劉宇飛，李 珩，冀艷波

（1.航宇救生裝備有限公司，湖北 襄陽(yáng)441003；2.西安工程大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院，陜西 西安710048）

0 引 言

在服裝生產(chǎn)過(guò)程中，紙樣設(shè)計(jì)師根據(jù)測(cè)量的人體尺寸數(shù)據(jù)、松量、縫制工藝及縫制過(guò)程中必要的因素，將原始的設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化為可用于縫制的服裝樣片.長(zhǎng)久以來(lái)，這個(gè)過(guò)程通過(guò)3個(gè)方法獲得底樣來(lái)實(shí)現(xiàn)，分別為立體裁剪，直接作圖法（包含比例法）和基型法（包含原型法）.在女褲的制圖中，目前同樣采用這3種方法獲得紙樣來(lái)實(shí)現(xiàn)從褲子設(shè)計(jì)到縫制裁片的轉(zhuǎn)化，立體裁剪屬于立體構(gòu)成范疇，而直接作圖和基型法屬于平面構(gòu)成范疇.

服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，國(guó)內(nèi)外一直以來(lái)皆采用正向設(shè)計(jì)，隨著三維掃描技術(shù)的發(fā)展，逆向工程設(shè)計(jì)越來(lái)越廣泛地應(yīng)用在工業(yè)設(shè)計(jì)領(lǐng)域中.三維掃描在服裝上的應(yīng)用主要集中在三維人體建模和人體特征分析等方面，如黃承亮從理論和實(shí)例驗(yàn)證了三維激光掃描技術(shù)在人體三維建模中的可行性［2］；李鵬飛等提出一種基于三維的Voronoi圖，并利用Delaunay三角剖分性質(zhì)的Crust算法進(jìn)行人體三維重建，實(shí)現(xiàn)人體龐大點(diǎn)云的三角剖分與人體復(fù)雜自由曲面的重建，并得到了360°無(wú)縫隙人體重建模型［3］；楊穎提出了服裝網(wǎng)絡(luò)服務(wù)及在數(shù)字化人臺(tái)方面的需求，并在此需求上構(gòu)建了數(shù)字化人臺(tái)［4］；程達(dá)麗闡述了掃描人體正背面的識(shí)別、肢體的識(shí)別和劃分、關(guān)鍵測(cè)量基準(zhǔn)點(diǎn)和特征點(diǎn)的識(shí)別、特征尺寸提取等方法，得出了服裝應(yīng)用中的主要人體尺寸如頸圍、胸圍、腰圍、臀圍、肩寬、背長(zhǎng)、臂根圍等特征尺寸［5］；溫佩芝等針對(duì)人體點(diǎn)云模型特征點(diǎn)和尺寸自動(dòng)提取的難點(diǎn)問(wèn)題，提出基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的人體關(guān)鍵尺寸提取技術(shù)［6］.逆向工程目前在服裝領(lǐng)域的研究主要集中在人體或服裝曲面的構(gòu)建及展開(kāi)方面，人體曲面作為一種非常復(fù)雜的三維曲面，通過(guò)智能化設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)三維人體特別是服裝曲面的自動(dòng)展平，實(shí)現(xiàn)服裝領(lǐng)域的自動(dòng)智能打板，是很多學(xué)者研究的熱點(diǎn)也是難點(diǎn).馬飛分析了女性體型特征，闡述了點(diǎn)云處理過(guò)程和曲面構(gòu)建的基本理論，用CATIA軟件對(duì)基于省道分割的曲面進(jìn)行初始展平［7］；黃海嶠等對(duì)三角化后的人體模型進(jìn)行C均值模糊聚類的人體曲面分割，基于最小二乘法的多邊形近似及展開(kāi)，最后自動(dòng)生成服裝樣版［8］.人體或服裝三維曲面展開(kāi)技術(shù)，是服裝款式三維設(shè)計(jì)到服裝樣板自動(dòng)生成技術(shù)問(wèn)題的一部分，國(guó)外目前在緊身款式三維可視化設(shè)計(jì)到樣板的自動(dòng)展開(kāi)技術(shù)取得了較大的突破，如以色列的Optitex軟件可在三維人體或人模上直接進(jìn)行緊身款式的三維設(shè)計(jì)并自動(dòng)生產(chǎn)二維的服裝樣板及進(jìn)行虛擬試衣，但對(duì)于具有一定松量服裝的三維款式設(shè)計(jì)到二維樣板自動(dòng)生成，目前并沒(méi)有較好的解決方案.

