沈奕君， 張婷婷， 柯 瑩， 王宏付

(1. 江南大學(xué) 紡織服裝學(xué)院， 江蘇 無(wú)錫 214122； 2. 生態(tài)紡織教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(江南大學(xué))， 江蘇 無(wú)錫 214122)

現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)更加強(qiáng)調(diào)新技術(shù)、新工藝，從而形成全新的實(shí)用性與藝術(shù)性相平衡的現(xiàn)代服裝?，F(xiàn)代服裝新形態(tài)崇尚更加多元化的非線性自由形態(tài)，其構(gòu)建需要打破現(xiàn)有服裝單調(diào)單一的片面結(jié)構(gòu)，賦予現(xiàn)代服裝更多的立體空間可能性。為構(gòu)建現(xiàn)代服裝新形態(tài)，不再只是對(duì)現(xiàn)有傳統(tǒng)服裝面料通過(guò)扭曲、抽縮或涂層等工藝進(jìn)行裝飾，也需要利用機(jī)械處理技術(shù)對(duì)面料進(jìn)行加壓或者高溫處理而形成肌理、褶皺等形態(tài)。在科技發(fā)展迅猛的現(xiàn)代社會(huì)，可通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)為服裝提供更多有變化的邏輯結(jié)構(gòu)形態(tài)。參數(shù)化設(shè)計(jì)打破了不加任何裝飾，僅依靠簡(jiǎn)單幾何形狀的現(xiàn)代主義設(shè)計(jì)，通過(guò)邏輯建模調(diào)節(jié)參數(shù)，迅速得到相應(yīng)變化的模型結(jié)構(gòu)，從而可在短時(shí)間內(nèi)生成大量結(jié)果，用以對(duì)比分析優(yōu)選設(shè)計(jì)結(jié)果，有效地提高了設(shè)計(jì)效率。其最大的優(yōu)勢(shì)在于直觀，模型的生成邏輯全部以圖形的形式展示，大大降低了學(xué)習(xí)成本[1]。

本文首先回顧了參數(shù)化設(shè)計(jì)在服裝領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，然后運(yùn)用三維軟件Rhino和Grasshopper對(duì)服裝整體造型和衣片三維立體結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，獲得高精確度的三維模型，利用3D打印技術(shù)為構(gòu)建服裝新形態(tài)提供了先進(jìn)新穎的技術(shù)支撐，在現(xiàn)代服裝服飾產(chǎn)品的原型設(shè)計(jì)上有極大的發(fā)展前景。

1 參數(shù)化設(shè)計(jì)在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

近些年，參數(shù)化設(shè)計(jì)大都運(yùn)用在建筑領(lǐng)域，并且引起強(qiáng)烈的反響。首飾、鞋品、服裝設(shè)計(jì)等時(shí)尚行業(yè)也逐漸向參數(shù)化獨(dú)有的科技未來(lái)感造型風(fēng)格靠攏。且隨著3D打印技術(shù)的日漸成熟，參數(shù)化風(fēng)格的產(chǎn)品設(shè)計(jì)在未來(lái)具有巨大的研究?jī)r(jià)值和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在國(guó)內(nèi)，由于參數(shù)化設(shè)計(jì)需要利用3D軟件的技術(shù)支撐，對(duì)于服裝領(lǐng)域的研究學(xué)者來(lái)說(shuō)是一大難點(diǎn)，但隨著跨界學(xué)術(shù)的提出，學(xué)科間的交流與合作給了學(xué)者們大膽創(chuàng)新的機(jī)會(huì)。在2016年，“Inter-fashionality(可能的互置)——3D打印服裝作品展”在倫敦英國(guó)皇家藝術(shù)學(xué)院Hockney gallery展出[2]。此作品為清華美院染織服裝藝術(shù)設(shè)計(jì)系副教授李迎軍與英國(guó)皇家藝術(shù)學(xué)院博士生藺明凈合作研究的階段性成果。他們利用3D打印的參數(shù)建模增量設(shè)計(jì)來(lái)制作整套服裝，其制作模型采用參數(shù)化設(shè)計(jì)方法，從基本的六邊形單元出發(fā)，無(wú)線延展到設(shè)計(jì)理念要表達(dá)的最佳服裝形態(tài)。提取其單元元素六邊形如圖1 所示。六邊形結(jié)構(gòu)連續(xù)性排列，然后通過(guò)參數(shù)化設(shè)計(jì)的干擾方法對(duì)其進(jìn)行變化，可得出緊密或稀疏的不同效果。這既是參數(shù)化設(shè)計(jì)表現(xiàn)的魅力，也是豐富服裝造型結(jié)構(gòu)的科技化方式。

