基于虛擬仿真技術的服裝逆向流程優化設計

宋瑩　相思曼　孫雅致

摘要： 為優化三維虛擬試衣設計流程、縮短研發周期、提升研發效率，本文以連衣裙為研究對象，CLO3D虛擬試衣軟件為研究手段，改變由二維樣板生成三維樣衣的傳統虛擬試衣流程。首先采用逆向流程設計方法，以松量人體模型為參照繪制連衣裙基礎廓形，通過擬合工具首先生成三維曲面樣板，并根據直觀著裝效果對樣板進行優化設計，直至得出最佳的三維曲面樣板;然后在此基礎上，通過軟件的展平工具將三維樣板自動生成為二維平面樣板;最后通過對連衣裙的著裝效果與舒適性進行主客觀一致性驗證可知，該方法在實現連衣裙樣板快速成型的同時，由于連衣裙著裝效果直觀可見，也保證了二維樣板的準確性。

關鍵詞： 逆向流程;人體模型;CLO3D;虛擬試衣;服裝樣板;服裝壓力

中圖分類號： TS941.26文獻標志碼： A文章編號： 10017003（2022）04005906

引用頁碼： 041109DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2022.04.009（篇序）

隨著服裝產業數字化、智能化的高速發展，以及個性化服裝需求的快速增長，消費者對著裝的需求已經不僅局限于單一的同質化模式，而是更加重視對服裝的品質、造型及個性的追求[1]。針對消費者的著裝需求現狀，越來越多的服裝企業采用先進的、智能化的三維服裝技術[2]，設計并生產出款式豐富多樣、具有時尚化氣息、符合消費者個性需求的服裝，并實現縮短研發周期、降低生產成本、提高設計效率，以及快速響應市場的生產目標[3]。

針對這一技術，董禮強[4]利用CLO3D虛擬仿真軟件創建虛擬模特，以此為基礎對衣身、領子、袖子等部位進行仿真設計，實現平面結構造型立體展示的快速實現。沈雷等[5]通過分析國內外智能服裝的發展現狀，歸納總結出智能服裝在性能即材料選擇等方面存在的問題，并提出解決方案，同時對智能服裝的發展趨勢做出預判。江紅霞等[6]對服裝結構部件進行模塊化設計，并利用三維虛擬試衣技術在對服裝虛擬試穿的基礎上，對服裝細節進行仿真處理，提高了服裝虛擬試衣的逼真效果。ZHOU等[7]將服裝零部件進行模塊劃分，通過分析各零部件模塊之間的轉換規則，建立了服裝零件連接的數學模型，為智能服裝設計提供理論支持。LI等[8]以裙裝為研究對象，通過開發以客戶為中心的協同模式，實現客戶通過手機應用程序進行裙裝設計，并創建數學模型對研究結論進行了驗證。上述的三維虛擬試衣技術研究都是采用正向設計的流程，在利用三維掃描獲得人體相關數據的基礎上，將服裝的二維結構樣板輸入軟件，根據軟件數據庫信息創建虛擬模特信息后，通過虛擬縫合工具將服裝二維樣板轉換為三維成衣[9];然后借助創建好的虛擬模特進行試穿，根據虛擬試衣效果對二維樣板進行修正，并通過再次或多次試穿驗證，直至得出最佳的著裝效果與二維服裝樣板。這種正向的設計流程雖然可以有效提高產品設計的顧客滿意度，但是也存在由于二維樣板的反復修正而造成設計流程與周期延長的問題。

逆向流程設計也稱為反向流程設計，不同于傳統的正向流程設計方法，是一種根據產品造型首先創建出其三維模型，在此基礎上，反向推算出其二維基礎數據的方法。這種方法由于具有效果直觀可見、數據實時同步等優勢，因此可以極大地為企業降低研發成本、提升研發效率?；谀嫦蛄鞒淘O計的上述優勢，本文以CLO3D虛擬試衣軟件為研究手段，創新性地采用將服裝輪廓進行硬化處理，創建出三維的服裝曲面樣板，再結合服裝款式特點對三維服裝的曲面樣板進行省道或分割線的細分處理，最終利用自動展平技術將三維服裝樣板展開鋪平提取二維平面樣板的逆向流程設計方法。通過逆向流程設計方法，實現合體服裝的三維樣衣到二維樣板逆向轉換的一次性成功，或減少二維樣板的修正次數，并以一款合體連衣裙為實例，驗證了該方法的準確性與可行性，從而為服裝款式與結構的數字化設計提供參考借鑒。

