常 薇,許旭兵
(1.東華大學 服裝與藝術設計學院,上海 200051; 2.東華大學 現代服裝設計與技術教育部重點實驗室,上海 200051;3.東華大學 上海市紡織智能制造與工程一帶一路國際聯合實驗室,上海 200051;4.江西服裝學院 服裝設計學院,江西 南昌 330201)
褶皺服裝是服裝設計中獨具特色且頗有歷史背景的一類服裝款式。中國古代歷史中,“褶”稱“襞積”,隨著時代變遷,對于“褶”的概念較多,可稱褶皺、褶裥、壓褶等,主要表現為面料肌理的再造過程。服裝史料記載13世紀哥特時期出現的省道實現了服裝設計從二維空間到三維空間的轉化,解決了人體各部分的活動功能性[1]。然而“褶”與“省”的關系密不可分,制褶可省略服裝制版中的省道結構,且兼具裝飾性與功能性。
褶元素常運用于服裝的細節與局部設計,也可以覆蓋整個服裝。褶皺服裝的文化發展大概經歷從寬衣文化到窄衣文化的過程,Mariano Fortuny Madrazo 的褶裙,即Delophos robe 麻質帶褶裙;三宅一生褶,即100%滌綸熱壓機壓褶,將面料、靜態人體和動態人體三者聯系起來,如“pleats please”系列設計等[2];近十年的褶時尚多為高級成衣和T臺時裝等。2023年2月27日,服裝產業中智慧制造下的新政策、新法規陸續出臺,國家相關部門印發的《數字中國建設整體布局規劃》[3]指出傳統制造產業逐漸邁向新興產業,實現加快發展之路。目前,搜索關鍵詞“褶”“服裝”“數字化”,近30年學術呈上升趨勢,有望解決服裝設計思維創新及工藝技術流程中的難題。
本文綜述了數字化進程中褶皺服裝創新設計的研究現狀,介紹了相關褶皺服裝數字化創新的主要研究方法,并對其發展趨勢以及面臨的應用前景進一步展望,在維度互換的褶皺服裝虛擬設計中具有重要意義。
褶皺服裝的詳盡歷史背景可從中國服裝史、西洋服裝史及少數民族服裝史中探究。中國服裝史[4]中褶皺服裝可追溯到漢代趙飛燕的留仙裙,隨后到唐代的石榴裙,再到元代的質孫服和辮線襖子,都是窄袖緊身下作細褶裙式的戎服,最后到明清時期的月華裙、馬面裙、魚鱗裙等。同時,古代中國褶皺服裝的工藝華麗多樣,有工字褶加順風褶、褶裥與鑲或滾結合、褶裥與刺繡結合等工藝[4]。西洋服裝史[1]中的褶皺服裝最早出現于古埃及十八王朝男子的褶裙,稱“衫提”。隨后的褶皺服裝,如古希臘時期的“多利亞式希頓”與“愛奧尼亞式希頓”,古羅馬時期的“托加”,德意志時期帶立領的小披肩“克拉”,西班牙時期獨立服裝之外的領式“拉夫領”[5]。直到巴洛克及洛可可時期,服裝以大膽的豪華形式為特征,細碎蕾絲花邊褶裥裝飾于袖、腰、領等部位[5]。比較中西褶皺服裝的區別可看出,中國傳統服飾中的褶裥設計,不強調褶裥細節設計,重點在表現人的神韻以及追求意境,多為寫意的效果。褶皺作為服裝細節的一部分,在少數民族的服裝中也有廣泛應用,如苗族的百褶裙、江南勞動人民的褶裥作裙等[6]。
服裝數字化[7]即以數字化信息技術為基礎,以數學、計算機、網絡技術為依托,通過對服裝設計、加工、營銷等環節中的數據信息收集、整合、存儲、傳輸和應用,最終實現企業資源的最優化配置。褶皺服裝數字化創新趨勢明顯,從外部宏觀環境來講,提出生態環保節能減排理念,有待褶皺服裝產業轉型升級,轉變經濟增長方式;從企業內部生產來講,針對褶皺服裝的造型特點、工藝需求等缺少數據整理,產業鏈各環節競爭激烈,存在有待數字化技術與藝術融合的創新突破點,如不同褶型設計與壓褶機器自動生成之間的關系;面料(性能、色彩等)與壓褶工藝(溫度、速度等)的數據定量關系;壓褶服裝成衣制作中的號型一致問題;壓褶服裝定制中的虛擬成形可視化問題;壓褶工藝下單環節系統自動生成問題等,即褶皺服裝的數字化升級在服裝的設計研發、工藝技術及產品營銷等方面意義重大。