圖1 六邊形結(jié)構(gòu)分布Fig.1 Hexagonal structure distribution

在國(guó)外，三維參數(shù)化設(shè)計(jì)在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛，發(fā)展成熟且具有一定實(shí)用性。建筑設(shè)計(jì)師Jenny Wu將建筑美學(xué)應(yīng)用在LACE系列的首飾作品上[3]。在此系列作品中，大都以幾何線條為基礎(chǔ)元素，加入具備參數(shù)化特征的規(guī)律趨勢(shì)，二者相結(jié)合創(chuàng)造出時(shí)尚前衛(wèi)的設(shè)計(jì)作品。該作品通過(guò)參數(shù)化建模設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，其中有多個(gè)相互鎖扣的小結(jié)構(gòu)串聯(lián)而成，最終利用柔性錦綸材料3D打印而成，結(jié)構(gòu)繁復(fù)且驚艷。

2 參數(shù)化設(shè)計(jì)在服裝領(lǐng)域的創(chuàng)新

從設(shè)計(jì)思維抽象概念到設(shè)計(jì)具象形態(tài)是一個(gè)轉(zhuǎn)變實(shí)踐的過(guò)程[4]。為構(gòu)建現(xiàn)代服裝新形態(tài)，首先從精神層面思考現(xiàn)代服裝創(chuàng)新所需的表現(xiàn)形式?？赏ㄟ^(guò)對(duì)生活中自然形態(tài)的歸納從而形成服裝的自然流線廓形，亦可抽象出自然形態(tài)中的結(jié)構(gòu)特征形成服裝的組織元素，例如可利用建筑表皮、水流波紋、植物脈絡(luò)等結(jié)構(gòu)紋理進(jìn)行創(chuàng)新實(shí)踐。然后需要利用技術(shù)手段完成創(chuàng)新實(shí)踐，以上這些具有獨(dú)特形態(tài)的結(jié)構(gòu)都可利用參數(shù)化技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，而其中Grasshoppe的應(yīng)用已經(jīng)成熟，且能夠賦予更多變化的可能性。Grasshopper是一款在Rhino環(huán)境下運(yùn)行的采用程序算法生成模型的插件，利用Grasshopper對(duì)服裝整體造型和衣片表皮局部結(jié)構(gòu)進(jìn)行參數(shù)調(diào)整，根據(jù)曲線曲面造型的審美需求逐步做出調(diào)整，最后達(dá)到較為滿意的具有參數(shù)化風(fēng)格的現(xiàn)代服裝新形態(tài)。

2.1 廓形確定

蘇聯(lián)物理學(xué)家米格爾指出科學(xué)的美在于其邏輯結(jié)構(gòu)的合理勻稱(chēng)和相互聯(lián)系的豐富多彩[5]。為使整件服裝擁有流暢有型的線條，合理勻稱(chēng)的造型特點(diǎn)，本文初步對(duì)服裝廓形草圖進(jìn)行設(shè)計(jì)繪制，如圖2所示。服裝上身外輪廓曲線貼合人體胸部及腰部位置，且腰部?jī)蓚?cè)收攏收腰，充分體現(xiàn)女性柔美身形。肩部造型采用夸張法聳立有型并向兩側(cè)外延伸且微微翹起，靈感來(lái)源于江南建筑四角翹伸的屋檐造型。裙擺呈傘狀支撐挺立，大裙擺廓形塑造空間立體感。

