簡析三維服裝參數化造型技術

農旭安，尤文勝

（廣東理工學院，廣東 肇慶 526100）

0 引言

目前，參數化設計在建筑、珠寶、服裝設計等領域有廣泛的應用，在服裝設計中參數化人體模型是研究的重點和難點，本文對三維服裝參數化造型技術進行分析，提出了用人體剖面和人體輪廓線來生成人體模型的新型的參數化造型模式設計。該方法在服裝造型設計的便利性和經濟性方面具有重要實踐意義。

1 參數化人體模型簡介

尺寸驅動幾何變形是參數化人體建模的重要前提，利用輔助變量對其予以調整和優化，從而實現理想的變形效果。參數化造型以傳統幾何造型方法為基礎，在發展中形成了一種更為抽象化的方法。其在表達人體模型形狀特征的過程中合理地應用幾何約束，以十分抽象的特征參數表達人體的外部幾何特征。

空間幾何變形是造型技術中的關鍵。按照相對科學的人體特征參數來變形和調整。以標準化的變形方式來確定滿足規范要求的人體模型。參數化通常指的是模型構建中的關鍵尺寸、派生尺寸以及自由尺寸，主導因素應滿足的條件就是設計中的關鍵尺寸，關鍵尺寸所派生出來的限定條件即為派生尺寸，可變化且無約束性的尺寸即為自由尺寸，生活中比較常見的腰圍、胸圍和臀圍就是關鍵尺寸，由此所產生的派生圍線即為派生尺寸。為了滿足客戶的基本要求，三維服裝CAD 當中應建立多種形式和多種規格的人體模型，合理利用特征參數即可獲得系統所需的參數化人體模型[1]。

2 參數化人體模型實現分析

2.1 參數化設計在服裝領域的應用現狀

現階段，參數化設計在建筑領域得以廣泛應用，同時，在珠寶首飾、鞋品、服裝設計中也發揮了十分重要的作用。3D 打印技術從青澀逐漸走向成熟，參數化風格在產品設計中具有較大的發展空間。在國內的發展中，參數化設計必須要有專業3D 軟件的支持，其在服裝設計中也是重點和難點內容。目前研究人員提出了一種跨界學術的理念，學術交流合作也更加頻繁。

參數化設計在服裝領域的應用以參數化的人體為基礎，通過尺度驅動、交互驅動和人體驅動等方式，建立基于參數化的服裝造型模型。在此基礎上，構建了3D 成衣與2D 成衣的可逆映射關系，實現了3D 模型與2D 紙樣的互換。在諸多世界聞名的服裝設計中，設計人員合理利用了3D 打印技術完成了服裝的設計和制作，在模型制作中科學地應用了參數化的設計方式，以六邊形為基礎，采取多種方式最大程度展現設計理念，提取單元元素六邊形，六邊形呈連續排列，然后可采用參數化設計對其加以控制和調整，營造出不同的服裝設計效果。這在充分展現參數化設計優勢的同時，也極大地豐富了服裝造型和服裝結構設計的手段。

在很多西方國家，三維參數化設計在服裝設計領域得到了更為廣泛的應用，發展水平更高，相較于我國技術也更加成熟。知名建筑設計師在LACE 首飾設計中合理地應用建筑美學，在作品中基本的框架均由幾何線條構成，以此為基礎融入參數化特征的基本規律及趨勢，將二者有機結合后，能夠設計出更加時尚和個性化的作品[2]。作品利用參數化建模的方式加強了細節的設計，其結構較為復雜，但是細節細膩，給人以深刻的視覺印象。

2.2 服裝參數化設計的技術框架

服裝參數化設計對象主要由服裝模型元素以及服裝模型構成，參數化中應分別完成元素參數化表達、模型參數化構建以及模型參數化的編輯環節，在服裝設計中，其充分體現了柔性特征，設計中涉及的元素較多，同時模型可采用多種表達方式，其優越性較為明顯[3]。此外其具有較強的層次性，不確定性和多維度性。服裝模型設計中應采取分層構建與編輯的方式，一方面充分展現模型構建的方式和流程，另一方面也更好地實現了參數化設計，有效控制了模型的耦合度，保證了模型設計的整體效果。

服裝參數化設計的技術框架由特征點、特征線、特征面三部分組成，它們都可以構成服飾的基本建模，其中采用特征點與特征線相結合的方法來構造服飾基本建模，對于與服飾的關系不大的情形，采用特征線與特征點相結合的方式來構造，對于服飾基本建模與人體相關的情形，然后使用特征曲面進行構造。通過人體模型中大量特征點的位移，得到服裝模型中的特征點，然后對特征點進行相互約束。最后，通過表面分割得到服裝表面模型。在此基礎上建立了以特征點為依據的服飾基本造型，提出了一種基于三維立體建模技術的服裝造型設計方法。在服飾的各要素中加入一些限制條件，就構成了服飾的參數化曲線網絡，這就是服飾的特征框，利用輪廓線建立了服飾基本造型，并對服飾進行造型。將人體表面視為一種無縫的衣服表面，對該表面經過均勻偏移、水平凸化、縱向懸掛等處理后，即可形成衣服表面，該方法是在衣服基本造型的基礎上建立的。由此可見，基于人體模型的服裝參數化設計框架更能夠體現參數化造型設計的特點。

2.3 腰部

（1）變形原理

腰部區域一般在下胸線和上臀線間，在構建參數化人體模型的過程中，需要水平切割多層腰部輪廓，并將相鄰的腰部輪廓連接成一個整體，形成腰部的參數化模型。且腰圍線會驅動其他腰圍線變形，從而完成腰部的變形過程[4]。觀察腰部的變化可以發現，腰線變化最大，從腰部前到側面，變化趨于平緩，從腰部側到后面會進一步縮小。前面、側面和后面的變量決定了腰圍線的變化，確定以上變量后中間點可通過對應位置插值得到。

