于欣禾， 王建萍*，2

(1. 東華大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院，上海 200051；2. 同濟大學(xué) 上海國際設(shè)計創(chuàng)新研究院，上海 200092)

服裝的壓力舒適性是評價服裝舒適性的一項重要指標[1]，而樣板的優(yōu)化設(shè)計可有效提高服裝舒適性[2]。然而，現(xiàn)階段僅根據(jù)靜態(tài)服裝壓力舒適性進行功能性服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計是存在缺陷的，還須將動態(tài)服裝壓力舒適性納入考量范圍[3]。了解人體的運動特點對于功能性服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計有著重要的指導(dǎo)作用，可使服裝在運動中具有良好合體性及防護性[4]。目前，關(guān)于動、靜態(tài)服裝壓力變化與服裝結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的研究較少[1]，基于動態(tài)壓力舒適性的功能性服裝結(jié)構(gòu)優(yōu)化方法有待進行更深入的探究。

近期,關(guān)于服裝壓力舒適性的研究多圍繞建立服裝壓力預(yù)測模型展開[5]，而壓力分布的數(shù)值模擬是優(yōu)化服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵之一[6]。研究表明，用數(shù)值模擬出的服裝壓力的分布與真實服裝壓力的分布情況相同，可用于預(yù)測服裝壓力舒適性[7-8]。數(shù)字化服裝設(shè)計具有3大優(yōu)點：快捷、準確、高效[9]。CLO 3D是韓國CLO虛擬時裝有限公司出品的服裝電腦三維造型軟件，具有強大的設(shè)計功能、方便的操作界面，可用于多種服裝的設(shè)計[10-11]。三維虛擬壓力測量方法可提高實驗的準確性與可重復(fù)性[12]。因此，文中借助三維虛擬試穿軟件CLO 3D代替?zhèn)鹘y(tǒng)壓力測量裝置，完成虛擬壓力采集工作。

國內(nèi)市場上，尚未有專業(yè)的女式針織騎行服品牌，且產(chǎn)品存在結(jié)構(gòu)簡單、分割線設(shè)置混亂、缺乏理論依據(jù)等問題[13]。據(jù)調(diào)查，女性消費者穿著騎行服運動時壓力舒適性欠佳，通過主觀評價法研究發(fā)現(xiàn)，壓迫感較強烈的部位依次為腋下、肩袖及后背[14]。國內(nèi)學(xué)者對于女式騎行服樣板的研究較少[15]，大多以立體剪裁法進行款式上的設(shè)計[16-17]，并未涉及騎行服壓力舒適性的研究。有學(xué)者提出基于人體靜、動態(tài)尺寸變化來優(yōu)化功能性服裝樣板的方法[18-19]，然而，并未將其動態(tài)壓力舒適性納入考慮范圍。文中為進一步提升功能性服裝的動態(tài)壓力舒適性，以女式針織騎行服為研究對象，提出基于動、靜態(tài)服裝壓力差值的樣板優(yōu)化方法。運用CLO 3D模擬騎行動作，進行虛擬試穿并測量動、靜態(tài)虛擬服裝壓力，通過分析服裝壓力差值的變化規(guī)律，對針織騎行服樣板進行優(yōu)化設(shè)計，并提出優(yōu)化程度的概念，對樣板優(yōu)化結(jié)果進行驗證。

1 女式騎行服設(shè)計

1.1 騎行服款式

騎行服的特殊服用功能要求其款式不僅需貼合人體，而且還要便于運動。經(jīng)市場調(diào)研，實驗所用針織公路騎行服上衣款式如圖1所示。其款式特點為：前衣身全開拉鏈，前衣長短于后衣長，采用弧線分割方式，插肩袖，立領(lǐng)。

圖1 針織騎行服款式Fig.1 Style of cycling jersey

1.2 騎行服面料

市場調(diào)研顯示，彈力針織面料是騎行服最常用的面料。因此，在進行虛擬試穿實驗時，選用軟件中內(nèi)置的真實屬性運動服(real property jersey)作為實驗面料，其物理性能經(jīng)多次實驗總結(jié)得出，與真實面料相同，具體見表1。

