虛擬仿真技術(shù)在“服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”教學(xué)中的應(yīng)用研究

徐杰 劉菁

（武漢紡織大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院 湖北·武漢 430200）

“服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”課程是紡織服裝類專業(yè)的主干課程，該課程教授的是如何將立體的服裝進(jìn)行分解，并展開成二維平面，最終繪成紙樣以便于生產(chǎn)制造，以及其對(duì)偶過(guò)程，即通過(guò)調(diào)整紙樣結(jié)構(gòu)和參數(shù)會(huì)對(duì)服裝造成何種影響。課程的本質(zhì)是解決的是平面的面料與立體的服裝之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

該課程教學(xué)過(guò)程中，主要以服裝平面結(jié)構(gòu)理論與紙樣繪制方法為出發(fā)點(diǎn)，逐步在學(xué)生的腦海中建立平面紙樣與立體服裝之間映射關(guān)系。但由于現(xiàn)有的課程教學(xué)過(guò)程中缺乏二維與三維之間的可視化轉(zhuǎn)化手法，導(dǎo)致部分學(xué)生難以理解平面結(jié)構(gòu)與最終成衣效果之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而降低教學(xué)效果，這種現(xiàn)象在眾多紡織服裝類院校中普遍存在。從另一方面來(lái)講，二維與三維可視化轉(zhuǎn)化手法的缺失，也增加了教師的講解難度，在教學(xué)過(guò)程中需結(jié)合更多的口述與手繪來(lái)進(jìn)行闡述，且難以取得較好的效果，導(dǎo)致整體的教學(xué)效率降低。在教學(xué)過(guò)程中，部分老師會(huì)通過(guò)樣衣來(lái)進(jìn)行講解，但由于樣衣已經(jīng)是一個(gè)完整的實(shí)體，無(wú)法展示制作過(guò)程，對(duì)學(xué)生理解映射關(guān)系所起到的作用依然有限。為了解決該問題，東華張文斌教授提出該類課程教學(xué)應(yīng)與立體剪裁相結(jié)合，鼓勵(lì)學(xué)生從實(shí)踐中理解二維至三維的轉(zhuǎn)換，增加直觀性，該方法是一種能夠顯著提升教學(xué)效果的有效方式，但有一定局限性，首先，該方法在實(shí)操中會(huì)涉及到課程的體系結(jié)構(gòu)調(diào)整，而這是一個(gè)系統(tǒng)工程。再者，非服裝專業(yè)類學(xué)生（例如紡織專業(yè)學(xué)生）選修此課程時(shí)，該類學(xué)生沒有足夠的立體剪裁的知識(shí)基礎(chǔ)和操作能力，導(dǎo)致難以推行。另一方面，在后疫情時(shí)代，從國(guó)家到院校進(jìn)一步提升了網(wǎng)絡(luò)課程的重要性，而該方法難以應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)教學(xué)。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)逐漸成熟，該技術(shù)是通過(guò)建立目標(biāo)對(duì)象的可視化模型間接地還原對(duì)象實(shí)體特征，替代或減少在設(shè)計(jì)或研究過(guò)程中的對(duì)象實(shí)體，達(dá)到提效率，降成本，跨空間的效果。該技術(shù)的發(fā)展，為克服“服裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中的上述難點(diǎn)提供了技術(shù)手段，同時(shí)也能夠適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)化教學(xué)趨勢(shì)，因此，在本課程的教學(xué)改革中，我們借助服裝虛擬仿真技術(shù)，改進(jìn)教學(xué)手段，提升教學(xué)效率。

1 計(jì)算機(jī)技術(shù)在服裝設(shè)計(jì)領(lǐng)域應(yīng)用的現(xiàn)狀與發(fā)展

計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）技術(shù)的發(fā)展一直推動(dòng)著相關(guān)行業(yè)的變革。在服裝設(shè)計(jì)行業(yè)中，服裝紙樣設(shè)計(jì)已由最初的手繪逐步過(guò)渡到二維CAD繪圖，該技術(shù)重點(diǎn)解決了紙樣繪制過(guò)程中的繪制效率和繪圖精度問題，使得整體設(shè)計(jì)效率大幅提高。然而，服裝二維CAD并沒有解決圖樣是否正確以及能否達(dá)到預(yù)期效果的問題，該問題在實(shí)際操作中主要通過(guò)所繪制的紙樣來(lái)制作樣衣，觀察效果后調(diào)整紙樣，再制作樣衣并調(diào)整，這樣一個(gè)反復(fù)迭代的過(guò)程來(lái)解決，迭代次數(shù)越多，設(shè)計(jì)周期就越長(zhǎng)，整體效率就越低。造成迭代次數(shù)較多的原因在于設(shè)計(jì)師無(wú)法通過(guò)紙樣在思維中準(zhǔn)確地映射出立體服裝形態(tài)，這在本質(zhì)上與學(xué)生碰到的無(wú)法在腦海中映射紙樣與服裝關(guān)系的難點(diǎn)相似，只是程度不同。

