馮華峰，劉 晨，王剛強(qiáng)，張建立

(1.浙江理工大學(xué)科技與藝術(shù)學(xué)院 紡織服裝學(xué)院，浙江 上虞 312369； 2.余姚永堅(jiān)自控設(shè)備有限公司，浙江 余姚 315400)

服裝三維數(shù)字化[1]的應(yīng)用越來越廣泛，虛擬試衣技術(shù)吸引了新一代服裝設(shè)計(jì)者們的關(guān)注，許多企業(yè)也開始利用三維服裝模擬軟件進(jìn)行成衣數(shù)字化的制作。

在服裝設(shè)計(jì)與制作的教學(xué)過程中，需使三維虛擬服裝盡可能還原真實(shí)服裝的形態(tài)，但模型的材質(zhì)參數(shù)、光照屬性參數(shù)及虛擬織物的懸垂感等都會(huì)對虛擬服裝呈現(xiàn)的效果產(chǎn)生影響[2]，其中虛擬織物的懸垂感是特別關(guān)鍵的因素?？椢飸掖剐约纯椢镆蜃陨碇亓Χ匀幌麓沟男阅埽椢锏膽掖剐阅軈?shù)可以反映出該織物的懸垂程度[3-5]。本文采用多元回歸分析等方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，建立了基于虛擬織物屬性參數(shù)的懸垂系數(shù)回歸模型，旨在探究三維模擬中各屬性參數(shù)與虛擬織物懸垂性能的關(guān)系，使模擬出的服裝具有更優(yōu)美的曲面造型和褶皺層次感，表現(xiàn)出真實(shí)的視覺效果。

1 模擬織物懸垂性實(shí)驗(yàn)

1.1 模擬織物懸垂性影響參數(shù)的確立

本文實(shí)驗(yàn)選擇最新三維模擬軟件CLO 3D 5.0版，在軟件中存在多個(gè)可以設(shè)置虛擬織物物理特性的參數(shù)，根據(jù)王會(huì)威等[6]建立的三維服裝CAD系統(tǒng)織物懸垂性模型，初步確定虛擬織物懸垂性能與以下10個(gè)參數(shù)有關(guān)：緯/經(jīng)紗拉伸強(qiáng)度、對角線張力、緯/經(jīng)紗彎曲強(qiáng)度、緯/經(jīng)紗變形率、織物密度和緯/經(jīng)紗變形強(qiáng)度。在三維模擬中，這些參數(shù)的設(shè)定范圍很大，數(shù)據(jù)可以在0～99進(jìn)行調(diào)節(jié)，很難直接反應(yīng)所用面料的真實(shí)狀態(tài)。

經(jīng)過前期比較實(shí)驗(yàn)可以很直觀地發(fā)現(xiàn)這些參數(shù)過大或過小都無法呈現(xiàn)虛擬織物的懸垂性能。對CLO 3D系統(tǒng)內(nèi)預(yù)設(shè)的虛擬織物細(xì)節(jié)參數(shù)進(jìn)行多次取值嘗試，發(fā)現(xiàn)這10個(gè)參數(shù)較為合理的取值范圍如表1所示。計(jì)算時(shí)選用取值區(qū)間的兩端和中間值。

表1 織物屬性參數(shù)取值Tab.1 Fabrics attribute parameter value

1.2 模型的建立

使用三維模擬軟件MAYA 2018版建模如圖1所示，首先創(chuàng)建一個(gè)直徑為12 cm的夾持盤三維模型，將模型保存成obj格式后導(dǎo)入CLO 3D中，然后制作1個(gè)直徑為24 cm的虛擬織物(與下文真實(shí)織物懸垂實(shí)驗(yàn)相同)，利用假縫功能將織物的圓心與夾持盤的中心進(jìn)行假縫固定，懸垂儀模型見圖2所示。

圖1 夾持盤 圖2 懸垂儀模型Fig.1 Clamping Fig.2 Pendant model

1.3 測試方法

懸垂系數(shù)表征指織物在受到重力條件下其懸垂變形的程度，織物的懸垂系數(shù)越大則織物變形越困難，表現(xiàn)為剛硬，反之則變形容易表現(xiàn)為柔軟，一般認(rèn)為懸垂系數(shù)越小懸垂性就好。參照GB/T 23329—2009《紡織品 織物懸垂性的測定》測定織物的懸垂系數(shù)，其計(jì)算公式見式(1)。

