針織毛衫版片的參數化設計模型與實現

李玉賢, 巫曉雯, 吳光軍, 叢洪蓮

(江南大學 針織技術教育部工程研究中心, 江蘇 無錫 214122)

隨著計算機技術的不斷發展,以服裝原型樣板為基礎的參數化設計方式為服裝制作提供了新的思路,參數化設計軟件日趨成熟,與之相關的參數化約束方法被廣泛應用于服裝紙樣的快速構建[1]。婁少紅[2]利用AutoCAD設計軟件中的約束功能構建服裝紙樣的參數化模型,并相應提出了參數化設計方法,使服裝設計過程更加靈活,但針織服裝采用半成形、成形或全成形編織,因缺乏可參考樣板而無法采用輔助工藝軟件進行參數化設計[3-4],制作過程中需根據試織小樣不斷修改。為縮短針織毛衫的設計時間,節省人力物力,學者們借鑒傳統服裝制版原理和方法,結合成形工藝生成了針織服裝版片模型[5-6]。上述研究豐富了針織服裝版片的設計方法,拓展了參數化設計思路,但現有針織服裝版片多在梭織基礎上直接變化而來[7],雖然范友紅[8]從人體體型特征出發,在服裝結構原理的基礎上對傳統毛衫進行了尺寸版型和工藝算法的優化,但仍無法消除省道對毛衫樣板的影響。

基于此,本文設計了針織毛衫基礎樣板,利用圓弧特征對領口曲線、袖窿曲線及袖山曲線進行擬合,探討各部位間的幾何、位置及函數關系,提出參數約束方法,并通過合體毛衫的制作來驗證樣板的準確性,以期提升針織毛衫版片設計的靈活性和高效性。

1 針織毛衫基礎版片設計

在針織毛衫設計過程中,由于缺乏可參考的版片,工藝師多靠經驗來進行針織毛衫的工藝設計,該過程需反復調試且工藝復雜。為提高工作效率,可結合梭織服裝制版方法來制作針織毛衫版片。

1.1 基礎版片號型尺寸

依據GB/T 16160—2017《服裝用人體測量的尺寸定義與方法》進行人體上半身尺寸測量。女羊毛衫成品規格的“號”以人體身高4 cm為檔差,“型”以胸圍跨度5 cm跳檔,在此基礎上總結出女羊毛衫4.5系列成品規格[9],選取150/80A成品規格作為針織毛衫基礎數據,如表1所示。

表1 女羊毛衫成品規格Tab. 1 Finished specifications for women′s sweaters

部分針織毛衫尺寸間存在著相應的數學關系:

1.2 基礎版片設計

根據表1給出的尺寸數據,結合羊毛衫的制版方法[10],在服裝制版軟件中以衣長、胸圍、袖長和袖寬數據為基準繪制針織毛衫基礎版片,如圖1所示。結合服裝制版原理和方法,針織毛衫前片和后片將胸圍、腰圍、肩寬、后領口寬等圍度尺寸等量劃分,袖片圍度尺寸增加1倍。為滿足后續操作的工藝要求,針織毛衫曲線部位開始和結束時設置平搖段,收放針段設置為三段式收放針狀態。雖然圖1中示出平搖段的具體數值,但這些數值并不完全固定,設計師可根據設計需求更改。

圖1 針織毛衫基礎版片Fig. 1 Basic pattern of knitted sweater. (a)Body piece;(b)Sleeve piece

因袖子與衣身間存在夾角,領部存在領邊彈性,衣身與袖子對位縫合時會將肩部尺寸拉寬,導致成品規格出現誤差。為在版片設計的過程中消除拉伸變形帶來的誤差影響,在易變形的部位設置修正系數(S),以使版片中部分尺寸數值增大或減小,能夠有效抵消部件拉伸帶來的尺寸變化。調整肩寬選用的修正系數通常為0.95,袖口寬和袖尾寬的幅度比胸寬幅度小,袖子受到的牽拉力較大,導致袖長被拉長,袖寬變瘦,袖長修正系數(C)可設置為0.97,袖寬修正系數(K)可設置為1.05。

