劉安璐，蘇軍強(qiáng)，張蓓蓓

(1.蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021； 2.江南大學(xué) 設(shè)計學(xué)院，江蘇 無錫 214122；3.蘇州大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215021)

服裝的主要構(gòu)成成分是纖維，纖維屬于有機(jī)物，易受環(huán)境的影響而降解，因此服裝遺產(chǎn)較為脆弱，無法進(jìn)行長時間的物理展示。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與可視化技術(shù)的發(fā)展，將現(xiàn)代科技融入到抽象的文化保護(hù)中[1]，使得服飾類文物能夠以三維模型的形式進(jìn)行虛擬展示[2]。相較于傳統(tǒng)的物理展示，虛擬展示解除了時間與空間對服裝展示的限制[3]，且不會對服飾文物造成任何損害。但三維虛擬展示仍然未成為國內(nèi)各大博物館展示中國傳統(tǒng)服飾文物的主流形式。其主要原因是：移動平臺與網(wǎng)頁平臺的計算性能是有限的，而博物館的虛擬展示需要同時投入大量精細(xì)的、高數(shù)據(jù)量的服裝三維模型。大量的模型應(yīng)用到虛擬展示中會占用很多的存儲空間與內(nèi)存空間，影響計算機(jī)CPU(中央處理器)與GPU(圖像處理器)的計算與運(yùn)行效率[4]，進(jìn)而導(dǎo)致模型展示時加載時間延長，實(shí)時畫面卡頓，系統(tǒng)響應(yīng)速度慢等問題。因此，構(gòu)造輕量化的服裝三維模型是實(shí)現(xiàn)服飾文物虛擬展示的有效途徑[5]。

服裝的三維模型通?；谡鎸?shí)的服裝樣板模擬獲得[6]。中國古代服飾服裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，交疊纏繞，基于其真實(shí)樣板制作的三維模型存在大量樣板之間相互交疊的情況，交疊部分樣板會使模型產(chǎn)生大量冗余的三角形，這些三角形無需在場景中顯示，但是卻增加了模型的面數(shù)與數(shù)據(jù)量。由于模型在虛擬展示中運(yùn)行的每一幀畫面都依靠著CPU和GPU的實(shí)時計算[7]，所以這些冗余的三角形在運(yùn)行時會影響系統(tǒng)的運(yùn)算與傳輸效率[8]。因此，為構(gòu)建古代服飾的輕量化模型，使模型適應(yīng)計算機(jī)的運(yùn)算與傳輸能力，嘗試對其服裝樣板進(jìn)行修改優(yōu)化。本文以馬王堆一號漢墓出土的“信期繡”褐羅綺曲裾棉袍(329-10)為例，探究其在虛擬展示中的樣板修改方法，構(gòu)造其輕量化模型，以期為其他服飾文物輕量化模型的構(gòu)造提供參考借鑒。

1 曲裾袍服樣板圖繪制

1.1 曲裾袍服樣板結(jié)構(gòu)分析

馬王堆一號漢墓共出土曲裾類袍服9件，它們的款式風(fēng)格與結(jié)構(gòu)風(fēng)格基本一致[9]，只在單、夾的厚度有所區(qū)別[10]。由湖南省博物館與中國科學(xué)院考古研究所所著的《長沙馬王堆一號漢墓》對“信期繡”褐羅綺棉袍(329-10)的款式形制與樣板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析與說明，并繪制出了該袍服的款式圖，如圖1所示。

圖1 款式圖

從圖1中可以看出，“信期繡”褐羅綺棉袍(329-10)屬于上下連屬制的深衣結(jié)構(gòu)類型，由上衣部分與下裳部分在腰線處拼縫而成，在領(lǐng)口處、袖口處、衣襟處以及下擺處都具有寬闊的緣邊結(jié)構(gòu)。上衣部分為5幅面料正裁(“信期繡”褐羅綺棉袍所用羅綺的布幅寬度為38.8 cm)，共6片，大身部2片，寬度為完整幅寬，長度為114 cm，兩袖各2片，靠近大身部的袖片寬度為1幅，長76 cm，靠近袖緣的袖片寬度為半幅，長度為67 cm，6片裁片拼接縫合，再在腋下縫起。下裳部分為4幅面料正裁斜拼，斜度為25°，共4片，寬均為1幅，長度分別為110、81、73、59 cm，4片裁片橫向拼縫后整體旋轉(zhuǎn)至特定角度，腰口線根據(jù)上衣腰口線的形狀調(diào)整修剪。上衣與下裳獨(dú)立裁剪，在腰線處縫合，形成封閉的中腰線。緣邊部分均為斜裁，領(lǐng)緣為23 cm，袖緣為33 cm，襟緣與擺緣為28 cm，主體由3片或4片起毛錦拼縫而成，外側(cè)為從袍里邊緣翻出的5 cm窄絹條。