表1 面料物理性能

1.3 騎行服規(guī)格尺寸及樣板

綜合考慮騎行服針織面料彈力及騎行時的皮膚拉伸等因素，制定女性中間標準體160/84A[19]的騎行服規(guī)格尺寸，具體見表2。

表2 騎行運動服規(guī)格尺寸Tab.2 Size specification of cycling jersey cm

優(yōu)化前的針織騎行服樣板如圖2所示。衣身采用合體設(shè)計，以減少騎行時所受風(fēng)阻。

圖2 優(yōu)化前的騎行運動服樣板Fig.2 Patterns of cycling jersey before optimized

前衣片衣長設(shè)計短于后衣長，以避免前腹部面料堆積和后背的緊繃感；前片采用全開拉鏈的設(shè)計，以便穿脫；利用側(cè)片形成腰省并部分轉(zhuǎn)移胸省，以貼合女性人體曲線。衣袖采用插肩袖的設(shè)計，以增加手臂的活動范圍，使肩背部壓力分布均勻[20]。衣領(lǐng)采用上領(lǐng)圍寬松量為負的立領(lǐng)，以降低空氣阻力。

2 三維虛擬試穿實驗

2.1 實驗環(huán)境

實驗在三維虛擬試穿軟件CLO 3D中進行，該軟件具有可自定義虛擬模特細部尺寸、可兼容二維服裝CAD樣板文件、可反饋試穿效果信息等特點。采用三維虛擬試穿的方法進行服裝壓力測量實驗具有效率高、可重復(fù)性強、精確度高等優(yōu)點。

2.2 實驗對象

實驗以自定義的160/84A標準體虛擬模特作為實驗對象，在CLO 3D軟件中進行建模，該軟件支持27個虛擬模特細節(jié)部位尺寸的自定義設(shè)置。實驗根據(jù)女性中間標準體160/84A的標準尺寸[21]修改模特細部尺寸數(shù)據(jù)，完成建模，使虛擬人模與真人體型相同，其主要控制部位的尺寸設(shè)定見表3。

表3 實驗對象尺寸信息Tab.3 Subject's body index information cm

2.3 虛擬人模動作設(shè)計方案

實驗通過調(diào)節(jié)虛擬人體模特腰部、胯部、肩肘部、頸部、膝部、踝部及手部等部位的關(guān)節(jié)點方向，完成虛擬模特動作設(shè)計。靜態(tài)動作設(shè)計為身體自然站立，雙腳分開與肩同寬，雙臂微張。騎行動作按照標準騎行姿勢[22]進行設(shè)計，身體稍向前傾，兩手臂伸直，腹部收緊。自行車騎行運動屬于周期性運動項目。實驗中將一個周期騎行運動的位置視作360°，按照左腳蹬騎的角度將一個周期的騎行過程分8個階段，模擬各階段模特的動作，具體如圖3所示。借助CLO 3D軟件中的動作間自動變換功能，完整地模擬真實的騎行周期運動。

圖3 虛擬人模動作設(shè)計Fig.3 Design of dynamic action of avatar

2.4 虛擬壓力測量點選取方案

為了全面反映各衣片服裝壓力分布狀況，實驗中選取測量點時要注意：除特征點外，其余各測量點遍布全部衣片。根據(jù)人體特征，橫向基準線選取胸圍線、腰圍線及中臀圍線，縱向基準線分別選取過胸高點、袖窿底點的鉛垂線，其余基準線水平方向及垂直方向上的距離間隔均設(shè)置為6 cm，最終形成69個壓力測量點，其分布如圖4所示。在騎行服的前片，選取了F1～F19共19個壓力測量點；在后片上，選取了B1～B27共27個壓力測量點；在側(cè)片上，選取了P1～P6共6個測量點，全部位于袖窿底點所在的垂線上；在袖片上，選取了S1～S14共14個測量點；在領(lǐng)片上，選取了C1～C3共3個測量點，分別位于前頸、側(cè)頸以及后頸。

圖4 虛擬壓力測量點分布Fig.4 Distribution of pressure measuring point at avatar

2.5 實驗方案

虛擬試穿實驗流程如圖5所示。在CLO 3D軟件中，完成虛擬人體模特的建立、壓力測量點的選取及人模動作設(shè)計等基礎(chǔ)建模后，按照以下步驟進行虛擬服裝壓力測量實驗：

1)二維衣片紙樣的導(dǎo)入。將使用二維服裝CAD軟件繪制的樣板文件導(dǎo)入至三維虛擬試穿軟件CLO 3D中，并在二維視窗中，將樣板按照最終人體穿著的位置進行排列(見圖5(a))。

