陳 建 強

(中南民族大學 虛擬仿真實驗教學中心， 武漢 430074)

VR與AR技術在少數民族服裝設計教學上的應用

陳 建 強

(中南民族大學 虛擬仿真實驗教學中心， 武漢 430074)

增強現實(AR)技術是在虛擬現實基礎上發(fā)展的新興研究領域，少數民族服飾豐富多彩、剪裁復雜，通過VR(虛擬現實)以及AR技術結合少數民族服飾模型庫學習各民族服飾的剪裁效率高并且成本大大降低。這種方式對于服裝剪裁教學提供了全新的方法，并能通過互聯網進行遠程學習。如果變換模型庫對象，則系統(tǒng)可以衍生到文物、建筑、家具等其他領域，具有很強的擴充能力。

增強現實； 虛擬現實； 民族服飾； 三維模型

0 引 言

隨著VR、AR技術應用越來越廣泛，服裝設計教學中采用虛擬仿真技術也更為成熟完善。虛擬仿真技術是一種融合多種學科的人機交互技術，在視覺上通過三維技術提供豐富逼真效果，也將復雜繁多的數據直觀表達在虛擬的可視化環(huán)境中。通過虛擬仿真系統(tǒng)，對于少數民族服飾設計制作的學習過程將會變得更為直觀，通過移動終端在線學習也使得學習過程更為便利。在服裝裁剪中能實時觀察到成衣穿在人體上的效果以及尺寸是否合適并能及時修改調整[1-2]。

1 VR與AR在少數民族服飾設計剪裁運用

(1) 虛擬現實技術概念。虛擬現實(Virtual reality,VR)，是一種可以創(chuàng)建和體驗由計算機三維圖形技術搭建起來的虛擬世界計算機仿真系統(tǒng)技術，通過各種傳感器感受到多種信息源融合而實現的交互式動態(tài)視覺環(huán)境，它使用戶能沉浸到這種虛擬環(huán)境中。所謂沉浸感也就是指人們通過視覺、聽覺、觸覺等感覺能感受到虛擬世界的真實感，它是通過頭盔、數據手套等通過傳感器接口進行數據交換而實現各種信息的交換。AR也就是增強型現實，是一種實時地計算攝像機的位置及角度，并加上相應圖像、視頻以及3D模型的技術。這種技術的目標是在屏幕上把虛擬世界套在現實世界并進行互動。它是一種能夠有效地擴展人類感知和表達的高級媒體交互手段[3]。

增強現實與虛擬現實既有聯系也有區(qū)別，增強現實是在虛擬現實基礎上發(fā)展起來的。AR與VR最大的區(qū)別就是一個是完全沉浸的虛擬場景，一個是虛擬和真實相結合。簡單來說AR是把虛擬世界疊加到現實世界中，而VR是完全創(chuàng)造一個虛擬的現實世界，讓用戶沉浸在其中[3]。

(2) 少數民族服飾設計特點。我國少數民族種類繁多，分布廣闊，少數民族服裝樣式豐富多彩，目前，傳統(tǒng)的服裝結構設計方法有平面剪裁法、立體剪裁法。在我國服裝專業(yè)教學中采用比例法、原型法和立體剪裁法。而這些傳統(tǒng)設計方法的缺點是平面結構制圖與立體服裝之間缺乏直觀形象聯系。制版也要花費較多時間對每一個公式進行計算，效率較低。在立體剪裁中雖然提高了直觀性，但在操作過程中需要很多輔助工具，成本較高。在立體剪裁過程中，衣物可在靜態(tài)狀態(tài)下體現出優(yōu)美造型，但活動起來可能不便[4-5]。