基于褶皺服裝造型、結構或風格設計的研究較多。從褶皺的方向上分類,可歸為懸垂褶[8]與直線褶[9];從褶皺的節奏韻律上分,可分為規律褶與不規律褶[10];從褶皺的造型形態上分,可分為自然褶[11]與仿生褶[12]等。褶皺造型因考慮人體的穿著服用性能,在留出活動放松量的同時,省略了省的結構,實現了服裝實用性與裝飾性的統一。
1.1.1 新形態曲線的數字造型
褶皺的主要造型形式是一種在空間內追求節奏與韻律美的曲線造型。21世紀初期,隨著智能服裝款式結構設計CAD系統中服裝三維模塊的開發,服裝的整體三維款式和褶皺效果顯示得以創新性實現[13]。王銀輝等[14]利用 SharGL求值器把各個拾取點繪制成NURBS曲線,提出了一種空間曲線造型方法,對于數字化三維服裝設計系統具有重要意義。沈奕君等[15]通過三維參數化技術為服裝新形態構建提供變化的邏輯結構,運用三維曲面建模軟件Rhino 結合 Grasshopper 對服裝整體造型和衣片三維立體結構進行參數調整,再根據曲線曲面造型的審美需求逐步做出微調,得到更加生動、逼真的服裝造型,圖1所示為三維曲面建模軟件Rhino構建的現代服裝新形態。

圖1 三維曲面建模軟件Rhino構建現代服裝新形態Fig.1 Rhino (3D surface modeling software) constructs new forms of modern clothing.(a) Grasshopper battery diagram; (b) Output effect diagram; (c) Front; (d) Lateral front; (e) Lateral back; (f) Back
1.1.2 局部褶皺的數字造型
褶皺造型在服裝局部設計中的應用較多,利用計算機圖形學技術,對局部褶皺形態的數字化造型嘗試也較廣泛。以OpenGL接口為基礎,王小波等[16]研究開發了一種針對婚紗裙擺造型的三維虛擬仿真設計方法,提出了褶皺裙擺模型參數化設計,包括裙擺尺寸、裙擺高、裙擺波浪數量、裙擺波浪大小和裙撐廓形等參數化設計模塊;三維仿真模型建立部分分為網格化模型建立、實時光照模擬和三維虛擬仿真設計效果展示模塊,為設計師提供了新的數字化設計工具,也為消費者和設計師提供了新的溝通交流平臺,如圖2所示為褶皺裙擺模型參數化設計效果展示。另外,許思涵等[17]提出折紙藝術在數字化服裝上的應用,運用CLO3D軟件將折紙工藝在二維平面上通過翻轉、傾斜、折、疊、推、拉、插等不剪不貼的方法進行重復折疊或結合,以此來實現服裝從二維到三維的轉變,如圖3所示為折紙工藝在數字化服裝上的局部展示。

圖3 折紙工藝在數字化服裝上的局部展示Fig.3 Partial display of origami technology on digital clothing
1.1.3 整體褶皺的數字造型
Wang[18]基于Style 3D提出全新創意思路,從服裝材質入手,開發了一個深度學習系統,用AI預測面料模擬參數,從而實現面料懸垂或褶皺的虛擬效果。具體過程為使用懸垂測試儀的多視角深度圖像來捕捉面料樣本的懸垂形狀,將其作為DNN框架的特征向量進行推斷,最終得到彎曲剛度參數。再與模擬器一同為訓練網絡提供樣本數據,最終訓練出一個預測模型ResNet-18?;赟tyle 3D的服裝褶皺造型設計與應用,可采用經典褶皺面料的塑形藝術手法,使用Style 3D實現褶皺造型的快速成衣表現,提升直觀視覺效果,圖4所示為Style 3D軟件中2D版片虛擬縫合及3D模擬褶皺造型服裝效果[19]。