文中針對(duì)具體的目標(biāo)和服裝品類，提出了相對(duì)簡(jiǎn)單且操作性強(qiáng)的一種褲裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法.主要討論將三維人體掃描數(shù)據(jù)應(yīng)用于平面制圖的褲裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，目前褲子襠部曲線作圖中，皆為近似作圖，而不能真正準(zhǔn)確反應(yīng)出所服務(wù)對(duì)象的襠部真正曲線，如果能夠從三維掃描人體中，通過(guò)逆向工程軟件，得到人體襠部曲線，并以襠部曲線作為褲裝繪圖的依據(jù)和開(kāi)始，那么對(duì)應(yīng)女褲的精確制版則變得相對(duì)簡(jiǎn)單.

1 傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中影響因素分析

1.1 立襠

立襠是指腰圍線至橫襠線的垂直距離，在人體上，指腰圍線至恥骨聯(lián)合點(diǎn)之間的垂直距離［9］.褲子立襠的測(cè)量方法一般，是讓被測(cè)者坐在椅子上，用軟尺自人體腰線量至椅面.立襠尺寸是傳統(tǒng)褲裝結(jié)構(gòu)中的重要因素，傳統(tǒng)的測(cè)量方法不能精確得到個(gè)體直襠數(shù)據(jù).

1.2 后襠縫傾斜度

后襠縫傾斜度是指后襠縫上端處在腰部的劈進(jìn)數(shù)值或角度［10］.對(duì)于個(gè)體而言，由于臀部突起的程度和位置不同應(yīng)該有所差異，而適合于個(gè)體的后襠傾斜度的定位，傳統(tǒng)紙樣中也是以近似的傾斜角度來(lái)確定，不能很好地適合個(gè)體.

1.3 襠寬

結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中襠寬＝前襠寬＋后襠寬［11］.襠寬近似對(duì)應(yīng)于人體腹臀厚度，傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，襠寬根據(jù)褲子的合體程度不同取值不同，這種作圖方法未從人體本身出發(fā)，不能體現(xiàn)真正的人體襠部曲線.

1.4 后翹

褲子的后翹是指后腰縫線在后襠縫處的抬高量.后翹的產(chǎn)生與后襠縫傾斜度有關(guān).如果后襠縫不存在傾斜度，則不需要加后翹；后襠縫傾斜度越大，后翹也越大，反之則越小.褲裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，如不加起翹，后襠縫對(duì)合后，上端會(huì)出現(xiàn)凹角，當(dāng)困勢(shì)越大，則凹角越大［12］.只有將后腰隨勢(shì)劃順，才能消除凹角，后翹除了增加后襠線的長(zhǎng)度外，另外的作用就是解決結(jié)構(gòu)的平衡問(wèn)題.

綜上所述，在褲裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，長(zhǎng)期以來(lái)根據(jù)固定公式算法加之版師經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行褲子襠部曲線的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，沒(méi)有做到真正根據(jù)人體本身的點(diǎn)云數(shù)據(jù)出發(fā)，以人體體型特征為依據(jù)，以逆向工程為手段，對(duì)褲裝結(jié)構(gòu)關(guān)鍵部位的計(jì)算及數(shù)據(jù)選配做到科學(xué)、合理.

2 三維掃描人體數(shù)據(jù)分析

2.1 人體掃描數(shù)據(jù)處理流程

文中人體掃描數(shù)據(jù)處理的目的是得到人體襠部曲線，并以其作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的出發(fā)點(diǎn)，展開(kāi)褲裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).數(shù)據(jù)處理流程為三維人體掃描（Vitus Smart XXL）→人體掃描數(shù)據(jù)預(yù)處理（Scanworx）→襠部曲線提?。≧apidform，imageware12）→襠部曲線完整化（Rapidform，imageware12）→襠部曲線輸出（Auto CAD）.

2.2 實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備

實(shí)驗(yàn)對(duì)象為23歲女性，身高1.66m，體重58.4kg，凈體腰圍68cm，凈體臀圍91cm；測(cè)量條件為被測(cè)者上身著貼身內(nèi)衣，下身著三角內(nèi)褲，室溫18～22℃，相對(duì)濕度30%～40%.

人體三維掃描前準(zhǔn)備工作：（1）確認(rèn)人體測(cè)量著裝和發(fā)式要求，使用特制標(biāo)記點(diǎn)在被測(cè)量者身體各部位進(jìn)行標(biāo)記；（2）確認(rèn)人體測(cè)量的正確姿勢(shì)，認(rèn)真檢查三維人體掃描儀器是否完好.

