基于數字化三維人體模型的旗袍定制設計

冀艷波， 王玲麗， 劉凱旋

(西安工程大學 服裝與藝術設計學院， 陜西 西安 710048)

目前，定制類服裝多以正向設計方式生產，存在合體性差、設計制作周期長、價格高昂等問題。傳統的正向設計方式已無法滿足日益增長的個性化消費需求。對于解決此類問題的研究主要有以下幾個方面。

一是采用三維虛擬試衣技術，傳統的虛擬試衣技術應用屬于正向設計，是將服裝二維樣板導入虛擬試衣軟件中，利用二維窗口與三維窗口交互生成服裝款式[1]。通過對二維樣板的調整改變三維造型，是二維轉三維的過程。近年，三維虛擬試衣技術在逆向設計中的應用成為研究重點，在虛擬試衣軟件中通過對服裝輪廓硬化構建三維服裝模型，再依據設計要求在三維服裝模型的表面進行分割設計，然后展開獲得二維紙樣[2]。二是將逆向工程技術融入數字化定制生產中，通過點云數據構建特征人體，并在人體模型中截取關鍵曲線，通過曲線放樣生成服裝曲面，利用曲面自動展平技術獲得服裝樣板[3-4]。此種方法適用于合體度要求高的緊身服裝，也可通過對展平的合體樣板加放較大松量獲得寬松樣板[5]，但這種方式存在二維修正誤差。除此之外，也可通過計算人體模型和人體穿著服裝模型之間橫截面尺寸的乘積因子。使用乘積因子放大或縮小人體模型，利用模型變化從而設計不同尺寸服裝[6]。三是利用一些設備如：攝影機、Kinect、動作捕捉儀等，直接獲取服裝信息，然后進行圖像處理、幾何重構、紋理映射、細節增強、孔洞修補、后期處理等操作得到三維服裝曲面，同樣結合逆向技術曲面展平獲得樣板[7]。此種方法僅適用于對合體度要求不高的寬松服裝，且服裝曲面的構建方式過程繁瑣、技術難度大，不適用于實際的樣板生成。為此，本文嘗試通過構建“帶松量”人體模型，完成貼體服裝的曲面快速構建，并將逆向技術與三維可視化技術相結合完成旗袍三維服裝造型設計，利用曲面自動展平技術獲得二維樣板，將二維樣板制得成衣進行主觀評價，得出一種針對貼體定制服裝進行快速三維服裝造型并獲得樣板的數字化設計方法，滿足服裝行業面對新消費、新制造轉型的數字驅動需求。

1 “帶松量”的人體模型構建

1.1 三維人體掃描

1.1.1 實驗對象

在旗袍消費群體中，選取一位27歲女性作為本文實驗被試者。依據三維虛擬設計軟件CLO的參數設置來確定需要采集的特征部位，并參照GB 3975—1983《人體測量術語》及GB 16160—2017《服裝人體測量的部位及方法》，從水平尺寸、垂直尺寸以及其他尺寸中選取出構建人體模型所需的23個特征尺寸。

1.1.2 實驗條件

在溫度為23 ℃，相對濕度(65±2)%,風速小于0.1 m/s的實驗室內，使用德國的彩色三維人體掃描儀進行測量。測試前對被試者進行相關培訓，并要求被測者頭戴束發帽，著較薄文胸及三角內褲，身體無其他裝飾物，以排除主客觀影響因素,確保測量精確。

1.1.3 數據采集

將被試者的23個特征部位進行標記。當被試者進入掃描區域后，按指定位置站好，以掃描姿勢保持6～10 s。實驗人員及時將被試者的人體掃描數據保存，并檢驗數據完整性。最后將所需要的特征部位尺寸導出，用于三維人體模型構建，如表1所示。