(1)

式中：A0為實(shí)驗(yàn)樣品的初始展開面積，cm2，Ad為夾持盤的上平面面積，cm2，As為實(shí)驗(yàn)樣品在懸垂后的俯視投影面積，cm2。

在CLO 3D系統(tǒng)中開啟模擬，使虛擬織物自然垂下穩(wěn)定后，利用圖像處理軟件對As進(jìn)行測量，計(jì)算虛擬織物的懸垂系數(shù)，記錄684組虛擬織物的屬性參數(shù)值和懸垂系數(shù)。

1.4 結(jié)果與分析

為找出影響三維虛擬織物懸垂系數(shù)的屬性參數(shù)，用SPSS軟件對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，懸垂系數(shù)與10個(gè)屬性參數(shù)的相關(guān)分析結(jié)果見表2。

表2 懸垂系數(shù)與10個(gè)設(shè)置參數(shù)的相關(guān)性Tab.2 Correlation between drape coefficient and 10 setting parameters

從上表可以看出，虛擬織物的經(jīng)/緯紗拉伸強(qiáng)度、對角線張力、緯/經(jīng)紗彎曲強(qiáng)度和織物密度 6個(gè)屬性參數(shù)在回歸模型中的sig.值均小于0.05，因此可將其假設(shè)為線性關(guān)系。

根據(jù)P值的影響規(guī)則，其絕對值在0.8～1.0一般定義為極強(qiáng)相關(guān)，0.6～0.8則表現(xiàn)為強(qiáng)相關(guān)，0.4～0.6則視為中等相關(guān)，0.2～0.4可認(rèn)定為弱相關(guān)，0.0～0.2呈現(xiàn)極弱相關(guān)，如果系數(shù)為0則表明二者沒有關(guān)系，因此虛擬織物的懸垂系數(shù)與緯/經(jīng)紗彎曲強(qiáng)度呈極強(qiáng)相關(guān)性，與織物密度呈中等相關(guān)性，與對角線張力呈弱相關(guān)性，與緯/經(jīng)紗拉伸強(qiáng)度呈極弱相關(guān)性。

2 真實(shí)織物懸垂性實(shí)驗(yàn)

2.1 實(shí)驗(yàn)方法和織物樣品

懸垂性測試儀的實(shí)驗(yàn)原理是將織物試樣的懸垂影像投射到儀器中的白色片材上，利用計(jì)算機(jī)圖像處理數(shù)碼相機(jī)獲取到的懸垂投影影像[8]。本次實(shí)驗(yàn)所使用儀器為YG811F型電腦式織物懸垂性測試儀, 在儀器夾持臺的下方是凹面鏡焦點(diǎn)的位置，該位置反射出垂直向上的平行光并將夾持盤上的試樣照射出來，計(jì)算得到織物的懸垂系數(shù)、波紋數(shù)以及平均懸垂半徑這幾項(xiàng)參數(shù)。

選取2組共8種織物作為研究對象，進(jìn)行不同材質(zhì)、不同面密度織物的懸垂性研究。采用的面料包括雪紡、喬其紗、水晶絲綢、素色布、中平布、印花布、色丁、素緞。為使本次實(shí)驗(yàn)更具有科學(xué)性，選用的2組織物樣本面密度相差范圍在40 g/m2以內(nèi)，其中第1組樣本面密度范圍在50～80 g/m2，第2組樣本面密度范圍在140～180 g/m2，所有試樣均在GB/T 6529-2008《紡織品 調(diào)濕和試驗(yàn)用標(biāo)準(zhǔn)大氣環(huán)境》規(guī)定條件下測試其懸垂性能，實(shí)驗(yàn)面料樣品見表3。

表3 實(shí)驗(yàn)面料樣品Tab.3 Fabric samples for test

2.2 織物懸垂性評價(jià)