圖4 2D版片虛擬縫合及3D模擬褶皺造型服裝效果Fig.4 Clothing effect of 2D plate virtual stitching and 3D simulation of fold modeling
1.2.1 基于面料性能的數字褶皺服裝
服裝面料性能與褶皺的造型手法、形態塑造及結構設計密不可分,不同性能面料在褶皺服裝中的應用也較多,如桑蠶絲壓褶[20]、針織褶皺[21]、皮革褶裥[22]等。采用數學或物理方法進行服裝模擬是一個具有挑戰性的多學科綜合研究領域,已成為自30年代以來幾個不同領域研究者共同研究的課題[23]。徐軍[24]利用圖像處理系統及懸垂儀測試系統,分析了現有織物懸垂性模擬仿真的各種模型,提出織物懸垂性的數字化研究技術,指出這些模型的仿真原理和特點并對仿真效果做了闡述,對實現褶皺服裝的數字化創新設計具有重要意義。
隨后,研究褶皺面料性能的數字化應用細分到機織面料及針織面料,如桑蠶絲織物虛擬化的懸垂對比研究[25],紡織面料虛擬化聚焦于多品類絲綢面料,通過CLO3D、C4D搭建虛擬實驗環境,并利用MatLab對真實實驗和虛擬懸垂測試得到的懸垂圖像進行圖像處理進而得到懸垂指標,參考真實絲綢類面料的懸垂性來進行虛擬絲綢懸垂性實驗并對比之間的差異,從而驗證絲綢類面料懸垂虛擬化的可行性。此外還有局部編織對針織短裙褶皺造型影響的研究[26],即運用圖像處理技術,提取針織短裙外輪廓造型特征的客觀參數指標,探究局部編織變量與針織物褶皺造型之間的定量關系。
1.2.2 基于面料絲綹的數字褶皺服裝
面料的絲綹影響褶皺服裝中褶紋成形后的衣身平衡和形態穩定,且在褶皺服裝的立體裁剪過程中發揮重要作用。蔣紅英[27]提出絲綹分析法在褶皺服裝立體裁剪中的應用,指出褶皺兼具功能和裝飾作用,與省道和分割線同為服裝結構設計的重要元素。在數字化創新領域,張亞丹等[28]從不同面料入手,利用CLO3D軟件模擬面料屬性,探究不同成分、厚度及經緯紗面料在直裁、斜裁下A字裙服裝款式的變化。如今,一般通過VIZOO、Mura等設備掃描面料以實現面料數字化[29]。掃描后的面料可以構建完整的數字面料庫,進而將服裝設計環節轉移至線上完成[30]。
1.3.1 三維立體褶皺打印技術
褶皺服裝的工藝研究多體現在版型結構、高科技工藝與各種面料的應用研究,三者工藝結合交相互映。版型結構與各種新型面料的應用如李暖暖等[31]提出面料以及服裝的仿生褶皺工藝主要有機器生產、手工制作及手工與機器相結合3種。高科技工藝應用研究如艾里斯·范·荷本運用3D打印技術與動能藝術裝置相融合,創造性地展現了服裝仿生褶皺的無限魅力,突出了仿生褶皺在服裝造型中的特殊性與多樣性[32]。高科技工藝及各種新型面料的應用如以色列時裝新銳設計師Noa Raviv[33]將褶皺服裝工藝融合3D打印元素、復雜平面圖案和變形的網格,探討面料軟、硬與身體視錯知覺的互動,以希臘雕塑為靈感,采用薄紗和絲綢制作了一系列3D立體打褶織物薄紗印花服裝,如圖5所示。藺明凈等[34]提出基于折紙褶裥的3D打印服裝系列“Fold the Interfashionality”,該系列服裝以“參數化設計、服裝、3D打印、身體”為STEAM設計方法論,即使用參數化工具創建建筑形態,又將各個領域(服裝、紡織、手工藝)的知識融入服裝設計,探討3D打印對于人體結構和運動形態的影響,以此衍生了新的褶皺服裝數字設計方式,如圖6所示。

圖5 Noa Raviv 3D立體打褶織物薄紗印花服裝系列Fig.5 Noa Raviv 3D Pleated fabric tulle print clothing series