表1 人體掃描數據表

1.2 人體模型構建

目前有2種常用人體模型構建方法，一種是利用三維人體掃描獲取點云數據，經對點云數據降噪、精簡、補洞、光滑，獲得特征人體模型，此方法工作量大，操作復雜，但可獲得精確人體[8]。另一種是利用三維虛擬設計平臺中的參數化設置調整來構建人體模型，此方法工作量小，能快速生成三維人體模型。本文實驗選擇在三維虛擬設計平臺完成人體模型構建，根據人體掃描數據，將平臺自帶的標準人體模型a進行參數設置，從而獲得特征人體模型b。因貼體服裝具備一定的松量，3種機織物合體程度的三圍松量如表2所示。本文中旗袍屬于貼體類服裝，其胸圍、腰圍、臀圍所放松量均為4 cm，上臂圍加放松量3 cm，如表3所示。在虛擬設計軟件中，通過參數設置將各部位松量加入到特征人體模型b上，將特征人體模型b調整為“帶松量”的人體模型c，如圖1所示。

表2 機織物服裝松量表

表3 特征人體模型與松量人體模型尺寸對比表

圖1 人體模型

2 旗袍曲面構建

本文采用三維虛擬設計平臺構建基礎型旗袍曲面。構建方式為:在“帶松量”的人體模型表面，構建一個緊身服裝曲面，利用平臺的服裝擬合功能，將繪制好的基礎型旗袍廓形擬合成基礎型旗袍曲面。擬合后的曲面具有極強的可塑性，能夠無縫緊貼人體，相當于在“帶松量”的人體模型表面新建一層皮膚。最后將擬合好的曲面進行硬化處理，形成光滑完整曲面造型，并保存為.obj文件格式導出。該文件格式與逆向工程軟件文件格式兼容，便于實現后續無變形曲面展平。

采用韓國三維虛擬設計軟件CLO進行基礎型旗袍曲面構建，以二維窗口中人體平面投影為參考依據，按照旗袍預設廓形進行樣片繪制。基礎型旗袍曲面的廓形預設領高為6 cm，裙長至腳踝，以上部位以人體投影為基準。根據測量標準將人體第7頸椎點作為后領窩點，以后領窩點向上6 cm繪制領上口線，沿著人體頸部形態弧形繪制，注意左右對稱，裙長根據投影人體長度繪至腳踝，以臀圍線為起點，沿側縫下擺向內側收縮1.5 cm。形成預設基礎型旗袍廓形樣片，該步驟對于后續旗袍設計工作至關重要。

將預設的旗袍外輪廓樣片進行擬合，形成基礎型旗袍曲面造型，如圖2所示。觀察曲面是否平整且貼合人體，調整二維窗口樣板使旗袍呈現所需效果，再將“帶松量”的人體模型替換為特征人體模型，觀察人體著裝后的整體松量和形態，最后將旗袍表面硬化并導出基礎型旗袍曲面模型。

圖2 旗袍曲面擬合過程

3 三維可視化設計

3.1 旗袍曲面展平

曲面展平過程既是獲得紙樣過程也是服裝款式內部分割設計過程。因人體表面為凹凸不平曲面，導致附著于表面的貼體旗袍曲面起伏較大，主要表現為胸部隆起、背部隆起、腰部凹陷、臀部突出等。在傳統的平面制版方式中，解決面料的余缺處理辦法為設置省道，針對不同部位形成相應省道[9-10],如圖3(a)所示。省道是二維紙樣向三維服裝轉變的樞紐，同樣也是三維向二維平面轉換的關鍵。本文實驗結合人體省道位置進行連省成縫分割設計，既要確保展平樣板精確無變形，又要使款式合體美觀。設計過程中，為突顯數字化定制設計的優勢，此次以綜合性分割線設計為主，既強調旗袍曲線美，又遵循人體曲面的變化規律，最終通過曲面展平得到精確樣板。

圖3 分割線繪制過程

利用三維可視化設計優勢，對旗袍分割線進行設計，將基礎旗袍曲面模型導入Design Concept Auto 軟件中，通過分割窗口，設計并繪制款式分割線，分割線整體設計采用多條曲線斜向分割，運用分割線M與N將右邊胸部合理展平，同時運用分割線O與P進行上下連身分割，便于將前衣身的胸腰臀合理展平，分割線設計如圖3(b)所示。背部運用刀背分割線，合理解決后衣身的胸腰臀差值，后中心線分割用于安裝拉鏈。領子為領高2.5 cm的傳統立領。完成分割線設計后，將分割窗口轉換成展平窗口，按照分割線逐個將衣片進行展平，從而獲得展平的二維樣板，如圖4所示。