圖2 廓形草圖Fig.2 Outline sketch. (a)Front;(b)Lateral front;(c)Lateral;(d)Lateral back;(e)Back

擁有服裝外輪廓后，利用三維建模軟件Rhino建立各衣片面作為基礎(chǔ)造型形態(tài)如圖3所示。該衣片面需跟隨胸凸腰凹的女性人體曲線達(dá)到符合人體光滑的布面曲面，實(shí)現(xiàn)完美曲面曲率，才能保證在此基礎(chǔ)上繼續(xù)深入探索服裝表面肌理參數(shù)化上的各種變化形式。本文設(shè)計(jì)服裝為露背款式，由胸肩、腰部及裙擺3部分組成。

圖3 服裝衣片面視圖Fig.3 Views of each part garment. (a)Overlook view;(b)Lateral front view;(c)Orthographic view;(d)Lateral view

2.2 網(wǎng)格建立

將得到的衣片曲面作為參數(shù)化基本元素后即可命令控制板中的菱形四邊形生成網(wǎng)格。該網(wǎng)格曲面結(jié)構(gòu)線代表了曲面的幾何方向，網(wǎng)格均分在上身衣片并隨曲面變化而變化。輸入衣片曲面及經(jīng)緯數(shù)量參數(shù)，選擇控制板中“Diamonds”即可輸出如圖4的衣片均分網(wǎng)格。其網(wǎng)格都是由菱形四邊形組成的單層立體面，在此獲得的菱形數(shù)量為U×V(其中U為經(jīng)向曲面數(shù)量，V為緯向曲面數(shù)量)。其次，通過(guò)“Triangles”可將衣片廓形邊緣進(jìn)行修剪，過(guò)渡更加自然碎片化，增加形體自由感。通過(guò)計(jì)算機(jī)生成的邏輯結(jié)構(gòu)確保了設(shè)計(jì)結(jié)果的可實(shí)施性，節(jié)奏韻律更加理性化，科技感十足。

圖4 衣片面均分網(wǎng)格示意圖Fig.4 Uniform mesh sketch map

2.3 曲面生成

僅有簡(jiǎn)單的四邊形網(wǎng)格遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠，需賦予其一定厚度，使其空間立體感更強(qiáng)，從而增顯三維技術(shù)的優(yōu)勢(shì)與魅力。以上半身為例，形成四邊形結(jié)構(gòu)的為3部分曲線，分別是四邊形中間圓孔、四邊形邊線及放樣縮放邊線。對(duì)形成四邊形體面的3組曲線進(jìn)行放樣，從而得到具有厚度的立體表皮結(jié)構(gòu)，使肌理感更強(qiáng)，造型風(fēng)格更加豐富。

提取第2組曲線即菱形四邊形邊界線，輸入命令生成菱形曲面，在曲面上生成菱形，緊接著將菱形曲面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成樹(shù)形數(shù)據(jù)，求菱形曲面邊界曲線并封閉，此動(dòng)作結(jié)束即獲得菱形曲面。將建模軟件Grasshopper中電池圖的相關(guān)功能進(jìn)行簡(jiǎn)單概括，對(duì)應(yīng)電池圖功能下的模型輸出效果如圖5所示。

圖5 提取邊界線過(guò)程Fig.5 Process of extracting boundary lines.(a)Grasshopper battery diagram;(b)Output effect diagram

