趙 星

（太原師范學(xué)院，山西 晉中 030600）

隨著計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的不斷進(jìn)步，消費(fèi)者購買產(chǎn)品的手段開始多元化，對品質(zhì)的要求逐漸提升。現(xiàn)如今，優(yōu)秀服裝企業(yè)對數(shù)字化服裝定制的要求也逐漸明朗，不同于傳統(tǒng)的二維服裝計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（Computer Aided Design，CAD），數(shù)字化服裝定制中的三維服裝CAD技術(shù)集合了三維人體掃描測量和體型分析、三維人體建模、服裝虛擬設(shè)計(jì)和3D服裝轉(zhuǎn)2D紙樣等全過程，大大節(jié)省了時間和財力，提高了企業(yè)生產(chǎn)效率。這也是近年來國內(nèi)外學(xué)術(shù)界普遍關(guān)注和研究的重點(diǎn)。

1 服裝CAD的發(fā)展現(xiàn)狀

自1970年CAD技術(shù)被引入服裝行業(yè)后，歷經(jīng)半個世紀(jì)的發(fā)展，傳統(tǒng)的二維服裝CAD已日漸成熟，實(shí)現(xiàn)了服裝的款式設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、推檔排料、工藝管理等一系列流程的計(jì)算機(jī)化，在企業(yè)和高校中廣泛應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的手工生產(chǎn)方式，縮短了服裝的生產(chǎn)周期。目前，國外現(xiàn)有的服裝CAD制版系統(tǒng)比較著名的有：美國格柏、法國力克、西班牙艾維、德國艾斯特、美國PGM；國內(nèi)主要有：深圳ET、航天、富怡、布易、至尊寶紡、日升天辰等，很多國內(nèi)外的軟件都具有最基本的款式設(shè)計(jì)、紙樣繪制、放碼以及排料等核心功能。但是，傳統(tǒng)的二維服裝CAD對成衣穿著效果的立體展現(xiàn)較差，而三維服裝CAD恰好彌補(bǔ)了這一缺點(diǎn)，涵蓋了三維人體掃描測量和體型分析、三維人體建模、服裝虛擬設(shè)計(jì)和3D服裝轉(zhuǎn)2D紙樣等全過程。雖然三維服裝CAD因?yàn)榧夹g(shù)不成熟、很多功能還未完善，在短期內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，但其加快了企業(yè)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)進(jìn)程，提高了用戶體驗(yàn)和客戶滿意度，是服裝領(lǐng)域技術(shù)的又一次飛躍[1-2]。

2 三維人體測量

三維人體測量是利用三維人體測量系統(tǒng)對人體進(jìn)行全身掃描后實(shí)現(xiàn)全身數(shù)據(jù)的獲取功能，是進(jìn)行三維虛擬試衣和服裝數(shù)字化設(shè)計(jì)、量身定做等必不可少的環(huán)節(jié)。相對于傳統(tǒng)的人體測量方法，三維人體測量速度快、數(shù)據(jù)精準(zhǔn)全面，可分為接觸式和非接觸式測量兩種。

2.1 接觸式自動測量

接觸式自動測量一般在測量標(biāo)準(zhǔn)人臺時使用率較高，人臺不同部位型值點(diǎn)的疏密可以反映人臺曲面率的大小。在測量時，所使用的工具是三坐標(biāo)測量儀，可以直接接觸人臺測量，獲得人臺表面的型值點(diǎn)，再根據(jù)型值點(diǎn)的疏密和數(shù)量判斷人臺的曲面率。該方法一般用于標(biāo)準(zhǔn)人臺的測量，不適合測量真實(shí)人體。