(3) VR與AR在服飾設計中的應用。虛擬現實技術是一種最有效的模擬人在自然環(huán)境中視、聽、動等行為的高級人機交互技術。這種模擬具有沉浸感和交互性。以少數民族服裝模型庫為虛擬基礎，虛擬仿真技術融合了平面剪裁和立體剪裁的優(yōu)點，同時也克服了他們的缺點。虛擬模特可以根據真實人體尺寸改變，這也節(jié)約了輔助工具成本。由于少數民族服飾繁多,剪裁復雜,三維服飾模型庫可以儲存所有少數民族服飾三維模型以及對應的裁剪版樣。通過VR營造虛擬裁剪工作臺，可以實現交互式分解、拆裝，通過反復練習可以學習少數民族服飾的剪裁方式，在此基礎上也能進行變革創(chuàng)新。

AR技術可以采用最新的Tango Unity SDK，虛擬物體放到真實環(huán)境中，當將客戶融于服裝工作室時，如果沒有環(huán)境照明的支持，虛擬物體也就是服飾就沒辦法與周圍環(huán)境融為一體。服裝的樣式、紋理以及色彩應該融進環(huán)境照明環(huán)境中，實際物體可以從反射面看到，而虛擬服飾的影子顏色更深。采用Tango功能的設備投射出來的場景，和人眼觀看的場景差不多，可以讓移動AR接近于真正的現實。

通過定制的傳感器，移動設備可以了解自身的位置和移動方向，能夠提供移動設備的三維運動信息。同時也可根據視覺線索來幫助識別周圍的世界，可在運動跟蹤自我糾錯。通過深度傳感器可以感知周圍世界形狀，并以新的方式實現世界進行互動。這些新的技術手段能使虛擬的服飾與現場環(huán)境更好吻合，在設計過程中也能更準確確定服飾的風格、紋理與色彩。

(4) 系統(tǒng)工作原理(見圖1)。少數民族文化遺產三維模型庫系統(tǒng)是一款對少數民族服飾進行管理和學習的互動平臺。通過少數民族文化遺產三維模型庫系統(tǒng)平臺，可在少數民族服飾分類管理等方面起著不可估量的作用，對少數民族服飾文化遺產的傳承保護以及民族美術實驗教學具有非常重要的意義。

圖1

民族服飾三維模型管理系統(tǒng)是一個能對民族服飾以及建筑等進行三維模型管理平臺，其三維模型的實時瀏覽是通過NGRAIN進行深層次二次開發(fā)實現的，以NGRAIN為基本三維顯示平臺，能將虛擬仿真教學、學生創(chuàng)作、以及信息管理系統(tǒng)、遠程設備監(jiān)測系統(tǒng)進行無縫集成，傳遞必要的信息，執(zhí)行關聯的動作。Ngrain深層次二次開發(fā)的可行性主要取決于一些技術可行性的確認及技術難點的突破。本文采用MongoDB數據庫作為模型庫的基礎，它是一款高性能、開源、無模式的文檔型數據庫(見圖2)[6-7]。

圖2 文檔型數據庫

通過模型庫調出三維服飾以及剪裁圖(見圖3)。

通過三維服飾模型和對應的剪裁圖以及對應結構圖，學生能熟悉每個裁剪片的位置，并能夠改變尺寸和形狀，這樣既能學習傳統(tǒng)少數民族服飾的裁剪原型圖，也能在此基礎上進行修改創(chuàng)新(見圖4)。

學生也可以通過移動終端進入服裝三維剪裁平臺，可以瀏覽服裝裁剪結構。通過其中題庫進行學習，熟悉每個剪裁版面。利用移動終端也可以對實物進行增強現實應用，通過移動平臺獲取現實世界中客戶的影像，系統(tǒng)調用的三維模型服裝可以通過電腦計算能力，實時獲取攝像頭的角度、位置等空間姿態(tài)信息，從而匹配三維模型與客戶空間位置。同時可以將獲取客戶真實的人體數據返回三維模型剪裁系統(tǒng)，然后可以對服飾進行修改[8-10](見圖5)。