不同于傳統服裝制版方法,針織毛衫去除了后肩省量和前袖窿省量,且袖窿弧線與肩線間存在較大夾角。這是因為在縫紉過程中前片、后片和袖片之間相互拉伸,如圖2所示。再加上肩部修正量和領邊彈性,衣身松量因線圈拉伸變形而消除,即使胸腰差較大的號型也能保持衣身平整。

圖2 毛衫袖窿拉伸變形Fig. 2 Tensile deformation of armhole curve

2 針織毛衫曲線約束

針織毛衫結構包括直線和曲線結構,曲線多存在于領口、袖窿及袖山部位,這些曲線是由多段圓弧構成的樣條曲線。參數化設計時,復雜的樣條曲線不能一步生成,需利用圓弧進一步分解[11],考慮到計算量及運行快慢,應在順利約束的前提下保證圓弧數量最少。

2.1 領口曲線的參數化模型

針織毛衫的領口曲線根據款式進行設計,針對圓形領口,領口曲線底部彎度大,越往上曲線彎度越小,形成“U”曲線,如圖3所示,相對應的收針方式也應由快到慢。為匹配領口形狀和彎度變化趨勢,在領口曲線收針部段采取三段式收針方式。

圖3 領口曲線設計Fig. 3 Design of neckline curve. (a)Neckline shape;(b)Neckline forming process; (c)Finished neckline

由圖1可知,后領口曲線由多段直線構成,可直接進行數據約束,手動微調后可形成弧線造型。在參數化設計過程中,采用3段半徑分別為r1、r2和r3的圓弧擬合前領口曲線,如圖4所示。

圖4 前領口弧線參數化模型Fig. 4 Parametric model of front neckline arc

確定領直位A0A1和領平位A4A5的長度后,A1、A4位置隨之確定。過A1、A42點分別作切線交于O,連接3點可形成直角或鈍角三角形。A2為直線A1O的三等分點,A3為直線A4O的二等分點,在A2A3上取點P,使A1A2=A2P,則P為圓弧公切點,過切點A1和P做半徑為r1的圓弧。連接P、A3、A43點,取角平分線交點P1,P1既為內心,又為圓弧公切點。過P、P12點作半徑為r2的圓弧,過P1、A42點作半徑為r3的圓弧,3段圓弧共同構成前領口弧線。設3個圓弧圓心角分別為α1、α2和α3,A1O=y1,A4O=x1,∠A2OA3=θ1,∠PA3A4=θ2。可知:∠OA2A3=α1,∠A3PA4=α2,∠PA4A3=α3,A1A2=y1/3,A2O=2y1/3,A3A4=A3O=x1/2,θ2=θ1+α1,則:

2.2 袖窿曲線的參數化模型

針織毛衫袖窿曲線與人體臂根圍相吻合,如圖5(a)、(b)所示,曲線在臂根圍底部彎度大收針快,越往上彎度越小收針放緩,形成“C”曲線。為匹配袖窿形狀和彎度變化趨勢,收針區域采取由快到慢的三段式收針狀態,袖窿成品如圖5(c)所示。

圖5 袖窿曲線設計Fig. 5 Design of armhole curve. (a) Armhole shape;(b) Armhole forming process; (c) Finished armhole

用半徑為R1、R2、R3的圓弧和半徑為L1、L2、L3的圓弧擬合前袖窿和后袖窿曲線,如圖6所示。

圖6 前后袖窿曲線參數化模型Fig. 6 Parametric model of front (a) and back (b) armhole curves

設前袖窿曲線3個圓弧的圓心角分別為β1、β2和β3,C1M0=y2,C4M0=x2,∠C2M0C3=δ1,∠QC3C4=δ2,可得:

設后袖窿曲線3個圓弧的圓心角分別為γ1、γ2、γ3,D1N0=y3,D4N0=x3,∠D2N0D3=φ1,∠GD3D4=φ2,則后袖窿曲線的計算公式如下:

經公式換算,可知前袖窿曲線與y2、x2,δ1相關,后袖窿曲線與y3、x3,φ1相關。設定前袖窿直位C4C5和后袖窿直位D4D5的長度,對x2、y2、δ1、x3、y3、φ1這6個變量參數進行約束,便可得到對應的前袖窿曲線和后袖窿曲線。

當δ1和φ1為直角時,x2、y2、x3、y3取最大值,袖窿曲線收針走勢較為圓順,與夾直位和夾平位順暢銜接,此時:

