三，在系統功能實現上，通過計算機中具體的編程主要是C++和Matlab代碼來實現一些系統功能，如：場景管理、符號對象、幾何模型、虛擬照相機、光照、模型渲染、人體及服裝處理等。

第四，在系統界面上，通過繪圖工具對二維衣片進行圖案處理后，通過系統展示三維虛擬服裝，在人體模型導入之后再在模型上展示設計好的衣片，通過鼠標來對模型移動、放大，使服裝能夠在系統上全方位展示。

結語

在科技發展迅猛的時代，如何應用計算機實現產業升級和發展是衡量生產技術水平及國家科技進步、工業現代化的重要標準。在經編無縫服裝的計算機輔助設計中，其功能日漸完善，目前已能利用CAD技術很好地完成工藝排版、推擋、排料等，但在服裝設計上仍具有較大的困難，因服裝類目繁多、產品細化專業等原因，使得CAD在經編無縫服裝的設計上仍需深入研究，以便完善其功能和提高工藝效率。