2.2 非接觸式自動測量

不同于接觸式自動測量，非接觸式自動測量主要用來測量真實(shí)的人體數(shù)據(jù)。非接觸式自動測量相對于接觸式自動測量，所使用的儀器更加精密復(fù)雜，因此，測量方法可以分為多種類型。在非接觸式三維人體自動測量中，使用的光源有兩類，一類是系統(tǒng)自主提供的光源，另一類是外界的光源，按照光源的來源可以將非接觸式自動測量分為主動式測量和被動式測量兩大類[3]。在主動式測量方法中，系統(tǒng)自動向被測對象發(fā)射光束，然后對被測對象進(jìn)行多角度的拍照分析，根據(jù)成像結(jié)果，在系統(tǒng)中生成三維人體模型，通過對模型數(shù)據(jù)的分析，得出被測對象的全身數(shù)據(jù)，這是使用最廣泛、最方便的一種測量方法，很受企業(yè)歡迎。另外，在主動式三維人體測量中，可使用的光線種類較多，如激光、紅外線和普通光等。相對于主動式測量，被動式測量系統(tǒng)沒有自己的照明系統(tǒng)，需要外界提供光源，然后對被測對象進(jìn)行多角度的拍攝，根據(jù)拍攝結(jié)果得出測量數(shù)據(jù)[4-5]。雖然具有簡單、快速、準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)，但三維人體掃描系統(tǒng)價格昂貴、測量要求在暗室中進(jìn)行、設(shè)備不便于移動等缺點(diǎn)也導(dǎo)致其在實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用性不高。

3 三維人體建模

三維人體建模是在三維人體掃描后，利用建模軟件建立三維人體的虛擬模型，可以根據(jù)顧客或者廠家的要求實(shí)時修改模型各部位數(shù)據(jù)，得到不同體型的模型，這為私人定制等服務(wù)提供了技術(shù)上的支持。同時，建立虛擬模型也是展示服裝必不可少的一個環(huán)節(jié)，是整個三維服裝CAD系統(tǒng)的基礎(chǔ)。三維人體建模按照建模方法的不同可分為4種類型：三維線框建模、三維實(shí)體建模、三維曲面建模和基于物理的三維建模[6]。

3.1 三維線框建模

三維線框建模使用的技術(shù)原理簡單且易操作，是最早開始使用的建模方法，利用最簡單的點(diǎn)、直線、參數(shù)化曲線等對人體的整體輪廓進(jìn)行模擬，模擬過程快捷簡單，因?yàn)槟M時使用的數(shù)據(jù)少、包含的信息有限等，可以對模型進(jìn)行快速修改。但是，三維線框建模由于模型數(shù)據(jù)量有限，不能很好地分析加工模型的剖面圖、明暗色彩圖等。

3.2 三維實(shí)體建模

相對于只有外部線框的三維線框建模，三維實(shí)體建模在線框的基礎(chǔ)上結(jié)合了對內(nèi)部實(shí)心的表達(dá)，可以對所建成的模型進(jìn)行剖面的分析描述，也可以展現(xiàn)比三維線框模型更多的模型數(shù)據(jù)。但由于模型更加復(fù)雜、計(jì)算效率更低，在模擬更復(fù)雜的人體表面時，仍存在一定的限制[7]。

3.3 三維曲面建模

曲面建模是目前最常用的一種人體建模方法，不僅可以很好地模擬人體體表形態(tài)，還可以對模擬的人體進(jìn)行隱藏線消除等操作，大大提高了所建模型的真實(shí)感。但是曲面建模不能分析剖面圖，這是曲面建模亟需彌補(bǔ)的缺陷。

3.4 基于物理的三維建模

基于物理的三維建模建立在傳統(tǒng)建模方法之上，此方法將人體所處的外部環(huán)境因素引入傳統(tǒng)的幾何建模方法中，可以獲得更真實(shí)的人體建模效果。但是，這種方法采用微分方程組數(shù)值求解的方法計(jì)算人體的動態(tài)，與其他人體建模方法相比，在計(jì)算上要復(fù)雜得多。

4 三維服裝模擬技術(shù)

在三維服裝CAD中，虛擬展示是關(guān)鍵技術(shù)。服裝虛擬模擬技術(shù)是將設(shè)計(jì)好的二維服裝紙樣在三維虛擬人體上進(jìn)行縫合、填充面料材質(zhì)后再展示三維服裝。服裝模擬技術(shù)可以模擬服裝的面料、色澤、在不同動態(tài)下的褶皺以及不同的穿著場合等。將設(shè)計(jì)好的二維衣片自動縫合模擬三維成衣效果，這一過程的關(guān)鍵是三維服裝模型的建立。目前，服裝建模方法主要有幾何建模、物理建模和混合建模三大類[8]。3種建模方法都有優(yōu)缺點(diǎn)。其中，幾何建模在模擬面料的質(zhì)感時，效果有待提高，但是服裝的整體外觀形態(tài)可以很好地模擬出來；物理建模雖然在運(yùn)算過程中速度較慢，但能很好地模擬面料質(zhì)感；混合建模結(jié)合了幾何建模、物理建模的優(yōu)點(diǎn)，織物面料的質(zhì)感模擬效果較好，且模擬用時較短，是目前使用最多的方法。

