基于AutoCAD參數化功能的A型裙樣板自動化生成

婁少紅

(湖北理工學院 藝術學院， 湖北 黃石 435003)

AutoCAD2010版及后續版本的參數化功能，解決了以往參數化設計須使用AutoCAD內嵌的二次開發工具VBA或AutoLISP編寫程序的問題[1-3]，具有簡單直觀、編輯操作方便、可參與性強等優點。然而，由于AutoCAD參數化功能應用時存在運行緩慢、紊亂以及卡死等問題，且因衣縫輪廓線設計的隨意性和經驗成分而難以參數化的問題，導致AutoCAD參數化功能在服裝行業未能得到應有的應用。為此，本文嘗試通過A型裙樣板的參數化設計實踐，探索AutoCAD參數化功能在大規模個性化定制中的應用方法和規律，以期服裝企業能根據客戶的個性化差異快速自動生成服裝樣板[4-6]。

1 A型裙結構的參數化模型構建

A型裙[7-8]有多種定義，本文的A型裙特指無腰省喇叭裙[6]，如圖1所示，不包含單腰省喇叭裙和雙腰省喇叭裙。

構建A型裙結構的參數化模型，其關鍵點有2個方面：一是用圓弧或者雙圓弧擬合腰圍線和擺圍線，使其適合基于AutoCAD參數化功能進行參數化設計[2]；二是有統一的不同擺圍A型裙的結構設計方法，以使參數化繁瑣程度大幅度降低。現有教參書介紹的A型裙結構理論[7-8]，腰圍線和擺圍線的數學描述不是非常明確，結構設計方法是不同擺圍的A型裙用不同的方法，即半圓裙、整圓裙的直接法和其他擺圍大小的原型法。顯然，要簡單方便地建立A型裙結構的參數化模型，必須尋找新途徑。為此，本文基于A型裙結構設計的第3種方法[9]給出的結構，如圖2所示，構建A型裙結構的參數化模型。

1.1 腰圍線與擺圍線的參數化模型

1.1.1 腰圍線的參數化模型

考慮到在AutoCAD參數化功能中樣條曲線端點的切線方向不能約束[2]，本文用一段與前中線垂直的直線和一段半徑為RWF的圓弧擬合前腰圍線，用一段半徑為RWB的圓弧擬合后腰圍線，如圖3所示。

在圖3中，前腰圍線的直線段為圓弧段的切線，且與上平線共線。側縫線為前腰圍線圓弧段和后腰圍線圓弧的法線，后中線為后腰圍線的法線。前腰圍線圓弧段的弦與后腰圍線圓弧的弦共線，統稱為腰圍斜線。LWF表示前腰圍線的長度。β為腰圍斜線與上平線的夾角，稱之為腰圍線起翹角。h下落為后腰圍線與上平線在后中線位置的垂直距離，稱之為后腰圍線下落量。

1.1.2 擺圍線的參數化模型

A型裙擺圍線的形狀往往因面料經向的原因而需調整，考慮到調整的可行性和方便性，本文采用兩段C型雙圓弧擬合擺圍線[10]，即用半徑分別為R1和R2的圓弧組成的雙圓弧A1，以及半徑分別為R3和R4的圓弧組成的雙圓弧A2擬合擺圍線，結果如圖4所示。

在圖4中，△P1P3P4的內心P6為雙圓弧A1的連接點，△P2P3P5的內心P7為雙圓弧A2的連接點。P1P4、P3P4、P3P5和P2P5分別是半徑為R1、R2、R3和R4圓弧的切線，且P3P4和P3P5共線并與對稱斜線垂直。對稱斜線從后腰圍線中點引出，是后中線也是前中線與側縫線的對稱中心線，還是半徑分別為R2和R3圓弧的公法線；前中線與后中線均是半徑為R1圓弧的法線；側縫線是半徑為R4圓弧的法線。

1.2 參數設定與建模精度

1.2.1 參數設定

A型裙結構參數化模型的參數設定如表1所示。

表1 參數設定Tab.1 Parameter setting

注：W為人體腰圍；表中長度與圍度的單位均為cm。

由圖3、4及上述內容可知，側縫線不僅是前(后)腰圍線也是擺圍線的法線，因此改變腰圍線起翹角β的取值，擺圍也隨之改變，顯然A型裙的擺圍與β成正比。β的取值范圍為18°≤β≤45°[9]，當β取最小值時，此時的A型裙可稱為臨界A型裙；當β=22.5°時，A型裙為半圓裙；當β=33.75°時，A型裙為四分之三圓裙；當β=45°時，A型裙成為整圓裙。這種由β控制擺圍的方法，比從擺圍出發確定相關參數的方法要簡單直觀，它剔除了裙長對腰圍線形態的影響，使裙長只對擺圍的大小發揮作用，這更容易正確判斷A型裙的著裝效果。