進(jìn)行調(diào)整的第3組曲線即四邊形邊線的放樣縮放，其放樣過(guò)程如圖6所示。以胸口坐標(biāo)中心點(diǎn)為基準(zhǔn)，對(duì)菱形曲面邊界進(jìn)行縮放，縮放比是點(diǎn)干擾后的結(jié)果，由圖6(a)Grasshopper電池圖可知，此放樣距離參數(shù)為0.85，其中使此距離小于1，才能得到符合邏輯的圖形[6]。此放樣縮放動(dòng)作為服裝胸部以上造型整個(gè)模型的結(jié)束動(dòng)作，模型輸出效果如圖6(b)所示。

圖6 放樣縮放過(guò)程Fig.6 Scaling process. (a)Grasshopper battery diagram； (b)Output effect diagram

其中，提取菱形邊界，去除重復(fù)的點(diǎn)，閉合成類(lèi)似圓的封閉曲線。圖7示出放樣成面過(guò)程。由圖7(a)所示整合3組曲線，其中D1為菱形原始邊界線，D2為縮放邊界線以及類(lèi)似圓的邊界線。最終放樣成面得到如圖7(b)輸出效果的造型結(jié)構(gòu)，上半身的模型建立及參量變化基本完成。

圖7 放樣成面過(guò)程Fig.7 Process of forming an surface. (a)Grasshopper battery diagram;(b)Output effect diagram

2.4 參量變化

參數(shù)化設(shè)計(jì)的核心是邏輯建模[7]。比如說(shuō)兩點(diǎn)相連成一條直線這句話本身的邏輯為：2個(gè)有距離的坐標(biāo)點(diǎn)(參量)互相連結(jié)(關(guān)系)可形成1條直線(結(jié)果)。邏輯建模就是將建模過(guò)程中的3個(gè)因素分解開(kāi)來(lái)：參量-關(guān)系-模型，而參量與關(guān)系都可隨時(shí)改變，當(dāng)坐標(biāo)點(diǎn)發(fā)生位移時(shí)，直線的長(zhǎng)度、位置隨之改變。例如服裝上半身網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是利用點(diǎn)干擾的方式進(jìn)行變化，下半身裙擺則是利用曲線來(lái)進(jìn)行干擾變化的。以上半身為例，形成四邊形結(jié)構(gòu)的是 3部分曲線，分別是四邊形中間圓孔、四邊形邊線及放樣縮放邊線。受圖8所示5個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的影響，每個(gè)四邊形的中心圓孔到5個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的距離不同而產(chǎn)生參量變化。

圖8 四邊形圓孔參數(shù)變化Fig.8 Parameter change of quadrangular round hole

在進(jìn)行參量變化時(shí)，上衣網(wǎng)格曲面U×V細(xì)分的數(shù)值大小決定了對(duì)應(yīng)上半身菱形格數(shù)量的多少[8]：當(dāng)上衣U×V細(xì)分?jǐn)?shù)值較小，菱形格數(shù)量減少、稀疏分布；曲面U數(shù)值減小，菱形格數(shù)量減少；曲面V數(shù)值增大，菱形格數(shù)量增多；曲面U數(shù)值增大，菱形格數(shù)量增多；曲面U數(shù)值不變，曲面V數(shù)值增大，菱形格數(shù)量增多；曲面V數(shù)值翻倍增大，菱形格數(shù)量密集；因此可以得出結(jié)論，U×V細(xì)分?jǐn)?shù)值與菱形格的數(shù)量關(guān)系成正比。

基于符合現(xiàn)代服裝形態(tài)的美學(xué)特征下，菱形體面的大小之分隨女性人體柔美曲線進(jìn)行順勢(shì)變化。正如亞里士多德認(rèn)為的，美的主要形式是“秩序、勻稱(chēng)和明確”[3]。越靠近頸部位置，流動(dòng)趨勢(shì)更為緊密，越往胸部凸出位置流動(dòng)，曲面變大，趨勢(shì)分布愈加舒緩。反之，越往肩部外舒展延伸的流動(dòng)趨勢(shì)愈加疏松。微妙的疏密變化使得服裝造型更加生動(dòng)自如。

