虛擬仿真技術在“服裝結構設計”教學中的應用研究

徐杰 劉菁

（武漢紡織大學紡織科學與工程學院 湖北·武漢 430200）

“服裝結構設計”課程是紡織服裝類專業的主干課程，該課程教授的是如何將立體的服裝進行分解，并展開成二維平面，最終繪成紙樣以便于生產制造，以及其對偶過程，即通過調整紙樣結構和參數會對服裝造成何種影響。課程的本質是解決的是平面的面料與立體的服裝之間的對應關系。

該課程教學過程中，主要以服裝平面結構理論與紙樣繪制方法為出發點，逐步在學生的腦海中建立平面紙樣與立體服裝之間映射關系。但由于現有的課程教學過程中缺乏二維與三維之間的可視化轉化手法，導致部分學生難以理解平面結構與最終成衣效果之間的對應關系，從而降低教學效果，這種現象在眾多紡織服裝類院校中普遍存在。從另一方面來講，二維與三維可視化轉化手法的缺失，也增加了教師的講解難度，在教學過程中需結合更多的口述與手繪來進行闡述，且難以取得較好的效果，導致整體的教學效率降低。在教學過程中，部分老師會通過樣衣來進行講解，但由于樣衣已經是一個完整的實體，無法展示制作過程，對學生理解映射關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應與立體剪裁相結合，鼓勵學生從實踐中理解二維至三維的轉換，增加直觀性，該方法是一種能夠顯著提升教學效果的有效方式，但有一定局限性，首先，該方法在實操中會涉及到課程的體系結構調整，而這是一個系統工程。再者，非服裝專業類學生（例如紡織專業學生）選修此課程時，該類學生沒有足夠的立體剪裁的知識基礎和操作能力，導致難以推行。另一方面，在后疫情時代，從國家到院校進一步提升了網絡課程的重要性，而該方法難以應用于網絡教學。

隨著計算機技術的發展，虛擬仿真技術逐漸成熟，該技術是通過建立目標對象的可視化模型間接地還原對象實體特征，替代或減少在設計或研究過程中的對象實體，達到提效率，降成本，跨空間的效果。該技術的發展，為克服“服裝的結構設計”課程教學中的上述難點提供了技術手段，同時也能夠適應網絡化教學趨勢，因此，在本課程的教學改革中，我們借助服裝虛擬仿真技術，改進教學手段，提升教學效率。

1 計算機技術在服裝設計領域應用的現狀與發展

計算機輔助設計（CAD）技術的發展一直推動著相關行業的變革。在服裝設計行業中，服裝紙樣設計已由最初的手繪逐步過渡到二維CAD繪圖，該技術重點解決了紙樣繪制過程中的繪制效率和繪圖精度問題，使得整體設計效率大幅提高。然而，服裝二維CAD并沒有解決圖樣是否正確以及能否達到預期效果的問題，該問題在實際操作中主要通過所繪制的紙樣來制作樣衣，觀察效果后調整紙樣，再制作樣衣并調整，這樣一個反復迭代的過程來解決，迭代次數越多，設計周期就越長，整體效率就越低。造成迭代次數較多的原因在于設計師無法通過紙樣在思維中準確地映射出立體服裝形態，這在本質上與學生碰到的無法在腦海中映射紙樣與服裝關系的難點相似，只是程度不同。

隨著計算機技術的進一步發展，虛擬仿真技術的成熟為解決該問題提供了新的手段。該手段的實質是通過計算機技術模擬服裝實體制作過程，將傳統的樣衣制作過程中的依據紙樣進行裁片，縫合，試穿過程轉為數字化處理，利用虛擬縫合技術將數字化樣片縫合，通過物理引擎模擬在數字化人臺上的試穿效果并可視化展示，解決了紙樣驗證過程中實體樣衣制作流程多，周期長的問題。正如前述，該技術所解決的產業界問題也是課堂教學中所面臨的問題，即在課堂教學中難以針對每一部分教學內容實現服裝的實體制作過程，從而無法讓學生在思維中有效地形成紙樣到成衣的映射關系。因此，將服裝虛擬仿真技術引入課堂必然是一個有效的教學手段。