在表1中，后腰圍線下落量h下落的取值范圍設定為0 cm≤h下落≤0.8 cm，其大小應根據人體腹部與臀部的凸起程度關系確定，一般取0.3 cm。

表1中的前腰圍和后腰圍分別指前腰圍線和后腰圍線的理論長度，而前腰圍線長LWF和后腰圍線長LWB則表示前腰圍線和后腰圍線的實際長度。顯然，前后腰圍線的實際長度均應與其理論長度相等，但這會使問題復雜化。為此，本文設定前腰圍線長LWF等于前腰圍，而后腰圍線長LWB則由腰圍線參數化模型(見圖3)的相關幾何關系確定。

為便于調整擺圍線形狀以滿足面料經向變化需要，本文對前中線長、后中線長、側縫線長以及對稱斜線長均設定了相應的調整量(見表1)。

1.2.2 建模精度

由圖3所示的腰圍線參數化模型及上述參數設定情況可知，后腰圍線長LWB與后腰圍之間存在差值，差值的大小反映建模精度。為獲知這個差值，必須算后腰圍線長LWB。根據圖3可得到后腰圍線長LWB及相關參數的算法，如表2所示。

表2 腰圍線相關參數的算法Tab.2 Algorithm of relevant parameters for waist line

由表2可知，后腰圍線長LWB、后腰圍二者之間的差值與β和h下落均成正比，與W和腰圍放松量及縮縫量無關。當β和h下落均取最大值時，差值的最大值為0.456 6 cm，而這個差值完全可通過縮縫方式處理，并不會影響著裝效果。顯然，本文構建的A型裙結構的參數化模型，其建模精度高而且可控，傳統制圖方法不可能做到。

1.3 參數化制圖要點

由圖3、4可知，腰圍斜線的繪制是A型裙參數化制圖的關鍵，其方位由腰圍線起翹角β和后腰圍線下落量h下落決定，其長度L斜線W及相關參數的精確值由表2給出的算法獲得。

2 A型裙樣板的參數化設計

構建A型裙結構的參數化模型后，就可基于AutoCAD參數化功能進行樣板參數化設計，其流程如圖5所示。

2.1 A型裙參數化樣板的功能設定

對A型裙的參數化樣板設定以下5個功能：1)能依據規格變化自動生成A型裙結構圖、兩開身及四開身樣板；2)能依據款式特征調整A型裙擺圍大小；3)能自動生成面料經向并能調整方位；4)能依據面料經向調整擺圍線形狀；5)能調整縫頭及裙擺折邊寬度。

2.2 A型裙的結構圖和樣板圖繪制

2.2.1 創建圖層

根據上述設定功能，需要創建以下圖層。

2)有關面料經向的腰頭經向、裙身經向、兩開身樣板經向、四開身樣板經向等4個圖層。

2.2.2 創建關于繪圖的用戶參數并賦值

繪圖前，應創建與繪圖相關的身高、臀長、裙長、前中線長、側縫線長、后中線長、對稱軸線長、腰圍線起翹角、后腰圍線下落量、W、腰圍放松量、腰圍縮縫量、腰圍、前腰圍、后腰圍、腰頭寬、搭門寬等用戶參數并賦值。

為便于參數管理，應建立一定數量的組過濾器并將參數分類置于其中。本文建立了規格、結構調整、縫頭、間距、前裙身、前裙擺、后裙身、后裙擺、腰頭結構與樣板、四開身樣板(前)、四開身樣板(前)放縫、四開身樣板(后)、四開身樣板(后)放縫、兩開身樣板(前)、兩開身樣板(前)放縫、兩開身樣板(后)、兩開身樣板(后)放縫、經向和經向調整等19個組過濾器，這些組過濾器可逐步建立也可一次性建立。

2.2.3 分圖層依次繪制結構圖和樣板圖

根據選定的規格尺寸，即可在相應圖層上依次繪制A型裙的前裙身、后裙身和腰頭等3個結構圖以及腰頭樣板、四開身樣板(前)、四開身樣板(后)、兩開身樣板(前)和兩開身樣板(后)等5個樣板圖。為不至于約束時產生混淆，這8個圖形應獨立繪制，圖形之間不能有圖線重疊。

一是“好教育進行時”促進了各區、各校對好教育的思考，各區、各校、個人都對好教育有自己的理解和追求，對好學校、好校長、好教師、好學生也有了更新、更深的思考，這種教育觀、學校觀、教師觀、學生觀、質量觀的更新，對教育的改革創新意義重大。