當δ1和φ1為鈍角且取值逐漸變大時,x2、x3、y2、y3取值隨之變化,此時袖窿曲線收針走勢加快。為保證袖窿曲線與人體臂根圍的基本一致性,δ1和φ1的取值不宜過大。

2.3 袖山曲線的參數化模型

針織毛衫袖窿和袖山曲線縫合在一起的绱袖線與人體臂根圍重合,人體袖山皮膚平面展開圖如圖7(a)所示。為適應肌理走向,袖山成形工藝存在快慢收針區,如圖7(b)所示。此外,為降低廢片率、便于操作,快收針開始以及袖山頭部快放針結束時需設置平搖[12]。綜合來看,袖山曲線存在“平收-快收-慢收-快收-平收”的多段式收針狀態,形成“S”曲線,袖片成品如圖7(c)所示。

圖7 袖山曲線設計Fig. 7 Design of sleeve top curve. (a) Sleeve top skin plane; (b) Shaped sweater sleeve top curve; (c) Finished sleeve top

若參照領口和袖窿曲線的設計方法,“S”曲線需先分割為多個“C”曲線,再進行圓弧擬合。但袖山曲線的彎曲弧度變化更為復雜,圓弧擬合的方法不利于快速操作。為簡化袖山曲線的操作程序,利用貝塞爾曲線B(t)模型[13]進行參數化設計:

式中:Pi為曲線控制點,給定點坐標為(x,y);P0為起點;Pn為終點,n為從0開始的順序標簽;i表示標簽中的第i個點;t代表時間,t∈[0,1]。

圖8示出袖山曲線參數化模型。由于針織毛衫袖片自下而上依次編織,袖山曲線的起點即為圖中的E1和E3點,向上編織時遵循多段式收針的方法,2點之間形成的曲線可根據實際情況進行調整。

圖8 袖山曲線參數化模型Fig. 8 Parametric model of sleeve top curve

3 合體毛衫參數化制版

參數化制版是通過幾何約束定義圖形對象間的幾何關系,通過標注約束定義參數和函數表達式使圖形對象間產生尺寸關聯。在生產制作過程中,針織毛衫多是自下而上順序成形,參數化制版過程也應按照針織毛衫的編織方式進行設計。

3.1 各部位約束關系

這一下震驚了李老師，李老師就是有學生來告狀，然后就發現了這些罪證。看見這些東西，李老師的臉也紅了，整個辦公室的老師們得知情況后都傻了，李老師意識到情況很嚴重。但怎么樣也想不到原因是周小羽講的這樣，因為她當時也沒容許周小羽再分辯。她當時就在心里想，哪個老師看見會不生氣啊！在她看來，這些畫充滿著黃色和暴力，有些是男女一起的，有些是打架的，有一張李老師記得很清楚，那就是一個人被綁在板凳上，旁邊一個人在拼命地用灌木刺打著。那畫面讓她想起電視上那些私設刑罰的場景。這么一個小孩子，哪里學來的這些東西，所以，她是一定要上門家訪的。這個孩子這樣下去就不行了！

圖9 針織毛衫衣片約束Fig. 9 Sweater pieces of constraints. (a) Back piece; (b) Front piece; (c) Sleeve piece

完成幾何約束后,結合橫編設計方式進一步對版片施行標注約束,約束內容為各部件的尺寸函數關系。為貼合針織毛衫設計及編織理論,選擇自下而上進行約束,各部位約束點如圖10所示。

圖10 針織毛衫衣片約束點Fig. 10 Forming sweater piece constraint points.(a) Front piece; (b) Back piece;(c) Sleeve piece

根據圖9、10中給出的約束內容及約束點,結合毛衫版片結構關系,以及領口、袖窿及袖山曲線的參數化制版過程,可獲得針織毛衫衣片各部位間的函數關系,如表2所示。將表中的約束對象及表達式輸入參數化制版軟件中,對版片進行標注約束,各部位相互關聯,可以進行動態修改和調整。

表2 針織毛衫衣片標注約束數據Tab. 2 Forming sweater patch annotation constrain data

3.2 用戶參數設計

根據幾何約束和標注約束的數據,確定用戶參數,即用戶在進行版片設計時,需要在軟件中輸入的數據有衣長、腳高、腰高、胸圍、腰圍、前領深、后領深、后領寬、肩寬、袖長、袖口、袖寬、袖羅。

