韓劍虹， 周衡書， 武世鋒， 劉向榮， 劉晉夫

(1. 湖南工程學(xué)院 紡織服裝學(xué)院， 湖南 湘潭 411104; 2. 湖南省新型纖維面料及加工工程技術(shù)研究中心， 湖南 益陽(yáng) 413000; 3. 湖南省新馬制衣有限公司， 湖南 益陽(yáng) 413100)

面料懸垂性能對(duì)服裝整體造型效果有著顯著影響，因此，如何以客觀的方式反映面料懸垂性能便顯得尤為必要。當(dāng)前對(duì)織物懸垂性能的測(cè)試方法仍處在平面數(shù)據(jù)分析上，且測(cè)試試樣面積小，該方法存在無法真實(shí)反映織物受力情況和懸垂形態(tài)的固有局限[1]；因此，本文提出一種基于人體三維形態(tài)且僅在重力作用下客觀反映面料附著于人體時(shí)的懸垂性能與形態(tài)的測(cè)試方法。通過客觀反映面料的懸垂形態(tài)，來輔助設(shè)計(jì)師對(duì)服裝造型進(jìn)行最佳詮釋。

1 織物立體懸垂研究基礎(chǔ)

1.1 三維人體形態(tài)

本文中織物三維立體懸垂形態(tài)測(cè)試裝置以人體三維形態(tài)為出發(fā)點(diǎn)，如圖1所示。通過對(duì)女性身體三維形態(tài)進(jìn)行觀察，并提取胸、腰、臀處橫截面曲線，發(fā)現(xiàn)女性人體三維截面可近似視為圓形，如圖2所示。

圖1 女性三維人體建模Fig.1 Female 3-D human body modeling.(a)Front;(b)Front-right; (c)Right; (d)Right-rear; (e)Rear

圖2 女性胸腰臀橫截面Fig.2 Cross section of female breasts (a) , waist (b) and hip (c)

盡管性別、年齡、種族、遺傳、地域、生活方式、飲食結(jié)構(gòu)等因素會(huì)影響人體體型特征[2]；但人體各部位圍度是相互聯(lián)系的，胸、腰、臀、大腿等部位的橫切面均呈現(xiàn)較為規(guī)則的弧狀，因此，該三維立體懸垂測(cè)試儀選擇以弧形對(duì)人體橫切面模擬。圖3示出不同胸型、腰型、臀型的人體模型簡(jiǎn)圖。

圖3 不同胸型、腰型、臀型的人體模型簡(jiǎn)圖Fig.3 Human body model diagram of different chests, waists and buttocks. (a) Front view; (b)Side view

1.2 傳統(tǒng)織物懸垂性測(cè)試法

傳統(tǒng)的懸垂性能測(cè)試原理[4]：即采用傘式投影法測(cè)定織物的平面懸垂系數(shù)F，將直徑為240 mm的圓形試樣水平放置于直徑為120 mm的圓形實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，由正上方對(duì)試樣進(jìn)行平行光源照射[3]，圖4示出試樣的正面投影。懸垂系數(shù)的計(jì)算公式為

式中：A0為圓臺(tái)面積；A1為試樣面積；A2為投影面積。

圖4 傘式懸垂測(cè)試法示意圖Fig.4 Schematic diagram of umbrella hanging test

傘式投影法將三維懸垂織物的輪廓投影到二維平面上，結(jié)合投影圖像得出諸如波紋數(shù)、波寬不均勻系數(shù)、動(dòng)態(tài)美感指數(shù)、波長(zhǎng)不均勻等指標(biāo)，借此評(píng)估織物的懸垂形態(tài)[5]，該方法對(duì)織物三維懸垂形態(tài)是基于二維投影評(píng)價(jià)；因此，可重復(fù)性不高，精度欠缺，而且實(shí)驗(yàn)結(jié)果往往與主觀評(píng)價(jià)相悖，同時(shí)受測(cè)試機(jī)制的限制，此方法并非適用于全部織物。總體而言，傘式投影法存在如下缺陷：1)現(xiàn)實(shí)情況下，絕大多數(shù)織物懸垂形態(tài)均由鉛錘重力主導(dǎo)，而傳統(tǒng)測(cè)試法中織物受到垂直于織物經(jīng)緯交織面附加力的影響[6]；2)被測(cè)試試樣尺寸較小，邊界效應(yīng)明顯，無法真實(shí)反映織物懸垂形態(tài)；3)對(duì)柔軟、輕薄類織物進(jìn)行測(cè)試時(shí)，上端固定處會(huì)使織物褶皺偏向投影區(qū)內(nèi)，導(dǎo)致系統(tǒng)誤差產(chǎn)生；4)測(cè)試過程中無法完全避免輕薄類織物的透光性；5)不同織物試樣的三維懸垂投影形態(tài)并非絕對(duì)不同，傳統(tǒng)方式在反映織物懸垂?fàn)顟B(tài)下的三維特性時(shí)缺乏客觀性，亦得不到直觀的三維懸垂?fàn)顟B(tài)[7]；6)拋物面反射光發(fā)生散射或漫反射，對(duì)實(shí)驗(yàn)也可造成顯著誤差[8]。