2.3 創建關于約束的用戶參數并賦值

2.3.1 約束方法與參數化約束原則

選擇合理的約束方法是參數化成敗之關鍵。由于幾何關系可用代數描述，所以一個對象的參數化約束有多種方法。例如雙圓弧的約束，如圖6所示。如果按圖6(a)所示方法1約束，即只標注切線長L切線1、L切線2和切向夾角的補角φ，則需要5條輔助線才能完成約束，其幾何約束(圖中未標出)數量為15個，約束總量為18個(其中標注約束數量為3個)；如果按圖6(b)所示方法2約束，其標注約束數量為6個(即雙圓弧兩組成圓弧的弦長L弦1、L弦2，圓弧半徑R1、R2，雙圓弧兩端點連線長L連線和雙圓弧兩端點之間的垂直距離LY)，而輔助線的數量為0條，幾何約束數量為0個。顯然，不同約束方法的輔助線和幾何約束數量差別巨大，所需用戶參數也不同。不言而喻，輔助線的數量影響幾何約束數量。不可否認，采用幾何約束幾乎可免除用戶參數計算，但由于幾何約束的本質是將大量的運算交由AutoCAD系統處理，所以當幾何約束數量達到一定數量后，AutoCAD系統的運行速度下降就在所難免，且過多的幾何約束還會增加約束過程中無端消失的可能性而引起運行紊亂。大量采用標注約束時，約束總量大幅度減少，盡管增加了用戶的計算工作量和計算難度，但由于給AutoCAD系統提供了參數的計算方法，因而并不會增加運算時間，相反運行速度得到了提升，運行更加平穩。

不難想象，即使對某一對象進行標注約束，其約束方法也不盡相同，如圖7示出縫頭邊線的2種標注約束方法。如果按照圖7(a)所示的方法1約束，當縫頭寬a取值由a→0后再由0→a時，就容易出現運行紊亂，而按圖7(b)所示方法2約束時則運行正常穩定，因此，一定要回避取值等于零的標注約束參數。

綜上所述，AutoCAD參數化功能應用時之所以存在運行緩慢、紊亂和卡死等問題，究其原因主要是幾何約束數量過多和標注約束參數存在零取值所致。為此，本文提出零輔助線原則、歸并原則和取值非零原則等參數化約束原則，以避免上述問題的發生。

零輔助線原則是指盡量采用標注約束，以消除參數化約束對輔助線的依賴。歸并原則是指在約束之前將圖形的構成圖線進行合并處理，使約束對象最少化，以達到減少幾何約束數量的目的。取值非零原則是指標注約束參數的取值不能有等于零的情形。

2.3.2 確定標注約束參數并創建相關用戶參數

合理地確定標注約束參數，必須遵循參數化約束原則，分析A型裙各個圖形的拓撲關系及變化規律，明確對象之間的幾何關系與代數關系。經分析確定前裙身的標注約束參數如圖8所示(圖中省略了經向符號的標注約束參數)。其他圖形的標注約束參數從略。

圍繞確定的標注約束參數，需要創建一系列相關用戶參數。比如為得到圖8所示的前腰圍線標注約束參數L弦F、RWF、h起翹F(前腰圍線側端點到腰圍線直線段的垂直距離)和LXF(前腰圍線側端點到前中線的水平距離)的取值，就需要創建腰圍線起翹角β、后腰圍線下落量h下落、前腰圍、前腰圍線長LWF、前腰圍線圓弧段弧長L弧F以及前腰圍線直線段長L直線W等用戶參數。

如果要獲知A型裙參數調整時的擺圍變化情況及大小，就需創建擺圍線四段組成圓弧的圓心角、半徑和弧長等用戶參數。

2.3.3 計算表達式編寫及用戶參數賦值

確定標注約束參數和創建關于約束的用戶參數后，就可運用幾何學以及三角函數的相關定理(比如正弦定理、余弦定理)編寫參數計算表達式并為用戶參數賦值。例如圖8中h起翹F、LXF和L連線0的計算表達式分別為

h起翹F=L弦Fsinβ

LXF=L弦Fcosβ+L直線W

在編寫參數計算表達式時，必須回避計算公式中反正弦函數和反余弦函數的變量取值大于1、分母中正弦函數的變量取值等于0°以及正切函數的變量取值等于90°的情形，否則會運行卡死。

根據編寫的計算表達式得到的用戶參數計算結果正確與否，可通過測量與之相對應的圖線尺寸予以核對。

2.3.4 用戶參數的卡死判斷

為及時發現和解決用戶參數的計算問題，在參數賦值完成后，可通過改變規格以及調整相關參數的取值進行卡死判斷。如果沒有卡死，即可在刪除不必要的輔助線后開始約束，否則需分析問題存在原因并修正相關參數。

2.4 約束與調試過程

對A型裙前裙身、后裙身、……、兩開身樣板(后)等8個圖形的約束必須分圖形依次有序地進行，以免產生約束混亂，并且在約束過程中不可使用打斷以及分解等圖形編輯命令，否則會有約束消失而導致前功盡棄。