2)二維衣片的三維安排。啟用同步功能，將二維衣片同步至三維視窗，設(shè)置安排點(見圖5(b))。衣片將隨人體各部位的曲率進行預(yù)彎曲，以保證服裝在試穿過程中更好地貼合人體(見圖5(c))。

3)虛擬縫合。用縫紉工具在二維衣片上建立各衣片間縫線的對應(yīng)關(guān)系(見圖5(d))。在試穿過程中，衣片將根據(jù)設(shè)置進行自動虛擬縫合。

4)試穿。啟用試穿功能，利用虛擬縫合技術(shù)試穿服裝，模擬真實著裝效果(見圖5(e))。

5)虛擬壓力值的靜、動態(tài)測量。打開服裝的壓力圖層，任意選取一點測量虛擬服裝壓力(見圖5(f)、圖5(g))。圖中圓點越疏代表壓力舒適性越好。

分3次測量靜態(tài)動作下各測量點的虛擬壓力值，并求其平均值，記錄為靜態(tài)壓力數(shù)據(jù)；分別測量騎行動作8個階段下各測量點的虛擬壓力值，并求其平均值，記錄為完整騎行運動周期的動態(tài)壓力數(shù)據(jù)。

3 結(jié)果分析及樣板優(yōu)化方案

為更準確地分析各衣片的壓力數(shù)據(jù)，首先對壓力差值曲線進行整體分析，得到壓力舒適性總體變化趨勢；之后分區(qū)域分析變化顯著的測量點，進一步了解各區(qū)域內(nèi)壓力舒適性的變化情況；最后，基于動、靜態(tài)壓力的差值，有針對性地對其進行樣板優(yōu)化，提升女式騎行服動態(tài)壓力舒適性。優(yōu)化時，可直接在CLO 3D樣板窗口對二維服裝樣板進行修改，其修改結(jié)果會直觀反映在三維視窗的試穿效果上。根據(jù)虛擬壓力值判斷服裝的壓力舒適性，不斷修改樣板直至動態(tài)服裝壓力達到滿意狀態(tài)，從而得到優(yōu)化后的騎行服樣板。文中的所有壓力全部默認為虛擬壓力，與真實壓力不同。文中動、靜態(tài)壓力差值默認為動態(tài)壓力數(shù)值減去靜態(tài)壓力數(shù)值，正值越大表示動態(tài)壓力舒適性降低得越多。

圖5 虛擬試穿實驗流程Fig.5 Flowchart of the virtual try-on experiment

3.1 領(lǐng)片壓力數(shù)據(jù)分析及樣板優(yōu)化方案

衣領(lǐng)的壓力數(shù)據(jù)如圖6所示。由圖6可以看出，壓力差值曲線較平緩。動、靜態(tài)壓力的差值在C1，C2點為正值，在C3點為負值，說明在騎行時，領(lǐng)前和領(lǐng)側(cè)的服裝壓力舒適性略有下降。然而，整個衣領(lǐng)的動態(tài)服裝壓力舒適性尚可接受，故文中對樣板的修改將不涉及領(lǐng)口弧線的變化及衣領(lǐng)樣板部分。

圖6 領(lǐng)片動、靜態(tài)壓力折線Fig.6 Static and dynamic clothing pressure at the collar

3.2 前片壓力數(shù)據(jù)分析及樣板優(yōu)化方案

前片動、靜態(tài)壓力折線如圖7所示。由圖7可知，前片動、靜態(tài)壓力差值折線起伏較大，F(xiàn)1～F6及F9,F10處壓力差值為負，其余測量點壓力差值皆為正值。

圖7 前片動、靜態(tài)壓力折線Fig.7 Static and dynamic clothing pressure at the front

按照變化趨勢的不同，將各測量點進行分區(qū)。F1～F6處壓力差值皆為負值，為前片的上中部。其中，F(xiàn)1,F2,F4處動態(tài)壓力值皆近于零，而壓力差值折線在F6處達到最低點，可知騎行服的上中部出現(xiàn)較多余量，這些余量將導(dǎo)致騎行時所受的風(fēng)阻增大，因此樣板修改時需采用撇門的方式減少前中心線處的松量。F7,F8處壓力差值為正且數(shù)值較大，為前片的上側(cè)部，其動態(tài)壓力舒適性較靜態(tài)大幅降低，該部位可與袖片結(jié)合進行修改。F14～F17壓力差值為正，壓力差值大小僅次于F7,F8，為前片的下半部。由于騎行時屈體動作幅度較大，導(dǎo)致該部位動態(tài)壓力值升高，因此樣板修改時應(yīng)縮短前衣長，避免下擺在運動時過度拉伸。經(jīng)多次樣板修改直至動態(tài)壓力值變化幅度趨于平緩。前片樣板優(yōu)化前后的對比如圖8所示。