圖4 曲面展平

將展平后的樣板保存為DXF文件導入ET軟件中進行微調修正，最終獲得生產樣板，如圖5所示。

圖5 旗袍樣板

3.2 旗袍樣板驗證

將修正后的樣板導入三維虛擬設計平臺中進行虛擬試穿,如圖6所示。為保證驗證過程的合理性與科學性，虛擬模特調入為特征人體b，并在物理屬性窗口將虛擬面料設置為桑蠶絲素縐緞，以便真實模擬面料與人體關系。測試過程中，觀察每條縫線位置的準確性，主要檢驗肩線、側縫線及后中心線，其次檢驗胸、腰、臀、領口、袖窿松量大小，既要保證人體機能活動，又要合體舒適，最后觀察服裝呈現狀態是否平整美觀。

圖6 虛擬試穿

對于旗袍類貼體服裝，進行虛擬試穿時，需對服裝壓力進行檢驗。本文采用三維虛擬設計平臺自帶的壓力檢測功能，能直觀地呈現服裝壓力大小，及時解決壓力過大問題。壓力由綠至紅漸變表示壓力由弱變強，服裝在人體穿著狀態下，出現深黃色到紅色區間的顏色分布，表明服裝壓力過高，出現黃色區域表示超出服裝壓力舒適區，出現綠色區域表明人體穿著服裝無明顯壓力。如圖7所示虛擬壓力檢測。表明靜態站立時虛擬模特穿著旗袍整體狀態呈現穿著舒適無壓力狀態。

圖7 虛擬壓力檢測

虛擬試穿驗證樣板合體性后，可依據設計效果對不必要的分割線進行弱化，亦可在虛擬平臺中插入樣片來獲得復雜服裝款式,如圖8所示。

圖8 虛擬設計效果

實驗中，在旗袍裙擺部位插入擴充量，使整體設計不至于呆板，裙擺插入的面料設置為輕薄透明的雪紡，而衣身面料則設置為灰藍色的桑蠶絲素縐緞，這樣即能保留旗袍傳統韻味，又豐富著裝效果。最后沿旗袍分割線制作裝飾滾邊，凸顯曲線美，其中弱化了N、O2條分割線，使旗袍整體風格呈現古典簡約，如圖8所示。完成虛擬設計后，將裙擺插片與旗袍樣板同時導出。

通過樣衣制作以及真人測評，對樣板進行二次驗證，主要評價旗袍板型的舒適度與合體度。試穿者為前期被掃描者，確保驗證旗袍樣板的科學性。測評中使用5級標尺從1分至5分。1分表示無法穿著或穿著緊繃，非常不美觀舒適； 2分表示能夠穿著但較緊繃無松量，較不美觀舒適；3分表示有一些松量但仍感不適，美觀舒適性一般；4分表示松量合適，美觀舒適；5分表示松量非常合適、非常美觀舒適。圖9所示為試穿樣衣效果圖。

圖9 真人試穿

試穿者對旗袍不同部位進行主觀評分，結果如表4所示。發現整體分數主要集中4.0分以上,體現出旗袍板型合體度、舒適度較好。證明通過“帶松量”的人體模型進行曲面構建并逆向獲取旗袍樣板的設計方法科學有效。

表4 樣衣測評指數表

4 結 論

本文提出一種基于數字化三維人體模型的旗袍設計方法，該方法將三維可視化技術與逆向工程技術相結合，實現貼體服裝設計及樣板自動生成。從主觀測評的指數可看出：基于“帶松量”的人體模型來構建貼體服裝曲面造型及內部分割設計，并通過逆向技術展平曲面，從而獲得貼體服裝紙樣的設計方法科學有效。從整個設計過程看，此方法能夠實時調整樣板，快速進行對比實驗，確定最好結構比例及服裝效果，實現貼體服裝設計與樣板生成一體化。解決了定制類貼體服裝傳統樣板生成方法所存在的合體性差、設計制版周期長等問題，為服裝行業新消費、新制造轉型提供技術支持。本文實驗以合體旗袍為研究對象，故僅以適合穿著旗袍的標準人體為研究對象，未涉及瘦體與胖體對于此方法的實證研究。