2 虛擬仿真技術在“服裝結構設計”課程教學中的應用

針對“服裝結構設計”課程在我校紡織學院屬于選修類課程，且學生服裝設計基礎知識薄弱的現狀，為了使學生更好地理解服裝的結構其與紙樣之間的映射關系，并提升學生的學習積極性，我們將虛擬仿真技術引入到該課程教學中。

圖1：本課程教學過程中所歸納出的知識難點

在該課程教學改革項目實施的過程中，我們首先從過往的教學過程中總結相關難點，由于本課程面向的是非服裝專業的學生，所以在難點總結時，會考慮到學生相關基礎知識的薄弱等問題，難點的選取相對于服裝專業的學生的課程更偏向于廣泛性和基礎性，所歸納的難點如圖1所示。

針對上述難點，我們首先根據教學內容選定相應款式，并用服裝二維CAD繪制對應款式數字化紙樣或者直接選用已有的相關數字化紙樣，該工作主要為課堂教學工作和三維虛擬試衣做鋪墊。在每一件已繪制好的二維數字化紙樣基礎上，我們利用韓國 CLO三維虛擬試衣軟件對數字化紙樣在數字人臺上進行虛擬縫合，并利用其中的物理引擎模擬穿著效果。該過程能夠清晰的展示二維裁片之間的相互結合關系，以及在形成三維服裝過程中裁片立體化變形過程，同時也很好地表達了紙樣上的關鍵點與人體之間的對應關系。另一方面，我們通過設置不同紙樣參數，并反復仿真，從而展現了關鍵設計參數調整所導致設計效果的差異，使同學對各種紙樣的內涵理解更加深刻。我們在備課過程中，會對上述仿真過程結合講解需求進行視圖調整，使同學能以最清晰的視角了解相關內容，并進行錄制或對關鍵步驟進行截圖，將該信息插入到教學過程中，使學生理能教容易的理解相關內容。

我們以教學中的難點插肩袖為例來講解虛擬仿真在本課程教學中的應用過程。在過往教學中，由于插肩袖紙樣（如圖2（a））在空間上需進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，非服裝專業學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應。我們通過對縫合過程虛擬仿真，將袖山弧與袖窿線的對縫關系展示出來（如圖2（b）），并結合簡單的講解，學生便能夠很容易理解相關結構。

圖2：教學案例-插肩袖

3 教學效果調查

為了驗證本課程教學改革效果，本課題組向已上完相關課程的3個教學班共82名學生中發出調查問卷。問卷設計了3個單項選擇問題及1項評分題，包括：（1）通過看現有相關教材及參考書，你是否認為服裝結構原理及相關紙樣容易理解？（2）相較于書上理論結合平面圖或手繪圖的展示方法，通過三維虛擬仿真展示是否讓人更容易理解結構原理？（3）你是否認為在傳統的教學手段基礎上加上三維虛擬仿真方法，已經足夠讓你了解教材上所提及的服裝基本結構原理？（4）請評價你對本課程教學內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。

此次調查共回收問卷56份，結果表明：其中13名學生（約占回收問卷總數23%）認為通過看書可以理解服裝結構原理，其余學生均表示僅通過看書難以相關內容；100%的學生認為通過三維虛擬展示更讓人更容易理解結構原理；53名學生（約占回收問卷總數95%）的學生認為在傳統的教學手段基礎上加上三維虛擬仿真方法，已經足夠理解教材上所提及的服裝基本結構原理。針對整個課程的教學滿意度，其中14名學生給出了4分（滿意），42名學生給出了5分（非常滿意），平均得分4.75分。該項調查結構表明，將虛擬仿真技術引入“服裝結構設計”課程中的確起到了幫助學生理解教學內容的作用，并且學生對該教學方法具有較高滿意度。

4 結語

現有“服裝結構設計”課程的教學難點是難以可視化的建立二維紙樣與三維服裝之間映射關系，通過將虛擬仿真技術應用于“服裝結構設計”課程教學中，學生能更好地理解平面結構與立體成衣之間的映射關系，并更容易理解成衣結構與參數的內涵，大幅提升了學習效率與學習興趣。在后續課程教學持續改進過程中，我們力將虛擬仿真技術應用于該課程中所用能夠進行仿真的知識點，進一步提升教學效果。