計(jì)算真實(shí)織物的懸垂系數(shù)與平均懸垂半徑并用圖片記錄靜態(tài)的懸垂效果，再與CLO 3D中虛擬面料的懸垂效果進(jìn)行對比。

①懸垂系數(shù)。實(shí)驗(yàn)用8種面料的懸垂系數(shù)根據(jù)式(1)進(jìn)行計(jì)算。

②平均懸垂半徑。平均懸垂半徑是指紡織品織物在完全懸垂的狀態(tài)下，各懸垂產(chǎn)生的波紋凹凸點(diǎn)到夾持盤外圓的距離取算術(shù)平均值，該數(shù)值表示織物的抗彎能力的大小，計(jì)算公式見式(2)。

(2)

式中:Ri為凹點(diǎn)到夾持盤外圓的距離，cm，Rj為凸點(diǎn)到夾持盤外圓的距離，cm，n則為波紋數(shù)，個(gè)。

2.3 測量結(jié)果

其測定結(jié)果表明M1～M3懸垂系數(shù)相對較小，波紋數(shù)較多；M4～M8懸垂系數(shù)相對較大，波紋數(shù)相對較少，詳見表4。

表4 面料懸垂性測試數(shù)值Tab.4 Drapability test result of fabric samples

3 虛擬織物的懸垂性關(guān)系

3.1 虛擬織物與真實(shí)織物懸垂?fàn)顟B(tài)對比

參考真實(shí)織物懸垂性物理實(shí)驗(yàn)中得到的投影圖像，根據(jù)投影的波數(shù)、波幅等形態(tài)，在CLO 3D三維視窗的俯視圖視角下，開啟模擬并調(diào)節(jié)屬性窗口中織物的物理屬性參數(shù)數(shù)值，將三維虛擬織物模擬成與真實(shí)織物懸垂投影圖像相一致，讓虛擬織物靜待3～5 min，待其懸垂形態(tài)穩(wěn)定后，記錄各項(xiàng)物理屬性參數(shù)值并用回歸分析法進(jìn)行研究[9]。真實(shí)織物懸垂性測試儀獲得的投影圖像與在CLO 3D中模擬出來的虛擬織物懸垂性的對比結(jié)果如圖2所示。

圖2 真實(shí)與虛擬織物的懸垂?fàn)顟B(tài)Fig.2 Drape state of real fabric and virtual fabric.(a)Real fabric; (b)Virtual fabric

3.2 確定虛擬織物的各項(xiàng)參數(shù)值

根據(jù)1.4結(jié)論可知虛擬織物的懸垂性與緯紗彎曲強(qiáng)度、經(jīng)紗彎曲強(qiáng)度、織物密度、對角線張力、 緯紗強(qiáng)度、經(jīng)紗強(qiáng)度這6個(gè)參數(shù)呈現(xiàn)出相關(guān)性，因此在對比實(shí)驗(yàn)中通過調(diào)節(jié)虛擬織物的以上6項(xiàng)屬性參數(shù)來表現(xiàn)不同織物的懸垂性能。

對應(yīng)表4中8種不同真實(shí)織物的懸垂?fàn)顟B(tài)影像和參數(shù)值，在CLO 3D中對虛擬織物的物理參數(shù)特征值進(jìn)行比對調(diào)節(jié)以獲得與真實(shí)織物最接近的懸垂表現(xiàn)[10]，同時(shí)對6項(xiàng)調(diào)節(jié)參數(shù)值進(jìn)行記錄，結(jié)果詳見表5。

表5 虛擬織物的6項(xiàng)參數(shù)值Tab.5 Drapability test result of fabric samples

3.3 建立虛擬織物懸垂系數(shù)的回歸方程

多元回歸分析是根據(jù)多個(gè)自變量的最優(yōu)組合建立回歸方程預(yù)測因變量的分析方法[11]。通過表5中的數(shù)據(jù)結(jié)合真實(shí)織物的懸垂系數(shù)，利用SPSS軟件得到多元線性回歸分析結(jié)果，詳見表6和表7。其中因變量Y為懸垂系數(shù)，自變量X1為緯紗彎曲強(qiáng)度、X2為經(jīng)紗彎曲強(qiáng)度、X3為織物密度、X4為對角線張力、X5為緯紗拉伸強(qiáng)度、X6為經(jīng)紗拉伸強(qiáng)度，建立線性回歸模型。