圖8 前片樣板優(yōu)化前后對比Fig.8 Comparison of the front clothing pattern before and after optimization

3.3 后片壓力數(shù)據(jù)分析及樣板優(yōu)化方案

后片是影響騎行服舒適性的重要部位，許多騎行者表示，在騎行中背部常感不適，甚至?xí)袎浩雀衃13]。后片動靜態(tài)壓力折線如圖9所示。由圖9可知，壓力差值折線起伏較大，除B1外，其余測量點的動、靜態(tài)壓力差值皆為正數(shù)，動態(tài)壓力值較靜態(tài)都有不同程度的增大。

圖9 后片動、靜態(tài)壓力折線Fig.9 Static and dynamic clothing pressure at the back

按照變化趨勢的不同，將各測量點進行分區(qū)。其中，在B4,B9處，壓力差值折線達到2個頂峰，故歸納為后片的上側(cè)部，在B7,B8處壓力差值增加幅度較大，故歸納為后片的肩胛部。以上位置騎行時的壓力舒適性均較直立姿勢下顯著降低，因此在樣板優(yōu)化時增加后背寬及袖窿曲線的長度，以提升動態(tài)壓力舒適性。B14～B16處壓力差值也有較顯著的增加，故歸納為后腰部，在樣板優(yōu)化時需增加腰部的寬松量。經(jīng)多次樣板修改，直至肩胛骨和腰部的動態(tài)壓力值下降，壓力折線趨于平緩。后片樣板優(yōu)化前后的對比如圖10所示。

圖10 后片樣板優(yōu)化前后對比Fig.10 Comparison of the back clothing pattern before and after optimization

3.4 側(cè)片壓力數(shù)據(jù)分析及樣板優(yōu)化方案

側(cè)片所覆蓋的位置人體曲率變化大，服裝壓力大，故提升側(cè)片的壓力舒適性尤為重要。側(cè)片的動、靜態(tài)壓力折線如圖11所示。除P4外，各測量點壓力差值皆為正值。其中，在袖窿底點P1處的壓力差值最大。騎行時手臂需前伸，動作幅度大，故袖窿處的動態(tài)壓力舒適性顯著降低。在樣板優(yōu)化時，袖窿弧線隨前后片的修改進行相應(yīng)調(diào)整，以滿足騎行動作下手臂的運動需求。經(jīng)多次樣板修改，直至壓力折線趨于平緩。側(cè)片樣板優(yōu)化前后的對比如圖12所示。

圖11 側(cè)片動、靜態(tài)壓力折線Fig.11 Static and dynamic clothing pressure at the side

圖12 側(cè)片樣板優(yōu)化前后對比Fig.12 Comparison of the side clothing pattern before and after optimization

3.5 袖片壓力數(shù)據(jù)分析及樣板優(yōu)化方案

衣袖是騎行服上衣設(shè)計中最復(fù)雜的部分。騎行者在騎行時腋下常感不適[13]，造成不適感的原因主要有2點：①長時間騎行后腋下產(chǎn)生大量汗液，無法及時排出；②衣袖在腋下的服裝壓較大，對人體造成壓迫感。吸濕排濕性能佳的織物僅能解決原因①造成的不適；而優(yōu)化衣袖的樣板以減小服裝壓力是解決原因②引起不適的可行方案。