1.2 曲裾袍服樣板圖

基于《長沙馬王堆一號漢墓》中對“信期繡”褐羅綺棉袍(329-10)的形制分析與結(jié)構(gòu)分析，再結(jié)合書中所提供該袍服各部位的尺寸數(shù)據(jù)，繪制其樣板圖如圖2所示。

圖2 樣板圖

2 樣板處理正交試驗(yàn)設(shè)計

借助Clo3D軟件對“信期繡”褐羅綺棉袍(329-10)的實(shí)際樣板進(jìn)行模擬，得到其三維模型，如圖3所示。

由圖3可以看出，該服裝模型中存在大量衣片交疊的情況(交衽處、衽角處、曲裾處)，產(chǎn)生了大量冗余的三角形，增加了模型的面數(shù)與數(shù)據(jù)量。為消除這些冗余面數(shù)對計算機(jī)資源的浪費(fèi)，提高模型在展示平臺的應(yīng)用效果，對“信期繡”褐羅綺棉袍的虛擬樣板進(jìn)行修改處理，以構(gòu)造該曲裾袍服的輕量化模型。

圖3 三維模型

2.1 試驗(yàn)指標(biāo)的確定

為得到優(yōu)化該曲裾袍服三維模型的樣板修改規(guī)則，設(shè)計正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)的目的是提高模型在移動平臺的應(yīng)用效果，故設(shè)模型應(yīng)用效果的評價指標(biāo)為試驗(yàn)指標(biāo)。

模型的面數(shù)與頂點(diǎn)數(shù)越大，其數(shù)據(jù)量就越大，在運(yùn)行展示的過程中就會占用更多的內(nèi)存空間。因此，模型在移動平臺的應(yīng)用效果與模型的面數(shù)、頂點(diǎn)數(shù)成負(fù)相關(guān)，以此為依據(jù)，設(shè)定模型的面數(shù)、頂點(diǎn)數(shù)為試驗(yàn)指標(biāo)1、2。

除此之外，樣板處理不能影響模型原本模擬出的外觀效果。因此設(shè)置模型的外觀效果為試驗(yàn)指標(biāo)3，該指標(biāo)以主觀評價的方式測評經(jīng)過處理后的樣板模型外觀效果與初始模型是否一致。

2.2 試驗(yàn)因素的確定

曲裾袍服里料的結(jié)構(gòu)處理方式與面料完全一致，且里料樣板在模型中完全被遮擋，將其全部刪除不會影響模型的外觀效果，故里料樣板不做考慮，直接刪除。

袍服模型的樣板交疊圖如圖4所示。從圖中可以看出，樣板12，19，20在模型中被完全遮擋，無法在場景中顯示，也可直接刪除。樣板3，7，10，11，17，18，26，27在模型中被部分遮擋，如圖4所示，圖中三角形部分代表被遮擋的部分樣板，方形部分代表未被遮擋的部分樣板，粗黑線a、b、c、d為樣板交疊線。由于袍服模型的領(lǐng)口處、曲裾處以及交衽處并不是完全閉合的，將被遮擋的部分樣板全部刪除無法保證模型的外觀效果與初始樣板模型一致。因此，樣板3，7，10，11，17，18，26，27的刪減方案則需通過具體試驗(yàn)確定。

圖4 樣板交疊圖

以線段a、b、c、d4條樣板交疊線為依據(jù)將樣板3，7，10，11，17，18，26，27分為以下4類，并以此作為正交試驗(yàn)的4個試驗(yàn)因素：