表6 回歸分析模型Tab.6 Regression analysis model

表7 系數(shù)值Tab.7 Coefficient value

從表7數(shù)據(jù)可知，常量及模擬織物的6個(gè)屬性參數(shù)值所對應(yīng)回歸分析中的P值均小于0.05，因此可以建立回歸方程如下：

Y=5.069-0.479X1+1.213X2+0.323X3+

0.144X4-0.496X5+0.347X6

(3)

從中可以看出各自變量相互之間不存在共線性特點(diǎn)，且分析模型中的R2為0.985，大于0.8，表明上式擬合程度較好，變量中緯紗彎曲強(qiáng)度對懸垂系數(shù)的影響最大，經(jīng)紗彎曲強(qiáng)度、織物密度和拉伸緯紗強(qiáng)度對其也存在影響。

綜合以上研究可以得出：

①經(jīng)紗、緯紗的彎曲強(qiáng)度主要影響織物的硬挺程度，數(shù)值越大，面料越硬；數(shù)值越小，面料垂感越好。

②經(jīng)、緯紗拉伸強(qiáng)度、對角線張力主要反映了模擬織物水平、垂直、對角線方向的伸縮反彈的強(qiáng)度。當(dāng)經(jīng)紗、緯紗拉伸強(qiáng)度與對角線張力同比例減少時(shí)，模擬織物呈現(xiàn)柔軟的狀態(tài)，懸垂效果越好；反之，就會(huì)顯得硬挺，懸垂效果也越差。

③織物密度的大小能直觀地反映出模擬織物的質(zhì)量，密度值越大，面料越厚重，織物越容易下垂；反之，面料越輕薄，懸垂效果越差。

3.4 回歸方程的應(yīng)用

在MatLab中，令Y=[真實(shí)面料懸垂系數(shù)]，X=[X1,X2,X3,X4,X5,X6],然后用fitlm(X,Y)函數(shù)建立回歸模型Y～1+X1+X2+X3+X4+X5+X6，最后用plotSlice(model) 命令繪制預(yù)測切片圖如圖3所示。當(dāng)前預(yù)測的即為懸垂系數(shù)48.351 9，緯紗彎曲強(qiáng)度X1設(shè)置值為46.5，經(jīng)紗彎曲強(qiáng)度X2設(shè)置值為45，織物密度X3設(shè)置值為31，對角線張力X4設(shè)置值36，緯紗拉伸強(qiáng)度X5設(shè)置值34，經(jīng)紗拉伸強(qiáng)度X6設(shè)置值為36.5。

圖3 預(yù)測切片圖Fig.3 Predictive slice figure

4 結(jié)束語

本文基于真實(shí)面料特性，首先將紡織品在實(shí)驗(yàn)室獲得真實(shí)織物的懸垂投影，然后再進(jìn)行CLO 3D的計(jì)算機(jī)模擬實(shí)驗(yàn)，通過虛擬織物懸垂投影的比對分析，調(diào)節(jié)虛擬織物三維物理屬性參數(shù)來還原其真實(shí)性，從而得到虛擬織物的各項(xiàng)屬性參數(shù)，并通過回歸分析得到虛擬織物懸垂性與物理屬性參數(shù)之間的關(guān)系及線性方程。最后分析得出在CLO 3D中調(diào)節(jié)出各種面料的真實(shí)效果，同時(shí)得到各項(xiàng)物理屬性參數(shù)對虛擬織物懸垂效果的具體影響，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明虛擬織物的經(jīng)緯紗彎曲強(qiáng)度、密度及對角線張力這幾個(gè)參數(shù)與懸垂性表現(xiàn)密切相關(guān)。

本文實(shí)驗(yàn)?zāi)M結(jié)果基本符合預(yù)期，為今后在三維服裝數(shù)字化教學(xué)中提供了設(shè)置虛擬面料的調(diào)整方法，但仍有一些不足之處，如選取的實(shí)驗(yàn)織物其經(jīng)緯紗線的性能比較接近。希望能夠在今后的服裝數(shù)字化模擬研究中用經(jīng)緯紗性能差異較大的織物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，同時(shí)可以嘗試結(jié)合其他分析方法進(jìn)行研究。