2 織物三維立體懸垂測(cè)試方法與表征

2.1 織物三維立體懸垂儀的測(cè)試原理

織物懸垂性是指織物在自重作用下的形態(tài)，作為織物風(fēng)格評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)，它是懸垂形態(tài)的集中體現(xiàn)。三維立體懸垂測(cè)試儀原理如圖5所示。

圖5 三維懸垂示意圖Fig.5 3-D Drape schematic diagrams. (a)Original specimen;(b) Specimen′s 3-D drape

1)三維曲向懸垂系數(shù)的計(jì)算公式。

式中：L0為試樣長(zhǎng)度；L1為折疊寬度；L2為懸垂寬度。當(dāng)L2等于L0時(shí)，F(xiàn)等于0，試樣硬挺；當(dāng)L2等于L1時(shí)，F(xiàn)等于100%，試樣柔軟，100%懸垂。

2)波紋數(shù)n的定義：織物底部的懸垂投影中所形成波紋的個(gè)數(shù)。

定義：相鄰2個(gè)峰谷之間的曲線長(zhǎng)度l與水平距離d之間的比值。

定義：峰頂?shù)较噜?個(gè)波谷的平均高度間的距離，如圖6所示。

圖6 峰寬和峰高等相關(guān)描述圖Fig.6 Description figure of peak width and height

定義：用1/2峰高處的寬度來表示峰寬，如圖6所示。

2.2 懸垂儀簡(jiǎn)易模型與懸垂指標(biāo)測(cè)試結(jié)果

三維立體懸垂儀裝置細(xì)部構(gòu)造[9]為：頂端中空半圓弧形桿和3根豎直實(shí)心支撐桿；頂桿等距布16個(gè)夾子，且每2個(gè)夾子間設(shè)置彈簧以調(diào)節(jié)間距，近地側(cè)等距布設(shè)噴氣孔，在桿一端接空氣壓縮機(jī)時(shí)，氣流通過噴氣孔作用于織物試樣上，試樣懸垂總寬由兩端固定夾控制；支撐桿固結(jié)于頂桿端部及中部3處，以確保整個(gè)實(shí)驗(yàn)裝置不失穩(wěn)，如圖7所示。

圖7 織物三維立體懸垂測(cè)試儀簡(jiǎn)易模型Fig.7 3-D Fabric drape tester model

在試樣裝置定型前，通過大量實(shí)驗(yàn)分析，最終確定試樣夾持深度為10 mm、夾持間距為50 mm，同時(shí)以人身高為基準(zhǔn)確定試樣豎向1 000 mm,以達(dá)到模擬與人體實(shí)穿時(shí)懸垂形態(tài)相吻合的目的。

考慮到數(shù)據(jù)可能的離散性，隨機(jī)選取10塊織物進(jìn)行懸垂性測(cè)試。測(cè)試前須對(duì)織物組織結(jié)構(gòu)、厚度及影響織物懸垂性能的其他因素進(jìn)行實(shí)測(cè)，結(jié)果如表1所示。通過對(duì)織物物理性能和結(jié)構(gòu)參數(shù)的研究后發(fā)現(xiàn)，織物的懸垂形態(tài)是由其本質(zhì)特性決定的。

利用三維立體懸垂儀測(cè)試10塊同尺寸織物的懸垂形態(tài)與懸垂性能。為減少誤差，重復(fù)5次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，所得懸垂參數(shù)指標(biāo)如表2所示。

表1 10種織物的物理性能與結(jié)構(gòu)參數(shù)Tab.1 Physical properties and structure parameters of 10 kinds of fabrics