①樣板10，11，17，18的樣板交疊線均為線段a，且都被襟緣樣板遮蓋，但穿著狀態(tài)下的曲裾袍服在襟緣處不是閉合的，將被遮蓋的樣板全部刪除無法保證模型的外觀效果，但將該部分樣板全部保留會增加模型的冗余度。因此，設(shè)置3組水平數(shù)：沿線段a修改原始樣板、保留線段a下5 cm部分樣板、線段a下交疊部分樣板全部保留。

②樣板26，27的樣板交疊線均為線段b，且都被領(lǐng)緣樣板遮擋，而曲裾袍服領(lǐng)口交衽處也不是閉合狀態(tài)。因此，同樣設(shè)置3組水平數(shù)：沿線段b修改原始樣板、保留線段b下3 cm部分樣板、線段b下交疊部分樣板全部保留。

③樣板7與樣板3后半部分的樣板交疊線均為線段c，且都被衽角樣板遮蓋。曲裾袍服的衽角處也非閉合狀態(tài)，設(shè)置3組水平數(shù)：沿線段c修改原始樣板、保留線段c下1 cm部分樣板、線段c下交疊部分樣板全部保留。

④樣板3前半部分的樣板交疊線為d，同樣板26，27一樣被領(lǐng)緣樣板遮擋。因此，設(shè)置與樣板26，27同樣的3組水平數(shù)：沿線段d修改原始樣板、保留線段d下3 cm部分樣板、線段d下交疊部分樣板全部保留。

3 袍服模型效果分析

3.1 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)以上分析，設(shè)樣板10，11，17，18的修改方案為因素A，樣板26，27的修改方案為因素B，樣板7與樣板3后半部分的修改方案為因素C，樣板3前半部分的修改方案為因素D，以此為基礎(chǔ)設(shè)計4因素3水平正交試驗(yàn)表，具體見表1。

在相同的模擬環(huán)境下，分別對試驗(yàn)組中的9組袍服樣板進(jìn)行模擬建模，得到其三維模型。分別測量1～9號模型的面數(shù)與頂點(diǎn)數(shù)，并以主觀評價的方式判斷其外觀效果與初始樣板模型是否一致，得到試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 正交試驗(yàn)1

初始樣板模型的面數(shù)為68 722,頂點(diǎn)數(shù)為37 730。9組樣板處理方案雖然有效地降低了模型的面數(shù)與頂點(diǎn)數(shù)，但均對模型的外觀效果產(chǎn)生了影響，并不符合預(yù)期的試驗(yàn)結(jié)果，所以曲裾袍服樣板處理方案的最優(yōu)的水平組合并不在以上正交設(shè)計所指定的試驗(yàn)當(dāng)中，需進(jìn)一步設(shè)計正交試驗(yàn)。

觀察1～9號模型可發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)因素A1，B1，C1，D1是引起其與初始樣板模型在外觀效果上產(chǎn)生較大差異的主要原因，如圖5所示。故將試驗(yàn)因素的水平A1，B1，C1，D1刪除，重新設(shè)計4因素2水平的正交試驗(yàn)，具體見表2。在與之前相同的模擬環(huán)境中，再次對試驗(yàn)組中的8組樣板進(jìn)行虛擬模擬縫合，得到其曲裾袍服模型，測算8組模型的面數(shù)與頂點(diǎn)數(shù)，并以主觀評價的方式判斷其外觀效果與初始樣板模型是否一致，得到試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

圖5 外觀效果差異產(chǎn)生原因

由表2可知，試驗(yàn)得到的8組袍服模型冗余度大幅度降低，其外觀也均符合預(yù)期的試驗(yàn)結(jié)果。對試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，結(jié)果如表2所示。面數(shù)與頂點(diǎn)數(shù)越小，模型的應(yīng)用效果越好。因此，取面數(shù)與頂點(diǎn)數(shù)最小值所對應(yīng)的水平，以此為依據(jù)確定出的最優(yōu)的水平組合為A1B1C1D1。

表2 正交試驗(yàn)2

3.2 袍服樣板修改圖

基于以上分析，可得到構(gòu)造曲裾袍服三維輕量化模型樣板修改的最佳方案：將樣板12，19，20以及里料樣板全部刪除，保留樣板10，11，17，18的樣板交疊線下5 cm部分樣板，保留樣板26，27交疊線下3 cm部分樣板，保留樣板7交疊線下1 cm部分樣板，保留樣板3前半部分交疊線下3 cm部分樣板以及后半部分交疊線下1 cm部分樣板，如圖6所示。