2.3 三維人體掃描數(shù)據(jù)分析處理

在ScanWorx軟件中對(duì)掃描結(jié)果進(jìn)行相應(yīng)處理，導(dǎo)出不同格式的三維立體圖像文件，如圖1所示，便于進(jìn)行各項(xiàng)數(shù)據(jù)處理，因4個(gè)掃描端口同時(shí)進(jìn)行掃描，故存在4層點(diǎn)云，進(jìn)行點(diǎn)云合并.在逆向工程軟件中，在人體的矢狀面襠部位置添加輔助點(diǎn)，作為襠部曲線前后襠分界位置，通過(guò)輔助點(diǎn)，確定所需要的矢狀切面，如圖2所示，并將其提取出來(lái)，形成一個(gè)點(diǎn)云曲線，使截面曲線完整化，如圖3所示，然后將襠部曲線導(dǎo)入到Auto CAD軟件中按1∶1的比例打印或保存為.DXF文件，便于手工直接制圖或?qū)氲椒b制版軟件中進(jìn)行計(jì)算機(jī)繪圖.

圖1 三維人體標(biāo)記圖像Fig.1 The mark image of 3Dbody scan

圖2 輔助點(diǎn)切面圖Fig.2 The section of auxiliary point

圖3 點(diǎn)云曲線完整化Fig.3 The integration of the points cloud curve

3 基本紙樣建立及評(píng)價(jià)

3.1 基本紙樣建立

傳統(tǒng)的褲裝平面結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)繪圖的大量工作，是通過(guò)平面結(jié)構(gòu)制圖方法得到人體的前后襠部曲線，即使如此，得到的也是近似的襠部曲線，由于是近似處理，往往在成品的褲裝中因襠部曲線不合理產(chǎn)生成品質(zhì)量問(wèn)題.本文褲裝的制圖，和傳統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法不同，不需要立襠這個(gè)規(guī)格尺寸，通過(guò)對(duì)三維掃描中得到的人體數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，直接得到人體襠部曲線，褲裝的制圖以襠部曲線為基準(zhǔn)開(kāi)始進(jìn)行結(jié)構(gòu)制圖，后面的制圖過(guò)程較為簡(jiǎn)單，前襠曲線由于人體腰部突出于臀圍部位，故前襠曲線以人體前襠曲線為準(zhǔn)，后襠曲線以后臀溝臀圍線位置縱向線對(duì)稱得出后襠傾斜度，從而得到后襠曲線，如圖4所示，褲裝基本紙型的平面作圖方法以提取出的襠部曲線為設(shè)計(jì)制圖的起始點(diǎn)，設(shè)定新的腰頭頂距離正常腰線前中、側(cè)縫、后中皆為2.5cm，應(yīng)用三維人體測(cè)量數(shù)據(jù)處理軟件得到此處凈體腰圍為71cm，腰圍處放松量為1cm，故腰圍的規(guī)格尺寸為72cm，前后腰圍分配數(shù)值相同，以四分之一腰圍進(jìn)行分配；臀圍部位測(cè)得凈體臀圍為91cm，其中前臀圍為45cm，后臀圍為46cm，臀圍前后各加3cm放松量，故后臀圍為24.5cm，前臀圍為24cm，直襠尺寸由襠部曲線提取直接得到，襠部曲線的提取過(guò)程中已經(jīng)設(shè)定了一定襠部的低落值，褲裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要尺寸皆已具備，其他無(wú)關(guān)乎結(jié)構(gòu)而僅與造型有關(guān)的尺寸可自行確定.之后運(yùn)用褲裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法，進(jìn)行褲裝結(jié)構(gòu)制圖，這樣得到的褲裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)紙樣更加合理、精確，如圖5所示，并可依此作為服務(wù)于此個(gè)體的基型紙樣，運(yùn)用基型紙樣進(jìn)行褲裝其他款式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).

圖4 基本褲型制圖Fig.4 The drawing of basic pant pattern

圖5 個(gè)體女褲基本紙樣Fig.5 The basic pant pattern for individual female

3.2 基本紙樣評(píng)價(jià)

將女褲基本紙樣用白坯布裁成縫制樣片并縫合后，以掃描體進(jìn)行穿著評(píng)測(cè)，用照相系統(tǒng)進(jìn)行圖像疊加處理，并以30%的透明度顯示，如圖6所示，用以查看襠部以上部位和人體的貼合度及著裝后各部位的空隙量大小，結(jié)果表明褲子的襠線和人體襠線擬合良好；從正前方，側(cè)方，后方3個(gè)角度來(lái)目測(cè)樣衣，臀部、腰部貼體美觀，襠部自然，側(cè)縫挺直，被測(cè)者穿著感覺(jué)良好.