表2 織物三維立體懸垂儀測(cè)試數(shù)據(jù)Tab.2 3-D fabric drape test data

試樣保持自然懸垂，將其投影曲線勾勒到白紙上，通過CAD每隔30 mm取一個(gè)點(diǎn)作圖，采樣密度如表3所示，擬合曲線如圖8所示。

表3 控制點(diǎn)個(gè)數(shù)及密度Tab.3 Control points number and density

2.3 織物三維立體懸重測(cè)試指標(biāo)分析

織物試樣在5次實(shí)驗(yàn)中呈現(xiàn)一定的懸垂規(guī)律性，各被測(cè)試樣的波紋數(shù)、峰高變異指數(shù)、峰寬變異指數(shù)值變化區(qū)間較小。

本次實(shí)驗(yàn)所選織物面密度區(qū)間為63.04～290.85 g/m2，在對(duì)被測(cè)試樣面密度處于2個(gè)極值的試樣6(最輕)與試樣5(最重)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)：峰高變異指數(shù)與峰寬變異指數(shù)離散顯著，較為符合織物自身結(jié)構(gòu)參數(shù)與物理性能；試樣2的懸垂性最差，這是由于它是平紋組織的麻類成分，雖然厚度較薄，面密度較小，但織物成分與機(jī)構(gòu)特性綜合作用導(dǎo)致抗彎剛度最大所致；其余試樣組織結(jié)構(gòu)基本為平紋與縐組織(試樣4為針織物)，大部分面密度在100～200 g/m2之間，整體懸垂形態(tài)較均勻，具備懸垂美感。

同時(shí)將上述10塊試樣經(jīng)YG811-F型電腦織物懸垂儀進(jìn)行多次靜態(tài)懸垂測(cè)試求均值，在實(shí)驗(yàn)過程中，應(yīng)避免同一塊織物短期內(nèi)進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，而應(yīng)在測(cè)試后靜置一段時(shí)間以確?？椢镌紝傩缘幕謴?fù)。表4示出電腦織物懸垂儀測(cè)試結(jié)果。

對(duì)10組織物投影圖進(jìn)行分析，2種不同測(cè)試方法所得懸垂系數(shù)如圖9所示，二者相關(guān)系數(shù)為-0.90，呈強(qiáng)負(fù)相關(guān)。傳統(tǒng)YG811-F型懸垂儀測(cè)得的懸垂系數(shù)與懸垂形態(tài)呈負(fù)相關(guān)，本文三維立體懸垂測(cè)試法測(cè)得的懸垂系數(shù)與懸垂形態(tài)呈正關(guān)，因此，三維立體懸垂測(cè)試法可靠性高，直觀表征性強(qiáng)。

圖10為不同測(cè)試方式波紋圖?？芍?種測(cè)試方法所得波紋數(shù)相關(guān)性高達(dá)0.90，進(jìn)一步表明三維立體懸垂性能測(cè)試儀對(duì)織物懸垂性能測(cè)試已初具可行性。基于此，三維立體懸垂性能測(cè)試儀所測(cè)數(shù)據(jù)可更為客觀地反映織物的真實(shí)形態(tài)與懸垂性能。

圖8 試樣投影仿真圖Fig.8 Projection simulation figures of samples. (a) Sample 1; (b) Sample 2; (c) Sample 3; (d) Sample 4; (e) Sample 5; (f) Sample 6; (g) Sample 7; (h) Sample 8; (i) Sample 9; (j) Sample 10

試樣編號(hào)懸垂系數(shù)/%最小波幅/cm最大波幅/cm平均波幅/cm波紋數(shù)134.725.7811.068.216271.147.4212.7510.312346.856.4611.788.994420.545.279.797.278543.546.2711.818.775632.965.4911.008.096727.065.5310.587.705821.325.249.917.327923.235.3310.307.4571022.675.2410.077.417

圖9 不同測(cè)試方法懸垂系數(shù)圖Fig.9 Drape coefficient graghs of different test methods

圖10 不同測(cè)試方法波紋圖Fig.10 Corrugated figures of different testing ways

3 結(jié)束語(yǔ)

基于人體三維形態(tài)，研制了一種能直觀反映織物在自重狀態(tài)下附著于人體時(shí)的三維立體懸垂形態(tài)測(cè)試裝置，并通過大量實(shí)驗(yàn)分析證明該三維立體懸垂測(cè)試儀對(duì)織物試樣懸垂形態(tài)與懸垂性能判定上更具真實(shí)性。同時(shí)該測(cè)試儀避免了傳統(tǒng)測(cè)試方法的局限，從而更加直觀、真實(shí)地反映出服裝面料的實(shí)際懸垂效果和造型能力。本文測(cè)試方法和測(cè)試指標(biāo)可為虛擬試衣系統(tǒng)中面料的表現(xiàn)形態(tài)提供新的檢測(cè)手段和可靠的表征方法。

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