圖6 3D打印褶裥的數字造型Fig.6 Digital modeling of 3D printed pleats
1.3.2 二維版型中褶皺結構展切
近年基于服裝CAD制圖軟件與 CLO3D展示軟件的數字化虛擬試衣的應用層出不窮,具有代表性的研究如宋艷輝[35]用切展法在富怡CAD中展示出收褶、放擺、收省、分割等造型效果,使服裝更加貼合人體。董禮強[36]使用 CLO3D技術創建3D虛擬人體,在此基礎上進行衣身、衣領、衣袖、褶裥等結構設計,并在三維虛擬環境中快速實現立體服裝造型。黃紫薇等[37]利用富怡服裝CAD制圖軟件與 CLO3D展示軟件,以女裙褶裥的平面結構為出發點,探討了褶量來源、褶裥類型與設計位置的適應性,并結合工藝技法及面料特性,提煉出褶裥的實施要素,為褶裥在女裙中的完美展現提供一定的指導。
褶皺服裝中色彩與圖案的應用主要包括刺繡、扎染、二維圖案的立體轉化、數碼印花及3D打印技術,其中刺繡圖案在褶皺服裝中有較為詳實的研究,如王艷香等[4]通過裙裝實物測量分析近代裙裝中褶裥的造型及代表性褶裥的制作工藝,一般2種及以上褶裥組合與鑲、滾、刺繡等工藝結合,應用的刺繡圖案及裝飾規律呈現規則對稱式樣。在數字化創新應用中,褶皺服裝中色彩及圖案的呈現主要表現為數字化復原褶皺服裝圖案、數碼印花視錯褶皺紋理及數碼印花褶皺缺陷檢測。
1.4.1 數字化復原褶皺服裝圖案
復原古代及少數民族褶皺服裝圖案及數字化展示應用的研究較多,如黃玲玲等[38]借助服裝數字化技術對瑤族女子服裝進行虛擬仿真設計,使用服裝 CAD 進行平面結構模型建立,利用Photoshop、Adobe Illustrator軟件進行紋樣圖案的建模,最后在 CLO3D 中完成服裝的虛擬縫合和展示,實現了對傳統服裝結構、圖案紋樣、工藝技術的虛擬仿真復原。張冰潔等[39]對苗族圖案數字化采集與存儲、數字化軟件應用、數字化展示等進行研究,通過創建PC端數據庫、改進數字圖像處理技術、AR 技術與VR技術等實現了數字化傳承開發研究。另外,敦煌壁畫中飛天人物形象的褶皺服裝造型較多,付心儀等[40]對敦煌莫高窟煙熏壁畫的數字化色彩進行復原研究,利用實地調研、模擬實驗、機器學習、算法設計等方法對壁畫形象變色后褶皺服裝數字化復原。
1.4.2 數碼印花視錯褶皺紋理
在數碼印花圖案中,視錯圖案可應用于呈現視覺立體空間褶皺造型的另外一種嘗試,如常薇[41]提出運用服裝色彩“視錯覺”圖案協同面料外觀特征,可在原有面料的外觀基礎上,進行類似效仿織物視覺效果的造型形式,如圖7所示。魏文達等[42]針對扭曲視錯服裝外觀圖像缺乏客觀評價方法的問題,將 Tamura 紋理特征用于扭曲視錯服裝的研究,通過改變線條寬度、旋轉扭曲角度和顏色參數進行二次設計,運用 CLO3D虛擬試衣軟件模擬著裝效果。

圖7 數碼印花視錯褶皺紋理Fig.7 Digital print optic fold texture
1.4.3 數碼印花褶皺缺陷檢測
現有研究常采用數字化技術檢測服裝數碼印花中因面料變形導致的面料污點沾色及褶皺等印花缺陷,如基于加速穩健特征算法(Speeded Up Robust Features,SURF)的數碼印花缺陷檢測系統[43],通過SURF算法來進行圖像配準,采用雙向唯一性匹配法減少誤配點,實現圖像精準配準,并通過差分算法來提取缺陷信息;另有基于機器視覺的數碼印花缺陷檢測系統[44],也有基于高光譜成像技術對紡織品進行非接觸式一次性掃描成像,通過計算機處理從光譜數據中提取精確完整的顏色信息,實現了基于高光譜成像技術的紡織品色彩管理的顏色快速自動測量[45]。