1實驗

1.1數據采集

根據GB/T 1335.2—2008《服裝號型女子》[10]中的女體分類標準，本實驗選取一名體型符合165/84A標準的女性為被試者，依據CLO3D虛擬試衣軟件中的模特參數信息[11]，從橫向尺寸與縱向尺寸中提取創建人體模型的特征部位尺寸共計19個，并對上述部位尺寸做出標記。

利用Vitus Smart XXL無接觸式三維人體掃描儀（北京力泰友聯科技有限公司）對被試者特征部位進行數據采集，實驗環境為室內溫度25 ℃，相對濕度65%，并且關閉門窗避免風速造成實驗誤差。要求被試者在掃描區間內的規定位置完成掃描所需的指定動作，每個指定動作保證維持5～10 s[12]，并將掃描后尺寸數據導出創建人體模型所需的19個特征部位尺寸。具體人體掃描數據如表1所示。

1.2人體模型創建

由于CLO3D支持人體數據任意調整變化，可實現無數種尺寸規格的模特人體。因此，本實驗根據人體掃描所得出的19個特征部位尺寸，對選定的虛擬試衣軟件中自帶的虛擬模特進行參數設置，獲得實驗所需的基礎人體模型參數。由于服裝成衣尺寸與基礎人體尺寸之間通常具有一定的松量，結合本實驗樣衣的款式特征，將胸圍、腰圍和臀圍的放松量均設定為4 cm，上臂圍放松量為3 cm，如圖1所示。

接下來在CLO3D中通過調整參數設置，將連衣裙上述部位的放松量附加于基礎人體模型表面，軟件后臺會在已有數據的基礎上，自動生成其他特征部位的尺寸，從而將基礎人體模型調整為各部位尺寸與成品連衣裙相吻合的松量人體模型，如圖2所示。兩種人體模型關鍵部位的尺寸對比如表2所示。

1.3連衣裙曲面創建

本實驗以CLO3D虛擬試衣軟件為技術平臺，首先對基礎型連衣裙的曲面進行創建。具體方法為：以松量人體模型為參照，根據款式要求直接繪制連衣裙基礎結構廓形，利用軟件中的擬合工具，將其與松量人體模型進行服裝擬合，即在松量人體模型的表面創建一個緊貼人體的連衣裙曲面;隨后將松量人體模型轉換為基礎人體模型，依據基礎人體模型的連衣裙著裝效果可對連衣裙結構造型直接進行修正、調整，確保連衣裙結構造型與實際款式相一致;接下來將最終修正并擬合后的連衣裙曲面進行面料的硬化處理，使整個連衣裙曲面造型光滑且符合松量人體模型曲線，進而得出最終的連衣裙曲面樣板。利用基礎數據繪制二維樣板，通過反復虛擬試衣進行樣板修正才能確定最終樣板的傳統方法，這種方法不僅能夠實現樣板的一次性快速成型，并且由于其著裝效果直觀可見，從而使樣板的準確性得到極大優化。

具體操作為：首先選中需硬化的連衣裙樣片，并將樣片的物理性能參數根據款式需要設置為桑蠶絲素緞，本實驗面料重要性能參數設置如圖3所示。在此基礎上，點擊硬化功能鍵對樣片自動進行硬化處理，通過硬化處理后的樣片更加挺括立體，可塑性極強，可與人體模型的表面完全吻合。本文以連衣裙前片為例，創建連衣裙曲面擬合與硬化過程，如圖4所示。