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，虛擬仿真技術(shù)的成熟為解決該問題提供了新的手段。該手段的實(shí)質(zhì)是通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)模擬服裝實(shí)體制作過(guò)程，將傳統(tǒng)的樣衣制作過(guò)程中的依據(jù)紙樣進(jìn)行裁片，縫合，試穿過(guò)程轉(zhuǎn)為數(shù)字化處理，利用虛擬縫合技術(shù)將數(shù)字化樣片縫合，通過(guò)物理引擎模擬在數(shù)字化人臺(tái)上的試穿效果并可視化展示，解決了紙樣驗(yàn)證過(guò)程中實(shí)體樣衣制作流程多，周期長(zhǎng)的問題。正如前述，該技術(shù)所解決的產(chǎn)業(yè)界問題也是課堂教學(xué)中所面臨的問題，即在課堂教學(xué)中難以針對(duì)每一部分教學(xué)內(nèi)容實(shí)現(xiàn)服裝的實(shí)體制作過(guò)程，從而無(wú)法讓學(xué)生在思維中有效地形成紙樣到成衣的映射關(guān)系。因此，將服裝虛擬仿真技術(shù)引入課堂必然是一個(gè)有效的教學(xué)手段。

2 虛擬仿真技術(shù)在“服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中的應(yīng)用

針對(duì)“服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”課程在我校紡織學(xué)院屬于選修類課程，且學(xué)生服裝設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)薄弱的現(xiàn)狀，為了使學(xué)生更好地理解服裝的結(jié)構(gòu)其與紙樣之間的映射關(guān)系，并提升學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，我們將虛擬仿真技術(shù)引入到該課程教學(xué)中。

圖1：本課程教學(xué)過(guò)程中所歸納出的知識(shí)難點(diǎn)

在該課程教學(xué)改革項(xiàng)目實(shí)施的過(guò)程中，我們首先從過(guò)往的教學(xué)過(guò)程中總結(jié)相關(guān)難點(diǎn)，由于本課程面向的是非服裝專業(yè)的學(xué)生，所以在難點(diǎn)總結(jié)時(shí)，會(huì)考慮到學(xué)生相關(guān)基礎(chǔ)知識(shí)的薄弱等問題，難點(diǎn)的選取相對(duì)于服裝專業(yè)的學(xué)生的課程更偏向于廣泛性和基礎(chǔ)性，所歸納的難點(diǎn)如圖1所示。

針對(duì)上述難點(diǎn)，我們首先根據(jù)教學(xué)內(nèi)容選定相應(yīng)款式，并用服裝二維CAD繪制對(duì)應(yīng)款式數(shù)字化紙樣或者直接選用已有的相關(guān)數(shù)字化紙樣，該工作主要為課堂教學(xué)工作和三維虛擬試衣做鋪墊。在每一件已繪制好的二維數(shù)字化紙樣基礎(chǔ)上，我們利用韓國(guó) CLO三維虛擬試衣軟件對(duì)數(shù)字化紙樣在數(shù)字人臺(tái)上進(jìn)行虛擬縫合，并利用其中的物理引擎模擬穿著效果。該過(guò)程能夠清晰的展示二維裁片之間的相互結(jié)合關(guān)系，以及在形成三維服裝過(guò)程中裁片立體化變形過(guò)程，同時(shí)也很好地表達(dá)了紙樣上的關(guān)鍵點(diǎn)與人體之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系。另一方面，我們通過(guò)設(shè)置不同紙樣參數(shù)，并反復(fù)仿真，從而展現(xiàn)了關(guān)鍵設(shè)計(jì)參數(shù)調(diào)整所導(dǎo)致設(shè)計(jì)效果的差異，使同學(xué)對(duì)各種紙樣的內(nèi)涵理解更加深刻。我們?cè)趥湔n過(guò)程中，會(huì)對(duì)上述仿真過(guò)程結(jié)合講解需求進(jìn)行視圖調(diào)整，使同學(xué)能以最清晰的視角了解相關(guān)內(nèi)容，并進(jìn)行錄制或?qū)﹃P(guān)鍵步驟進(jìn)行截圖，將該信息插入到教學(xué)過(guò)程中，使學(xué)生理能教容易的理解相關(guān)內(nèi)容。