圖6 樣板修改規(guī)則圖

初始樣板模型的面數(shù)為68 722，頂點(diǎn)數(shù)為37 730。修改后的樣板模型的面數(shù)為27 729，頂點(diǎn)數(shù)為15 298，較初始樣板面數(shù)減少了59.7%，頂點(diǎn)數(shù)減少了59.4%，數(shù)據(jù)量下降了49.6%，模型冗余度大幅度降低。

4 模型應(yīng)用效果檢驗(yàn)

為客觀描述模型應(yīng)用效果提升的程度，設(shè)初始樣板模型為參照模型，修改后的樣板模型為檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?。以模型上傳至移動平臺的時間、模型運(yùn)行時對CPU占用率以及模型運(yùn)行時對GPU占用率3個指標(biāo)對其進(jìn)行檢驗(yàn)[11]。

4.1 模型上傳時間

在相同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，記錄6次參照模型與對照模型上傳至網(wǎng)頁移動平臺所需時間，并計算其平均值，結(jié)果如表3所示。樣板的修改有效降低了模型的上傳時間，對照模型的上傳時間較參照模型減少了61.1%，顯著提高了模型的應(yīng)用效果。

表3 模型上傳時間

4.2 CPU與GPU的占用率

在相同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，分別記錄2次參照模型與模型在30 s內(nèi)模擬展示時各個節(jié)點(diǎn)的CPU與GPU的占用率[12]，結(jié)果如圖7、8所示。修改后的樣板明顯降低了模型在運(yùn)行展示時的CPU與GPU占用率，提高了模型的在移動平臺的應(yīng)用效果[13]。

圖7 CPU參數(shù)對比

圖8 GPU參數(shù)對比

5 樣板處理方法的普適性評價

為驗(yàn)證文章提出的“基于正交試驗(yàn)，通過樣板處理以構(gòu)造輕量化服裝三維模型”的方法的普適性，選擇2件與曲裾袍服服裝結(jié)構(gòu)不同的傳統(tǒng)服飾，對其進(jìn)行樣板處理，構(gòu)造其輕量化服裝三維模型，結(jié)果如表4所示。2件服飾模型的面數(shù)與頂點(diǎn)數(shù)均呈現(xiàn)大幅度下降，應(yīng)用效果得到了提升。通過主觀觀察可以發(fā)現(xiàn)，2件古代服飾模型的外觀效果均未受樣板處理的影響。

表4 普適性測試結(jié)果

由此可知，本文所提出的“基于正交試驗(yàn)，通過樣板處理以構(gòu)造輕量化服裝三維模型”的方法具有一定的普適性，能夠?yàn)槠渌椢奈镙p量化模型的構(gòu)造提供參考借鑒。

6 結(jié) 論

以秦漢時期的曲裾袍服為研究對象，基于對其服裝樣板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析，通過2組正交試驗(yàn)，得到了構(gòu)造其輕量化模型樣板的修改方案。經(jīng)過樣板處理后的袍服模型在外觀效果不受影響的前提下，模型面數(shù)降低了59.7%，模型頂點(diǎn)數(shù)降低了59.4%，且經(jīng)模型應(yīng)用效果檢驗(yàn)，修改后的模型大幅度降低了運(yùn)行展示時對計算機(jī)CPU(中央處理器)與GPU(圖像處理器)的占用率。相較于基于原始樣板構(gòu)造的袍服模型，修改后樣板構(gòu)造的輕量化袍服三維模型在運(yùn)行展示時，很大程度上減少了對計算機(jī)資源與空間的浪費(fèi)，在移動平臺的應(yīng)用效果得到了大幅度的提升。

此外，對該樣板處理方法進(jìn)行普適性評價得出，該樣板修改方法不僅適用于曲裾袍服，也對構(gòu)造其他服飾的輕量化模型具有一定的借鑒意義。以此方法論對服飾文物模型進(jìn)行精簡優(yōu)化，可以讓更多的服飾文物模型投入虛擬平臺進(jìn)行展示，促進(jìn)服飾文化在新媒體空間下的傳播。