圖5 按真實人體數據返回三維模型修改

2 結 語

VR與AR技術越來越廣泛應用到各個領域，也為不同行業(yè)創(chuàng)新提供了巨大發(fā)展空間。在服裝設計虛擬教學中前景廣大，為服裝設計教學實踐開辟了一條新的思路。不僅大大節(jié)約了教學成本，同時也避免了服裝設計中繁瑣的制版剪裁工作量，能把主要精力投入到創(chuàng)新創(chuàng)意之上。同時本系統(tǒng)的開發(fā)成功將會擴展到不同領域中，比如文物、建筑、家具、電商等等。三維服飾剪裁系統(tǒng)對于如阿里巴巴buy+也有重要的商業(yè)價值，其網上服裝購買，能更滿足消費者心理需求。充分能實現高校中虛擬仿真教學項目不僅僅服務于教學，同時也能服務于社會，其創(chuàng)造價值能對學校自身加強虛擬仿真的深入研究提供保障，真正實現教學研一體化[11-15]。

[1] 高 峰，董蘭芳. 網上3D試衣系統(tǒng)技術研究[J]. 計算機仿真,2009(6)：209.

[2] 陳麗艷.VR技術在服裝量身定制中的應用分析[J].紡織科技進展,2008(3):87.

[3] 王涌天，鄭 偉，劉 越,等.基于增強現實技術的圓明園現場數字重建[J].科技導報, 2006,24(3): 36-40.

[4] 陳素英 .服裝裁剪中的立體掃描和測量技術[J]. 山東紡織科技，2001,42(4):40-43.

[5] Neal Leavitt. Browsing the 3D Web [J]. IEEE Computer Society Press, 2006(9):22-24.

[6] MongoDB數據庫中sharding技術應用研究[J].計算機技術與發(fā)展，2014(7):60-62.

[7] 劉 民，萬江平.基于Flash 3D的在線虛擬漫游系統(tǒng)設計與實現[J].計算機時代，2014(5):36-38.

[8] 劉瑞璞，劉維和.服裝結構設計原理與技巧[M]. 北京：紡織工業(yè)出版社， 1996.

[9] LI Yingzhu. Development of Immersive and Interactive Virtual Reality Environment for Two-Player Table Tennis[D]. Preston, England: the University of Central Lancashire, 2012.3.

[10] Catherine Leung, Andor Salga, Andrew Smith. Canvas 3D JS Library[C]//In Proceedings of the 2008 Conference on Future Play: Research, Play, Share, ACM, November 2008: 274-275.

[11] 歐陽凱毅. 基于Flash的三維在線試衣系統(tǒng)[J]. 電腦與電信, 2010(2):60-61.

[12] 葉 愫，王昊鵬.教育中虛擬現實技術的應用研究[J].電腦知識與技術，2008,20(3):111-112.

[13] 羅岐熟.虛擬現實技術在服裝設計中的發(fā)展前景[J].天津紡織科技，2006,44(1)53-56.

[14] 陳浩磊，鄒湘軍，陳 燕，等.虛擬現實技術的最新發(fā)展與展望[J]. 中國科技論文，2011,6(1)：1-5.

[15] 胡小強.虛擬現實技術基礎與應用[M].北京：北京郵電大學出版社，2009：24-27.

Application of VR and AR in Minority Costume Design Teaching

CHENJianqiang

(Experimental Teaching Center of Virtual Simulation, South-Central University for Nationalities, Wuhan 430074, China)

Augmented reality(AR) is a new research field derived from virtual reality. Ethnic costumes are colorful but clip very complex. Through VR and AR technologies combined with the minority clothing model library, the cutting can be completed with a high efficiency and its cost is reduced greatly. This way provides a new method for tailor teaching and distance learning through the Internet. If transforming the model library, the system can be applied to cultural relics, building, furniture and other fields, and has very strong expansion ability.

augmented reality (AR); virtual reality; minority costume; 3D model

2016-10-15

陳建強(1963-)，男，湖北武漢人，博士，教授，虛擬仿真實驗教學中心主任，主要從事三維動畫與虛擬現實研究。

Tel.: 13667236977; E-mail: James0825@hotmail.com

G 642.0

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1006-7167(2017)06-0111-03