1.4平面樣板獲取

由于人體的表面呈凹凸不平的曲面造型，主要體現在胸部、背部、腹部與臀部隆起，以及后腰部位的凹陷等，并由此產生面料余缺。因此，在將連衣裙曲面造型鋪平展開獲得二維平面樣板的過程中，要利用傳統的平面制版方式中的省道設計對樣板內部結構造型進行設計與修正，對產生的面料余缺進行消除處理[13-14]，從而確保三維的曲面樣板能夠正確鋪平為二維平面樣板。本文以連衣裙前衣身為例，具體操作方法為：根據連衣裙成衣款式要求，本實驗連衣裙的衣身省道設計包括胸省與腰省，因此首先根據造型需要在衣身曲面樣板對應位置畫出胸省（ab）與腰?。╟d）的位置，利用CLO3D中的剪刀工具分別將ab與cd剪開;接下來利用軟件中的展平為板片工具將曲面造型自動進行二維鋪平處理，在展開過程中，樣板會沿ab和cd自動展開形成衣身的胸省與腰省，從而消除面料余缺，實現從三維曲面樣板向二維平面樣板轉換的逆向流程，如圖5所示。利用同樣的方法，依次完成連衣裙各曲面樣板的平面轉換，得到最終的連衣裙平面樣板，如圖6所示。逆向流程設計過程如圖7所示。

2驗證

2.1客觀驗證

利用CLO3D虛擬試衣軟件中虛擬縫合工具對連衣裙進行基礎人體模型的虛擬試穿，試衣效果如圖8所示。本實驗連衣裙款式較為合體，因此在進行虛擬試衣的同時，對試穿結果的服裝壓力進行測試，以確保連衣裙的著裝舒適度。本實驗采用CLO3D虛擬試衣軟件中的壓力測試工具，對連衣裙服裝壓力進行測試并在平臺中進行直觀展示。通過服裝壓力顯示確定連衣裙的著裝舒適性，并根據結果進行樣板修正。當壓力指示條的顏色由藍變紅的時候，表示服裝壓力逐漸加大。本實驗服裝壓力測試結果顯示，虛擬模特對連衣裙著裝狀態下的服裝壓力顯示絕大部分區間壓力指示條顏色呈藍色，部分區間壓力指示條呈綠色，服裝壓力為1.45～2.96 kPa的低壓力數值，說明連衣裙在CLO3D虛擬試衣狀態下的著裝舒適性較高。

2.2主觀驗證

在此基礎上繼續對面料參數設置進行不同設置，分別設置為95%滌綸、5%氨綸，厚度0.47 mm和100%純棉，參數厚度0.36 mm兩種不同成分與質地的面料，按照相同的實驗流程再次進行虛擬試衣，所得試衣效果同樣符合款式要求，且具有較高的著裝舒適性。利用虛擬試衣修正后的連衣裙平面樣板分別制作3件實際成衣，由之前選取的5名女性被試者分別進行試穿。5名被試者對3件連衣裙樣衣試穿的主觀感受采用5級分制進行表述，具體分數含義為：1分表示極為不美觀不舒適;2分為較為不美觀不舒適;3分為美觀度與舒適性一般;4分為美觀度較高與舒適性較好;5分為極為美觀，極為舒適。被試者對連衣裙各部位的試穿體驗主觀評分如表3所示。

通過被試者主觀評分可知，被試者對3件連衣裙樣衣著裝評價的平均分數均在4.6分以上，說明連衣裙成衣的板型美觀度與舒適度較高。本文在此基礎上對連衣裙虛擬試衣的效果與被試者實際著裝效果進行比對，可以看出，利用CLO3D對連衣裙進行虛擬試衣的最終造型效果與被試者的實際著裝效果基本吻合，具有較高一致度，由此也可證實利用CLO3D虛擬試衣軟件通過對松量人體模型進行服裝曲面造型創建，進而獲取最終服裝平面樣板這一方法的有效性。本文以首件實驗樣衣為例，虛擬試衣效果與真人試穿的連衣裙試穿比對效果如圖9所示。

3結論

本文創新性地在服裝三維數字化技術應用中，采用了一種逆向流程設計方法實現服裝款式設計與樣板生成。通過基礎人體模型創建松量人體模型，并構建出連衣裙的曲面樣板，對曲面樣板進行內部細節結構設計，鋪平展開并調整之后形成二維服裝樣板。通過虛擬試衣軟件的服裝壓力測試與被試者的主觀評價結果對二維樣板的著裝效果進行驗證可知：這種采用逆向流程的設計方法，可以在利用虛擬仿真技術進行服裝款式設計與制版的過程中，由于著裝效果直觀可見，因此可以減少樣板修正次數，在實現樣板快速生產的基礎上，確保成衣造型美觀、穿著舒適度，從而縮短研發周期、提升研發效率;同時通過CLO3D軟件的虛擬試衣效果與連衣裙成衣著裝效果的比對可以證明，采用逆向流程設計的試衣效果與成衣具有較高的一致性，能夠滿足服裝款式設計的特征需求，有效提升了服裝平面樣板向立體造型轉變的設計流程。