A型裙的約束與調試流程如圖9所示。

2.4.1 前裙身的約束與調試過程

1)“固定”基準線。選定前中線為基準線，對其進行“固定”約束類型的手動約束。

2)部分約束類型自動約束1。對全部圖線進行 “重合”“水平”和 “豎直”等3個約束類型的自動約束。

3)標注約束1。按先前確定的標注約束參數逐一進行標注約束。一般先對直線對象進行標注約束，后對弧線對象進行標注約束。

如果在標注約束過程中發現關于約束的用戶參數有遺漏，可返回到參數管理器進行補充創建并賦值。

4)全部約束類型自動約束1。選中前裙身的所有圖線，對其進行全部約束類型的自動約束。

5)調試1。對前裙身進行全部約束類型的自動約束后，可改變規格和有關參數的取值進行調試，如果沒有卡死或者明顯的運行紊亂現象且通過了比對驗證(指測量圖線所得的尺寸與對應的計算數據之間的誤差等于0)，即可開始后裙身的約束，否則需檢查問題所在，回撤后重新約束。

2.4.2 后裙身的約束與調試過程

后裙身的部分約束類型自動約束2、標注約束2及全部約束類型自動約束2的方法與前裙身的相同，不再贅述。

后裙身除上述約束外，還需要給出其與前裙身的相對位置關系的標注約束，其標注方法如圖10所示。圖中的標注約束參數分別為Lx=LXB+XFB，Ly=LCF-h下落。LXB為后裙身后腰圍線側端點到后中線的水平距離，XFB為前后中線間距。

待所有約束完成后，就可進行后裙身的調試，其方法與前裙身的相同。其他6個圖形的約束與調試從略。

需要說明的是A型裙8個圖形之間共有7個相互位置關系需要約束，即后裙身與前裙身的位置關系約束、腰頭與前裙身的位置關系約束、腰頭樣板與腰頭的位置關系約束、四開身樣板(前)與前裙身的位置關系約束、四開身樣板(后)與四開身樣板(前)的位置關系約束、兩開身樣板(前)與四開身樣板(前)的位置關系約束、兩開身樣板(后)與兩開身樣板(前)的位置關系約束。

3 A型裙參數化樣板的運行與調整

3.1 自動生成A型裙結構圖或樣板

在參數管理器的“規格”組過濾器中，設置好規格尺寸后，打開相應圖層，AutoCAD即可自動生成所需規格的結構圖(見圖2)或樣板，如圖11所示。

3.2 A型裙結構及樣板的調整

3.2.1 擺圍的調整

在參數管理器的“結構調整”組過濾器中，改變腰圍線起翹角β的取值即可獲得不同擺圍大小的A型裙樣板，如圖12(a)所示。其中臨界A型裙樣板所對應的CLO 3D著裝效果見圖1。

3.2.2 擺圍線形狀的調整

在參數管理器的“結構調整”組過濾器中，改變前中線長調整量ΔCF、后中線長調整量ΔCB、側縫線長調整量Δ側縫和對稱斜線長調整量Δ對稱的取值，便可根據需要調整擺圍線的形狀，如圖12(b)所示。

3.2.3 其他參數的調整

在參數管理器的“結構調整”組過濾器中，根據人體體型特征設定后腰圍下落量h下落的大小，可方便地得到個性化的A型裙樣板。在“經向調整”組過濾器中，能對面料經向符號的位置進行調整。在“縫頭調整”組過濾器中，可設置縫頭及擺圍線折邊的寬度。在“間距”組過濾器中，可以調整相關圖形之間的相對位置。

4 A型裙參數化樣板的拓展應用

A型裙的參數化樣板，可通過增加腰圍縮縫量制作碎褶喇叭裙樣板，其樣板對應的CLO 3D著裝效果如圖13(a)所示。在后腰圍線下落量h下落取值為0時，可將A型裙的參數化樣板用作多節裙、魚尾裙的部件樣板，其樣板對應的CLO 3D著裝效果如圖13(b)、(c)所示。

5 結束語

通過A型裙樣板的參數化設計實踐可知，只要能構建衣縫輪廓線的參數化模型，把握AutoCAD參數化功能的應用方法和規律，就可基于AutoCAD參數化功能對服裝樣板參數化，輕松快速實現服裝樣板的自動化生成。

基于AutoCAD參數化功能對服裝樣板的參數化，其過程雖然略微繁瑣，但能解除現有服裝制版專業人員重新學習相關編程軟件的麻煩，使更多的從業人員能夠快速地獲得所需的參數化服裝樣板，提高工作效率；能彌補現有服裝CAD專業軟件參數化功能的短板，為服裝企業獲得大規模個性化定制樣板提供新途徑。