我們以教學(xué)中的難點(diǎn)插肩袖為例來(lái)講解虛擬仿真在本課程教學(xué)中的應(yīng)用過(guò)程。在過(guò)往教學(xué)中，由于插肩袖紙樣（如圖2（a））在空間上需進(jìn)行較大變形才能形成最終成衣效果（如圖2（c）），兩者之間在視覺上有較大差異。因此，非服裝專業(yè)學(xué)生很難理解插肩袖的紙樣為什么是如此形狀，以及與前后衣片如何對(duì)應(yīng)。我們通過(guò)對(duì)縫合過(guò)程虛擬仿真，將袖山弧與袖窿線的對(duì)縫關(guān)系展示出來(lái)（如圖2（b）），并結(jié)合簡(jiǎn)單的講解，學(xué)生便能夠很容易理解相關(guān)結(jié)構(gòu)。

圖2：教學(xué)案例-插肩袖

3 教學(xué)效果調(diào)查

為了驗(yàn)證本課程教學(xué)改革效果，本課題組向已上完相關(guān)課程的3個(gè)教學(xué)班共82名學(xué)生中發(fā)出調(diào)查問卷。問卷設(shè)計(jì)了3個(gè)單項(xiàng)選擇問題及1項(xiàng)評(píng)分題，包括：（1）通過(guò)看現(xiàn)有相關(guān)教材及參考書，你是否認(rèn)為服裝結(jié)構(gòu)原理及相關(guān)紙樣容易理解？（2）相較于書上理論結(jié)合平面圖或手繪圖的展示方法，通過(guò)三維虛擬仿真展示是否讓人更容易理解結(jié)構(gòu)原理？（3）你是否認(rèn)為在傳統(tǒng)的教學(xué)手段基礎(chǔ)上加上三維虛擬仿真方法，已經(jīng)足夠讓你了解教材上所提及的服裝基本結(jié)構(gòu)原理？（4）請(qǐng)?jiān)u價(jià)你對(duì)本課程教學(xué)內(nèi)容與方法的滿意程度，0分—非常不滿意；1分—不滿意；2分—僅合格；3分—基本滿意；4分—滿意；5分—非常滿意。

此次調(diào)查共回收問卷56份，結(jié)果表明：其中13名學(xué)生（約占回收問卷總數(shù)23%）認(rèn)為通過(guò)看書可以理解服裝結(jié)構(gòu)原理，其余學(xué)生均表示僅通過(guò)看書難以相關(guān)內(nèi)容；100%的學(xué)生認(rèn)為通過(guò)三維虛擬展示更讓人更容易理解結(jié)構(gòu)原理；53名學(xué)生（約占回收問卷總數(shù)95%）的學(xué)生認(rèn)為在傳統(tǒng)的教學(xué)手段基礎(chǔ)上加上三維虛擬仿真方法，已經(jīng)足夠理解教材上所提及的服裝基本結(jié)構(gòu)原理。針對(duì)整個(gè)課程的教學(xué)滿意度，其中14名學(xué)生給出了4分（滿意），42名學(xué)生給出了5分（非常滿意），平均得分4.75分。該項(xiàng)調(diào)查結(jié)構(gòu)表明，將虛擬仿真技術(shù)引入“服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”課程中的確起到了幫助學(xué)生理解教學(xué)內(nèi)容的作用，并且學(xué)生對(duì)該教學(xué)方法具有較高滿意度。

4 結(jié)語(yǔ)

現(xiàn)有“服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”課程的教學(xué)難點(diǎn)是難以可視化的建立二維紙樣與三維服裝之間映射關(guān)系，通過(guò)將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于“服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)”課程教學(xué)中，學(xué)生能更好地理解平面結(jié)構(gòu)與立體成衣之間的映射關(guān)系，并更容易理解成衣結(jié)構(gòu)與參數(shù)的內(nèi)涵，大幅提升了學(xué)習(xí)效率與學(xué)習(xí)興趣。在后續(xù)課程教學(xué)持續(xù)改進(jìn)過(guò)程中，我們力將虛擬仿真技術(shù)應(yīng)用于該課程中所用能夠進(jìn)行仿真的知識(shí)點(diǎn)，進(jìn)一步提升教學(xué)效果。