為客觀評價服裝褶皺狀態,一般采用圖像處理技術對服裝的褶皺信息進提取、處理、分析和評價。如從百褶裙中提取褶皺數量、褶皺深度、褶皺寬度和褶皺不勻度等為服裝褶皺評價指標,以對服裝表面褶皺視覺效果進行數字化描述[46];或利用圖像處理技術對女式襯衫著裝后不同姿勢形成的褶皺狀態進行采集[47];亦可應用于服裝樣板弊病檢測及修正[48]。
韓燕娜[49]采用三維激光掃描儀掃描AATCC 織物褶裥模板和織物褶裥,用GEOMAGIC 軟件對掃描得到的數據進行預處理后,分別提取模板和織物的褶裥特征值,通過多元線性回歸建立模板褶裥等級與特征參數之間的關系,對織物褶裥進行客觀評價。方蘇[50]以標準樣板AATCC-88為研究對象,使用三維激光掃描儀獲取點云數據,通過提取特征參數與褶裥等級進行線性擬合分析,建立了織物褶裥等級客觀評價模型。
褶皺服裝的傳統研究方法通常為研究褶皺與布料之間關系、人體各部位的褶皺特點、褶皺與力之間的關系等。數字技術支撐下褶皺服裝數字化研究方法呈現創新趨勢,可分為參數化設計的三維建模、模塊集成的數字化呈現、導入導出特征數據模塊。
參數化設計的重要性在于開啟了通過數字手段生成建模系統以及利用數字技術的潛能催生新的結構的可能性[51]。目前服裝設計領域,在計算機輔助設計和輔助制造(CAM)技術的發展下,可解讀和處理造型參數。針對褶皺服裝,其解決路徑主要分為2步:一為獲取參數設計的數字化機器,如SharGL求值器、織物懸垂儀器等;二為整理計算機三維建模的軟件,如NURBS曲線建模軟件等。可利用 SharGL求值器把各個拾取點繪制成NURBS曲線,進行空間曲線造型;利用圖像處理系統及懸垂儀測試系統,分析織物懸垂性模擬仿真的原理和特點,并對仿真效果做出闡述。
現今,已開發的成熟計算機軟件及系統為服裝的數字化呈現提供了實現方法,其中包括服裝款式結構設計CAD系統、虛擬三維人體軟件、計算機輔助工藝設計系統、計算機輔助設計軟件等。
2.2.1 服裝款式結構設計CAD系統
自1970年CAD技術被引入服裝行業后,歷經半個世紀的發展,傳統的二維服裝CAD已日漸成熟,現已實現了服裝的款式設計、結構設計、推檔排料、工藝管理等一系列流程的計算機化,在企業和高校中廣泛應用,改變了傳統的手工制版方式,縮短了服裝的生產周期。目前,國外比較著名的服裝CAD制版系統包括美國格柏CAD系統、法國力克CAD系統、西班牙艾維CAD系統、德國艾斯特CAD系統、美國PGM服裝CAD系統;國內主要包括深圳ET服裝CAD系統、航天服裝CAD系統、富怡服裝CAD系統、布易ET服裝CAD軟件、至尊寶紡CAD系統、日升天辰服裝CAD系統等?,F有制版軟件大都具有最基本的款式設計、紙樣繪制、放碼以及排料等核心功能,其中智能服裝款式結構設計CAD系統中服裝三維模塊開發功能,實現了“以用戶為中心”的人機智能交互性設計思維[52]。
2.2.2 虛擬三維人體軟件
CLO3D軟件是一款被廣泛應用于服裝產業的數字化服裝虛擬設計平臺。該平臺可以按照目標人群的實際體型數據,通過計算機的CLO3D平臺創建3D人體模型,實時查看服裝設計的2D與3D同步模擬作品,調整服裝的效果圖和款式設計,同時生成三維CAD結構圖,具有強大的仿真模擬功能,可模擬不同物理屬性面料的質感、懸垂性等。如有研究依據CLO3D軟件中褶皺面料的物理屬性,分別從面料成分、厚度、密度、經緯紗強度等方面對10種面料進行模擬[28]。另外,通過訪問平臺織物庫可提取使用各類面料以及人體模型的虛擬縫制裁片功能,通過3D試衣檢測分析服裝的合體性,最終渲染出動態或者靜態的服裝展示效果,如有研究運用CLO3D軟件,實現了服裝波浪褶版型的設計及展示[53]。
2.2.3 計算機輔助工藝設計系統