用戶參數確定成品直線部位的基本圍度和長度尺寸,并為曲線部位定下基礎位置。根據款式造型對應修改用戶參數,成品尺寸會相應放大或縮小,袖口羅紋、衣擺羅紋的位置也會因參數的修改而有所不同。除以上用戶參數外,還需輸入曲線約束模型中x1、y1、x2、y2、x3、y3、θ1、δ1、φ1的數據。這些數據決定成品曲線部位的圍度和長度尺寸,其中長度數據與角度數據相關聯,角度趨于直角,成品的袖窿曲線弧度越平緩,袖窿處可容納空間越大。

4 實例驗證

為驗證參數化設計的合理性,利用AutoCAD軟件制作合體毛衫版片,在Stoll M1plus花型設計系統中輸入尺寸數據生成工藝文件,采用德國Stoll CMS530 7.2 G電腦橫機上機編織,經人工縫合、水洗、整燙等操作后,評價毛衫合體性。

4.1 樣板生成

選取實驗室女性假人模特作為被試者,依據標準中規定的測量方法,對假人模特進行測量標記,獲取凈體尺寸為:胸圍82 cm,腰圍65 cm,肩寬32 cm,背長38 cm,頸中圍31 cm,臂長60 cm。

圖11示出合體毛衫的款式圖,根據款式圖特征,設計合體毛衫各部位的成品規格。

圖11 合體毛衫款式Fig. 11 Fitting sweater style

4.2 工藝設計

該實例目的在于驗證樣板的合體性,對所用紗線及組織花型無過多限制要求,原料選擇80 tex奶白色蠶絲絨和80 tex深棕色蠶絲絨;組織工藝選擇:袖片和衣片起底為2×2羅紋組織,袖身和衣身為挑孔組織。在Stoll M1plus設計軟件中輸入各部位尺寸數據,在電腦橫機上編織與毛衫各部位組織結構、紗環長相同的織片,得到各部位組織的密度,起底與主體部位的橫密和縱密均分別為6縱行/cm、10橫列/cm。

將合體毛衫版片轉化為對應的編織工藝,對細節處進行微調后上機操作,成形工藝轉換方法為

X=lPm,Y=hPn

式中:X為工藝針數;Y為工藝行數;l為紙樣寬度;h為紙樣高度;Pm為成品橫密,縱行/cm;Pn為成品縱密,橫列/cm。

4.3 實物展示

毛衫衣片編織完成下機后,拆除起底及封口的廢紗,將獲得的衣片進行手工縫制,經檢驗、水洗、整燙后穿套在假人模特上,其效果如圖13所示。

圖13 合體毛衫成品Fig. 13 Finished fitting sweater

由圖13可見,針織毛衫與模特合體度高,線圈不存在過度拉伸,穿著過程中無不良尺寸現象。對成品尺寸進行測量并計算誤差率,結果如表3所示。

表3 合體毛衫成品尺寸規格Tab. 3 Size specifications of finished fitting sweater

由表3可知,樣板規格尺寸與成品規格尺寸略有誤差,但誤差較小,誤差率控制在±3%以內。由于在編織及后整理過程中存在一定的機器和人工誤差,設計規格與成品規格之間必然會出現尺寸不一致的現象,穿著過程中線圈拉伸變形可消除誤差。

5 結 論

本文在傳統服裝紙樣設計原理和方法的基礎上,結合成形工藝進行針織毛衫基礎版片的設計,針對針織毛衫領口曲線、袖窿曲線、袖山曲線等無法直接進行參數化約束的曲線部位,利用圓弧擬合的設計方法,通過對曲線相關數據的約束來間接實現針織毛衫曲線部位的參數化設計。根據各版片關鍵點間的位置、幾何及數學關系進行毛衫整體約束,當改變其中一個或幾個參數時,各部位的約束條件生效,可自動生成所需針織毛衫版片。通過上機編織和假人模特試穿,驗證了針織毛衫版片參數化設計的合理性。

在針織毛衫版片設計的過程中,整個設計流程能夠利用軟件快速及時地調整樣板,實現服裝設計與樣板生成的一體化,解決了針織毛衫樣板存在的合體性差、設計制版周期長等問題。