袖片動、靜態(tài)壓力折線如圖13所示。由圖13可知，壓力差值折線起伏逐漸變大，并在S14處顯著增加。除點S1～S4外，其余各測量點壓力差值都為正值。將S11,S12歸納為袖口部，因其動態(tài)壓力舒適性不夠理想，故樣板優(yōu)化時在袖口增加1 cm的寬松量，以降低服裝壓力。將S1,S3,S4歸納為前袖窿部，動、靜態(tài)壓力差值為負數(shù)，說明在騎行動作下，前袖窿部與人體間作用力減小，前袖窿弧線相對于人體較長。S14處后袖窿腋下部位的動態(tài)壓力值顯著增高，舒適性降低，衣袖的樣板需要進行調(diào)整。對以上部位壓力差值進行分析，可以預(yù)測到，騎行時前腋下產(chǎn)生許多褶皺，而后腋下服裝被拉緊，對人體產(chǎn)生很大的壓迫感。因此，主要的優(yōu)化方向為縮短前袖曲線長度，并增加后袖曲線長度，同時保持袖山曲線與衣身袖窿在長度及袖底弧線形態(tài)上相匹配。因此，結(jié)合騎行時手臂前伸的動作，在樣板優(yōu)化時向前延長后袖山弧線。該優(yōu)化方式可在不改變插肩袖款式的同時縮短前袖山弧線。經(jīng)多次樣板修改，直至壓力折線趨于平緩?；趦?yōu)化過程，可將騎行服插肩袖結(jié)構(gòu)優(yōu)化的本質(zhì)總結(jié)為：增大前肩斜角度，減小后肩斜角度。袖片樣板優(yōu)化前后的對比如圖14所示。

圖13 袖片動、靜態(tài)壓力折線Fig.13 Static and dynamic clothing pressure at the sleeve

圖14 袖片樣板優(yōu)化前后對比Fig.14 Comparison of the sleeve pattern before and after optimization

4 樣板優(yōu)化結(jié)果

優(yōu)化后的騎行運動服樣板如圖15所示。根據(jù)對照原則，采集樣板優(yōu)化后的騎行服各測量點動態(tài)壓力數(shù)據(jù)，與樣板優(yōu)化前的動態(tài)壓力數(shù)據(jù)進行對比分析，探究樣板優(yōu)化對動態(tài)壓力舒適性的影響。優(yōu)化前后動態(tài)壓力折線如圖16所示。由圖16可知，經(jīng)過樣板優(yōu)化，優(yōu)化前動態(tài)壓力顯著增高的各部位壓力值明顯下降，動態(tài)壓力折線趨于平緩。經(jīng)測量，騎行服優(yōu)化前動態(tài)壓力總值為760.13 kPa，優(yōu)化后為289.28 kPa，動態(tài)壓力值總體下降了61.94%。由此證明，經(jīng)過樣板優(yōu)化，衣身的整體動態(tài)壓力舒適性有顯著提高。

圖15 優(yōu)化后的騎行運動服樣板Fig.15 Patterns of cycling jersey after optimization

圖16 優(yōu)化前后動態(tài)壓力折線Fig.16 Dynamic clothing pressure before and after optimization

為進一步對壓力舒適性的優(yōu)化進行定量分析，文中提出樣板優(yōu)化程度的概念，其計算方法為

(1)

表4為各衣片壓力舒適性優(yōu)化程度。表4中，各衣片的D值均為正，其中優(yōu)化程度較高的部位依次為：側(cè)片、袖片及后片，這也是騎行者在長時間騎行后最易感到緊繃或壓迫的3個部位。以上分析結(jié)果表明，所提出的基于動、靜態(tài)服裝壓力差值進行樣板優(yōu)化的方法可有效提升女式騎行服整體的動態(tài)壓力舒適性。

表4 各衣片壓力舒適性優(yōu)化程度

Tab.4 Optimum degree of pressure comfort for each piece of clothing kPa

5 結(jié)語

1)文中提出的基于動、靜態(tài)服裝壓力差值的樣板優(yōu)化設(shè)計方法可顯著提高服裝動態(tài)壓力舒適性，為后續(xù)基于壓力舒適性的功能性服裝樣板優(yōu)化方法的研究提供了新思路。

2)將基于動、靜態(tài)服裝壓力差值的樣板優(yōu)化方法植入女式針織騎行服的優(yōu)化設(shè)計中，發(fā)現(xiàn)其優(yōu)化后動態(tài)服裝壓力值總體下降61.94%，壓力折線趨于平緩。

3)經(jīng)過樣板優(yōu)化后，針織騎行服動態(tài)壓力舒適性優(yōu)化程度(D)較高的部位中，由高到低依次為側(cè)片、袖片及后片，與騎行者長時間騎行后易感緊繃或壓迫的部位相吻合。

與傳統(tǒng)的壓力舒適性主觀評價方法相比，虛擬壓力測量方法具有客觀性強、實驗可重復(fù)性高等特點。文中通過實驗和數(shù)據(jù)分析相結(jié)合，提出了一種客觀的、基于動、靜態(tài)服裝壓力差值的功能性針織服裝樣板優(yōu)化設(shè)計方法，為后續(xù)研究提供了參考。