計算機輔助工藝設計[54](Computer Aided Process Planning,CAPP)是現代制造業中重要的技術之一。服裝 CAPP 系統主要由信息輸入模塊、工藝數據庫模塊、輸出系統模塊構成。其中工藝數據庫模塊是工藝設計的核心,是隨服裝環境變化而多變的決策過程。近幾年CAPP 的研究開始注重工藝基本數據結構及基本設計功能,如國內的時尚服裝 CAD管理信息系統MIS基本實現了由 CAD 向 CAPP 的過渡,縮短從接單—工藝文件制作—打板—排料至縫紉工段投產的周期[55]。
2.2.4 計算機輔助設計軟件
隨著科技的不斷進步,計算機輔助設計軟件推陳出新,如DC Suite三維虛擬軟件、Style 3D軟件等。由韓國首爾大學研發的DC Suite軟件,可實現三維虛擬面料物理力學性能,支持3D服裝CAD系統,如將樣板2D處理導入DXF格式的樣板文件[56]。
目前褶皺服裝數字化中,構建數字模塊主要在于尋找匹配的特征參數來對客觀物體呈現的褶皺效果進行評價或對客觀事實提出預見性的實施方案。導入與導出特征數據模塊主要依靠計算機圖形學技術(如三維激光掃描儀、高光譜成像系統、激光測試技術等),通過記錄被測物體表面大量密集點的三維坐標、反射率和紋理等信息,快速復建出被測目標的三維模型及線、面、體等各種圖件數據。
“時尚可被視為二維的幾何形狀,但同時也能被轉化成三維的雕塑形狀,在二者之間存在著相互的鏈接[57]。”針對褶皺服裝數字化中虛擬商品展示和虛擬試衣技術等二維圖像向三維重建研究,在拓展創新設計、提高用戶體驗、增強沉浸感方面具有重要現實意義。
“探索面料方面新的可能性,并以面料為基礎進行設計,將重點從剪裁轉移到衣料本身[57]?!眽厚薹b是褶皺服裝中的一大品類,因其高溫定形的面料肌理美感備受消費者青睞,但在壓褶服裝的制作過程中,壓褶工藝技術會使得面料產生縮率變化,對壓褶服裝的三維造型與結構設計至關重要。為實現壓褶服裝設計的合體性,通過數字技術提取相應特征參數對于壓褶面料肌理的二維工藝補充設計及壓褶服裝三維虛擬試衣后不同面料紗線方向放縮量的二維平面版型修正有一定的研究價值。
目前中國正在實施“中國制造2025”規劃,旨在加強制造業創新,促進產業轉型。服裝業產業結構也在不斷改善,從勞動密集型轉向技術密集型。近年來,國內外知名服裝品牌在生產環節或物流上采用數字化系統,用以提升零售店客戶體驗、倉儲管理與供應鏈管理等,因此應構建褶皺服裝數字化的管理體系,加速提升服裝智能制造水平,提高市場競爭力。
云制造技術是信息技術、制造技術以及物聯網技術交叉形成的新興產品。目前,云制造技術在紡織服裝產業中的應用范疇主要集中在紡織服裝產品識別、智能制造自動技術、信息化平臺建設3個維度。未來應積極探索褶皺服裝云平臺制造技術,以期通過技術的不斷深化與融合,對紡織服裝產業的智能轉型升級提供一定的幫助。
本文主要從褶皺服裝數字化的發展現狀入手,通過文獻整理歸納、對比分析的研究方法,從造型、面料、工藝、色彩角度對褶皺服裝數字化的創新應用進行研究,結合客觀評價指標,得出褶皺服裝的數字化進程,明確當前此類服裝數字化發展面臨的問題與未來趨向。針對現有問題及市場需求,未來褶皺服裝數字化設計的研究應重點關注不同維度互換的數字虛擬設計方向,探索云平臺制造技術,加強數字管理體系構建,使得機器產品與數字化生產方式共存,完善服裝整體產業結構。從藝術設計的方式和形式表達、傳達、集合、處理信息,逐漸朝向虛擬試衣、版型修正及可持續設計經營模式發展,通過計算機軟件及系統輔助褶皺服裝設計,在創新設計模式及用戶體驗等方面具有重要現實意義,推動褶皺服裝設計朝向智能化、數字化、自動化發展。