國內(nèi)外已經(jīng)研發(fā)了幾款比較成熟的三維服裝展示軟件，如美國GERBER的V-stitcher，可以根據(jù)用戶的要求調(diào)節(jié)三維人體尺寸，并提供響應(yīng)2D變化的實(shí)時3D圖像，可通過互聯(lián)網(wǎng)平臺遠(yuǎn)程查看[9-10]；韓國設(shè)計(jì)的Marvelous Designer擁有強(qiáng)大的拆線功能，可以實(shí)現(xiàn)自由曲線繪制與三維立體裁剪同步互動，而且在修改二維紙樣的同時，三維服裝設(shè)計(jì)界面也會產(chǎn)生相應(yīng)的改變。

三維服裝模擬技術(shù)涉及紋理理論、動力學(xué)模型等多個高技術(shù)領(lǐng)域，雖然模擬服裝的真實(shí)感還有待提高，但是在很大程度上彌補(bǔ)了二維服裝CAD存在的設(shè)計(jì)結(jié)果直觀性差、缺乏立體感、穿著效果不明顯的缺點(diǎn)。

5 三維服裝樣板

三維服裝和二維紙樣之間的轉(zhuǎn)換是服裝數(shù)字化的關(guān)鍵問題，也是難點(diǎn)之一。三維服裝轉(zhuǎn)二維紙樣運(yùn)用了多種技術(shù)手段，比較通用的有網(wǎng)格平面法、幾何展開法、中心點(diǎn)法等。在網(wǎng)格平面法中，用四邊形的網(wǎng)格面對服裝曲面進(jìn)行模擬，并用四邊形來代替相應(yīng)的服裝區(qū)域，衣片邊界則用B樣條函數(shù)來擬合，該方法一般應(yīng)用于復(fù)雜曲面，如半球面的模擬。幾何展開法，顧名思義，是將人體表面用簡單的幾何圖形來模擬，然后將模擬效果近似地展開成平面。中心點(diǎn)法主要適用于簡單曲面，如圓錐曲面等的模擬[11]。

目前，比較成熟的三維樣板生成系統(tǒng)比較多，如加拿大PAD公司生產(chǎn)的三維服裝系統(tǒng)，包括服裝制版、二維服裝樣板放碼、三維虛擬試衣等基礎(chǔ)模塊，可有效地在二維平面紙樣和三維立體服裝間實(shí)現(xiàn)互換功能。

6 結(jié)語

三維服裝CAD系統(tǒng)在圖形、圖像處理技術(shù)方面涉及光照理論、色彩理論、紋理理論、動力學(xué)模型等高技術(shù)領(lǐng)域，很多技術(shù)還停留在理論階段，因此，建立的人體模型不理想、服裝模擬真實(shí)感差、二維紙樣和三維服裝之間的轉(zhuǎn)換難度大。同時，軟件之間樣板文件的兼容性有待進(jìn)一步加強(qiáng)，樣板文件的互不兼容影響了各企業(yè)間的資源共享和技術(shù)交流。另外，盲目購買軟件、后期維護(hù)成本高、服裝企業(yè)相關(guān)技術(shù)人員數(shù)量少等因素，導(dǎo)致服裝企業(yè)對三維服裝CAD存在很大顧慮，致使國內(nèi)企業(yè)對三維服裝CAD軟件的使用率不高。因此，我國需要培養(yǎng)大量的服裝三維CAD技術(shù)人員，增加專業(yè)技術(shù)人員的數(shù)量并提升技術(shù)水平，開發(fā)并完善符合國內(nèi)使用規(guī)范的相關(guān)軟件，這是我國服裝行業(yè)亟待解決的問題。雖然三維服裝CAD有許多關(guān)鍵性的技術(shù)難題需要解決，但其在便捷性、直觀性、真實(shí)感等方面的優(yōu)勢足以說明三維設(shè)計(jì)的確是服裝CAD技術(shù)的發(fā)展方向，這一技術(shù)的成熟將會給服裝產(chǎn)業(yè)及相關(guān)領(lǐng)域帶來一場重大革命。