服裝上身結(jié)構(gòu)通過(guò)5個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的干擾進(jìn)行變化而產(chǎn)出，而下半身裙擺是利用曲線進(jìn)行干擾作由上至下的線性變化，如圖9所示。使用線性變化干擾方式可使服裝裙擺線條更加流暢且廓形延展性強(qiáng)，展現(xiàn)了有條不紊的節(jié)奏韻律感，使得服裝層次感強(qiáng)，空間感十足[9]。

圖9 裙擺曲線干擾關(guān)系Fig.9 Skirt curve interference relationship. (a)Schematic diagram of curve interference;(b)Generating result diagram

綜上為服裝模型的建立及進(jìn)行參數(shù)化干擾的過(guò)程，其過(guò)程為：廓形確立—網(wǎng)格建立—曲面生成—參量變化。

2.5 渲染成品

將服裝胸肩部分、腰部及裙子3部分整合，放置于人體模型上，再進(jìn)行微調(diào)使其更加貼合人體尺寸。渲染過(guò)程中，加入白色的漫反射材質(zhì)，通過(guò)渲染得到更加生動(dòng)、逼真的服裝造型。Rhino獲得的三維模型精度高，可為實(shí)物模型的3D打印提供良好的模型基礎(chǔ)[10]。整套三維服裝利用先進(jìn)的參數(shù)化技術(shù)生成了具有變化的幾何聯(lián)結(jié)的立體結(jié)構(gòu)，不僅節(jié)省制作時(shí)間、人工成本，并且數(shù)據(jù)精準(zhǔn)、尺寸標(biāo)準(zhǔn)。圖10 示出最終渲染效果圖。

圖10 成衣效果圖Fig.10 Clothing effect diagram. (a)Front; (b)Lateral front;(c)Lateral back;(d)Back

3 參數(shù)化技術(shù)衍生

為滿足設(shè)計(jì)師構(gòu)建服裝形態(tài)的獨(dú)特個(gè)性化需求，也可利用Grasshopper編程式的建模方法，通過(guò)修改相應(yīng)參數(shù)，使方案快速匹配定制要求[11]。同時(shí)，編程化的建模方式還可通過(guò)干擾、編織、Voronoi、隨機(jī)、生長(zhǎng)循環(huán)等計(jì)算機(jī)運(yùn)算方式生成新穎、奇特的造型，給人們帶來(lái)不同的視覺(jué)感受。在變化干擾方式上，不僅可通過(guò)點(diǎn)干擾、曲線干擾或圖像干擾的基本方式，還可通過(guò)自然界中水滴波紋、聲音頻率等自然變化進(jìn)行干擾。例如在建立好的基本網(wǎng)格形態(tài)中加入水滴干擾，可根據(jù)水滴大小、水滴是否密集形成的水面波紋而擁有不同變化，這些變化可作為輸入命令體現(xiàn)生成在網(wǎng)格衣面形態(tài)上，從而形成變化豐富的靈動(dòng)結(jié)構(gòu)[12]。

4 結(jié)束語(yǔ)

參數(shù)化設(shè)計(jì)能夠?qū)⒏行运季S與理性邏輯相結(jié)合，解放設(shè)計(jì)師們?cè)趥鹘y(tǒng)設(shè)計(jì)中的思想束縛，將藝術(shù)與技術(shù)相互碰撞，為現(xiàn)代產(chǎn)品、現(xiàn)代服裝新形態(tài)提供更多的可能性。在構(gòu)建現(xiàn)代服裝新形態(tài)中，設(shè)計(jì)師更多追求非線性自由形態(tài)，亦或是變化豐富的立體結(jié)構(gòu)，目前利用參數(shù)化技術(shù)Grasshopper結(jié)合Rhino可基本實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)想法。數(shù)字化時(shí)代下，設(shè)計(jì)者賦予現(xiàn)代服裝新形態(tài)以參數(shù)化設(shè)計(jì)技術(shù)，可讓服裝領(lǐng)域擁有更廣闊的未來(lái)。

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