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Reverse flow optimization design of garments based on virtual simulation technologySONG Ying， XIANG Siman， SUN Yazhi（College of Clothing and Textile， Eastern Liaoning University， Dandong 118003， China）

Abstract： With the rapid development of digital and intelligent garment industry， as well as the rapid growth of individualized garment demand， consumers’ demand for clothing is not limited to a single homogeneous model， but more attention has been paid to the quality of clothing， modeling and the pursuit of comfort. In view of this situation， this article takes dresses as the research object， CLO3D virtual fitting software as the research method， and changes the traditional 2D patterns to generate the virtual fitting process of the 3D patterns. In order to improve the speed and efficiency of garment pattern generation， the reverse process design method is adopted， which firstly creates 3D surface patterns and then quickly generates 2D plane patterns.

First of all， taking the ease allowance mannequin as the reference， the author draws the basic structure outline of the dress according to the style requirement， and uses the fitting tool in the software to fit the ease allowance mannequin with the clothing， that is， to create a dress surface close to the human body on the surface of the ease allowance mannequin. Then， the ease allowance mannequin is transformed into the base mannequin， and the structure and shape of the dress can be directly modified and adjusted to ensure that the dress structure shape is consistent with the actual style according to the dress effect of the basic mannequin. Next， the modified and fitted surface of the dress is hardened to make the whole surface of the dress smooth and consistent with the ease allowance mannequin curve. Then the final 3D surface pattern of the dress is obtained.

The surface of the human body is uneven， so in the process of flattening out the curved surface of the dress to obtain the 2D plane pattern， it is necessary to use the dart design in the traditional plane pattern making way to design and modify the internal structure modeling of the pattern， and eliminate the redundant part of the fabric through the dart. According to the actual style of the dress， the positions and shapes of the bust and waist of the dress and the horizontal division of the waist are drawn on the curved pattern. The scissors of CLO3D are used to cut the darts of each part in turn， so as to ensure that the 3D curved pattern can be correctly paved into the 2D plane pattern. Next， with the flatting tool of the software as the plate tool， the curved surface is automatically flattened to realize the reverse flow from 3D surface template to 2D plane template.

The sewing tool in CLO3D virtual fitting software is used to do the virtual fitting of the basic mannequin of the dress， and the pressure test tool in the software is used to test the clothing pressure of the virtual fitting results. The result shows that the dressing effect of the virtual fitting is consistent with that of the actual dress style， and the overall clothing pressure of the dress belongs to blue low pressure. It shows that the pressure of the dress is low and the comfort of the dress is high. On this basis， the conclusion of reverse flow design is further verified. First， the original fabric parameter settings are changed. Two different settings are made for the fabric parameters to obtain two fabrics with different components and texture， namely， the 0.47 mm thick fabric made of 95% polyester and 5% spandex and 0.36 mm thick fabric made of cotton. The virtual fitting is carried out again according to the same experimental process， and the dressing effect of the virtual fitting is also in line with the dress style requirements. Three garments are made by using the dress plane pattern modified by virtual fitting， and five female subjects are selected to try on the dress samples respectively. The results of the fitting are compared with the virtual fitting results， and the participants are asked to give subjective ratings on the comfort of the dress according to their own feelings. The results show that the shape and comfort of garments are consistent with the virtual fitting results， which verifies the feasibility and accuracy of the one-time rapid prototyping of the sample by reverse process design.

CLO3D virtual fitting software can optimize the accuracy of garment patterns greatly because of its powerful functions such as efficient online revision， visual dressing effect and real-time synchronization of plate data. Combined with the reverse process design method， it can shorten the research and develop cycle， improve the research and develop efficiency and the satisfaction of consumers. The research results can be used for reference in the technology and method of intelligent manufacturing in garment industry.

Key words： reverse flow; mannequins; CLO3D; virtual fitting; garment pattern; clothing pressure