圖6 基本女褲紙樣評(píng)估Fig.6 The evaluation of the basic female pant pattern

4 結(jié)束語(yǔ)

女褲基本紙樣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)重點(diǎn)，在于襠部曲線的設(shè)計(jì)如何與服務(wù)人體相適合，目前的正向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法得到紙樣的襠部曲線不夠精確，文中應(yīng)用三維人體掃描設(shè)備獲得人體點(diǎn)云數(shù)據(jù)，采用逆向設(shè)計(jì)的方法，通過(guò)逆向工程軟件，抽取出人體襠部曲線，并在此基礎(chǔ)上，根據(jù)女褲基本紙樣結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原理，構(gòu)建出女褲基本紙樣，作為女褲變化款式結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)基本型，解決了不同款式女褲襠部曲線制版精確性問(wèn)題.將三維人體掃描技術(shù)和逆向工程軟件應(yīng)用于女褲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，拓展了三維人體掃描及逆向工程軟件的應(yīng)用范圍，提供了褲裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)新方法，為服裝企業(yè)真正意義上的量身定制拓展了思路和方法.

［1］LI Chi.Engineering the fit of upper body clothing for non－standard applications［D］.Manchster：University of Manchester，2005：15－18.

［2］黃承亮.三維激光掃描技術(shù)在人體三維建模中的應(yīng)用研究［J］.測(cè)繪，2013（1）：13－15.HUANG Chengliang.The application and research of 3Dscanning technology in 3Dhuman body modeling［J］.Surveying and Mapping，2013（1）：13－15.

［3］李鵬飛，侯毅星，景軍鋒.三維人體的點(diǎn)云獲取及點(diǎn)云重建［J］.西安工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2014，28（1）：72－76.LI Pengfei，HOU Yixing，JING Junfeng.The access of point cloud and the reconstruction of the 3Dbody［J］.Journal of Xi′an Polytechnic University，2014，28（1）：72－76.

［4］楊穎.基于網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的數(shù)字化人臺(tái)研究［D］.西安：西安工程大學(xué)，2013：16－22.YANG Ying.The research of digital mannequin based on the web services［D］.Xi′an：Xi′an Polytechnic University，2013：16－22.

［5］程達(dá)麗.基于點(diǎn)云數(shù)據(jù)的人體特征尺寸提?。跠］.北京：北京服裝學(xué)院，2012：21－25.CHENG Dali.Extracting human body feature measurement based on point cloud data［D］.Beijing：Beijing Institute of Fashion Technology，2012：21－25.

［6］溫佩芝，馬超，胡俊榕，等.基于國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的三維尺寸提取技術(shù)［J］.計(jì)算機(jī)工程與科學(xué)，2014，36（6）：1114－1119.WEN Peizhi，MA Chao，HU Junrong，et al.Measurement of human body′s feature dimensions based on the national standards［J］.Computer Engineering and Science，2014，36（6）：1114－1119.

［7］馬飛.基于曲面展平技術(shù)的女裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法研究［D］.西安：西安工程大學(xué)，2014：17－21.MA Fei.The research of woman′s clothing structure design based on surface flattening technique［D］.Xi′an：Xi′an Polytechnic University，2014：17－21.

［8］黃海嶠，莫碧賢，郭綺蓮，等.從三維人體掃描生產(chǎn)服裝樣板［J］.紡織學(xué)報(bào)，2010，31（9）：132－136.HUANG Haiqiao，MO Bixian，GUO Qilian，et al.Garment patterns generating based on 3Dbody scanning［J］.Journal of Textile Research，2010，31（9）：132－136.

［9］王式竹.成年女性褲裝中橫檔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)變化規(guī)律研究［J］.天津工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2011，30（1）：39－42.WANG Shizhu.Research on change of structural design in width of lady panties［J］.Journal of Tianjin Polytechnic University，2011，30（1）：39－42.

［10］王紅歌，朱曄，周蕙.零松量靜態(tài)貼體褲裝的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)研究［J］.天津紡織科技，2012，196（3）：33－35.WANG Hongge，ZHU Ye，ZHOU Hui.The research of fit－trousers structure design in zero ease with body［J］.Tianjin Textile Science ＆ Technology，2012，196（3）：33－35.

［11］吳基作，劉庚鑫.女褲結(jié)構(gòu)影響因子研究［J］.天津紡織科技，2010，133（2）：44－49.WU Jizuo，LIU Gengxin.The research of impact factor with female trousers［J］.Tianjin Textile Science ＆ Technology，2010，133（2）：44－49.

［12］余國(guó)興，陳冰.女子下體與褲裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)［J］.東華大學(xué)學(xué)報(bào)：自然科學(xué)版，2007，33（6）：37－42.YU Guoxing，CHEN Bing.Female lower parts and pants pattern design［J］.Journal of Donghua University：Natural Science Edition，2007，33（6）：37－42.