（2）腰圍線變形流程

如圖一所示，a 圖表示腰部圍線位于下胸圍和上臀圍之間。b 圖中，A、C 分別是前后剖面與腰部圍線的前后交點，B 點是左右剖面與圍線的交點，O 點是前后剖面與左右剖面的交點。

圖1 腰圍線變形流程

圖中OA、OB、OC 的變化量主要表示腰部圍線前面、側面及后面的變化量。參數化人體模型發生變化時，應在人體數據庫中與目標人體特征相近的人體模型，其差異通常較小。OC 基本無變化，在服裝當中，從大眾到特體，AB 長度在腰圍長度中的比重不斷提高，BC 長度在整個腰圍長度中所占的比重逐漸減少，前側OA 的變化對AB 的變化量有著決定性作用，而側面OB 的變化則對BC 的變化具有決定性作用。OA 與OB 的比值等于模板人體腰圍線長度與目標腰圍線長度的比值。將數值帶入到計算模板當中即可得出前面、側面和后面的變量[5]。

得到OA、OB 變化量的數值后，腰圍線CB 間的變化量與位置可與O 的角度插值求出，BA 中間點的變化量及位置也可通過其與O 角度插值得出，從而得到全新的腰圍線。

（3）腰部其他圍線的變形

腰部其他圍線B 點位置的參數變量不隨高度變化而改變。根據圍線與特征圍線（腰圍線）的位置關系，得到圍線前面變量（OA）與側面變量（OB）的值，其算法如下：腰部的其他圍線B 點上的未知參數變量不會隨著高度的變化而變化，按照腰圍線與特征圍線的位置關系可獲取OA 與OB 的數值，其算法為：

計算后所得的腰圍線前、側、后面變量值，其中間點應充分按照與中心點所形成的角度來明確具體的方位，此時便完成變形。胸點位置與臀圍的臀凸點位置變化機理基本相同。

2.4 胸部

（1）胸部變形原理

胸部區域主要在上胸圍線與下胸圍線間，在構建參數化人體模型的過程中，在區域內水平切割多層胸部輪廓，并將相鄰的胸部輪廓連接起來，生成參數化的胸部模型。胸圍參數數據對胸圍線的變形具有較大的影響，這對其他胸圍線實現也有著十分重要的作用，可以完成胸部變形。觀察胸部變化后發現前面變化最為明顯，從此處到側面變化量逐漸減少，胸圍線側面到后面的變化量也在逐漸減少。前面、胸點、側面及后面的變化量決定了胸圍線的變化，確定上述變化量后，其中間點可由對應位置的差值獲得，其也反映了胸部水平維度的主要變化特征[6]。胸部其他圍線的變化可借助其他圍線的四點變化獲得。

（2）胸部算法

圖2b 圖顯示了a 當中的剖切胸圍線點集，ABDE 均為圍線點集，FBDG 為圍線凸包，O1 為前后剖面與左右剖面與圍線高度的交點。DO2 與DG 垂直，O2 處于左右剖面上，EA 為前后剖面在圍線高度上的交點，G、F 為前后剖面與圍線凸包的前后交點，H則為左右剖面與圍線的交點。

圖2 胸部算法

O1A 基本無變化。假設O1E、O1H、O2D 的變量比值為0.5D12∶D02∶D12（D0 和D1 分別為模板胸圍長度及目標胸圍長度），用迭代的方式計算出變量值。在求出O1F、O1H、O2D 的變量值后，胸圍線AB 中間點變化和位置可與O1 的角度插值計算得出。D、E 中間的點沿著O2D 的方向變化值可借助O1E 和O2D的變化插值得出。

2.5 臀部

（1）臀部變形原理

臀部主要處于上臀圍線與下臀圍線之間，在構建參數化人體模型的過程中，將該區域的上部水平切割成多個層次的臀部輪廓，并將相鄰的臀部輪廓重新組合連接，形成臀部的參數化模型。臀部的參數影響著臀部圍線的變形，臀部圍線的變形也可引發其他臀部圍線的變形，從而完成臀部變形[7]。

仔細觀察臀部的變化不難發現，臀部圍線變化中后臀凸點變化最為明顯，前面、側面、臀凸點和后面對臀圍線的變化起到了決定性的作用，其中間點可借助對應未知的插值來確定，這也成了臀部水平圍度變化的基本特點[8-9]。

（2）臀部算法，b 中的EBCD 點為臀部圍線的凸包，ABCD 為臀部圍線，O1 是左右剖面與前后剖面的焦點，而O2 是過B 點的垂線與左右剖面的交點，O2B 與O1A 平行，E 為前后剖面與凸包點的后交點，若O11A、O2B、O2C 和O1D 的變化量比值為0.5D12∶D12∶D02∶0.5D12則可以迭代法得到臀圍線變化量值，明確O1A 和O2B 的變化量后，應確保AB 中間的點可沿z 軸移動，以z 值變化明確中間點的變化程度和變化趨勢，此時，ABCD組成全新的臀圍線。

3 結語

總而言之，三維服裝參數化造型技術在服裝造型中發揮著十分重要的作用，其有效提高了服裝造型設計的質量和效率，上文對該技術進行了簡要的分析，同時提出了一種新型的參數化造型模式設計。實踐表明，該方式在服裝造型設計中實現了較為理想的設計效果，值得在該領域廣泛應用。