郭子翊，黃振華，龍穎，鄒奉元*，2，3

(1.浙江理工大學(xué) 服裝學(xué)院，浙江 杭州 310018；2.浙江理工大學(xué) 絲綢文化傳承與產(chǎn)品設(shè)計數(shù)字化技術(shù)文化和旅游部重點實驗室，浙江 杭州 310018；3.浙江理工大學(xué) 浙江省服裝工程技術(shù)研究中心，浙江 杭州 310018)

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，服裝業(yè)逐步走向數(shù)字化、自動化和智能化，服裝樣板自動生成是服裝CAD技術(shù)的重要研究方向之一，在服裝遠(yuǎn)程定制、服裝智能制造等領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用潛力[1]。

大量研究圍繞樣板自動生成展開。HAN H S等[2]為解決服裝定制中樣板需要逐個手動創(chuàng)建的問題，制定依據(jù)身體測量值的預(yù)測樣板放碼規(guī)則，并通過分級法調(diào)整樣板。劉肖等[3]為消除款式圖和樣板圖信息表達(dá)之間的誤差，建立兩者的參數(shù)化關(guān)系，實現(xiàn)領(lǐng)、袖部款式圖到樣板圖的轉(zhuǎn)化。GU B等[4]為滿足消費者對個性化服裝的需求，利用Imageware軟件測量女性身體點云數(shù)據(jù)，運用SPSS軟件制定高度計算規(guī)則，再通過回歸分析建立人體數(shù)據(jù)預(yù)測模型，最后利用CAD系統(tǒng)實現(xiàn)女式西服參數(shù)化樣板的自動生成。LIU K X等[5]運用三維掃描技術(shù)，對120名女性身體數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，將身高、臀圍和腰圍作為關(guān)鍵尺寸輸入BP-ANN模型訓(xùn)練，預(yù)測人體下體其他尺寸并生成樣板，運用虛擬試穿系統(tǒng)對樣板進(jìn)行驗證與調(diào)整。劉為敏等[6]為快速得出適合顧客體型的樣板，運用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法構(gòu)建基于人體腰圍、臀圍尺寸的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，實現(xiàn)樣板的自動生成，減少服裝制版對樣板師的依賴。LEE W等[7]為解決參數(shù)化樣板不合體的問題，提出二次參數(shù)化模型修正方法，提高了參數(shù)化樣板的合體度。LIU K X等[8]提出了一種基于人體尺寸的服裝樣板參數(shù)化設(shè)計方法，以牛仔褲為例，通過牛仔褲廓型、長度和腰高以及人體身高、腰圍和臀圍得到牛仔褲樣板，并運用三維虛擬試穿調(diào)整樣板參數(shù)。LIU K X等[9]就款式圖與樣板圖獨立生成造成生產(chǎn)效率低的問題，利用款式圖、人體與樣板的關(guān)系構(gòu)建數(shù)學(xué)模型，將款式圖數(shù)據(jù)加入樣板生成的規(guī)則中，實現(xiàn)款式圖與樣板圖的轉(zhuǎn)化。

相同樣板在不同面料下制作的成衣會有不同造型[10-11]。張莎莎等[12]為研究面料性能對A字裙的影響，提取了A字裙多個方向圖像面積、裙寬、裙厚、波浪個數(shù)等造型參數(shù)指標(biāo),最后用相關(guān)分析和回歸分析得到了具有顯著影響的面料性能指標(biāo)。針對面料性能與翻領(lǐng)間隙量影響關(guān)系不明確的問題，吳志明等[10]研究了面料性能對連翻領(lǐng)間隙量的影響，以及當(dāng)翻領(lǐng)寬與領(lǐng)座高的差值變化時,面料性能對翻領(lǐng)間隙量變化規(guī)律的影響。楊曉敏等[11]針對翻駁領(lǐng)倒伏量難以設(shè)計的問題，運用KES-FB織物風(fēng)格測試儀測量面料力學(xué)性能，通過主成分分析得到拉伸回彈性、壓縮回彈性和單位面積質(zhì)量為顯著影響因子，基于回歸分析得出面料力學(xué)性能參數(shù)與翻駁領(lǐng)倒伏量的定量關(guān)系。但以上研究僅考慮了面料因素或款式圖參數(shù)對樣板的影響，均未將樣板生成視為面料與款式圖共同作用的結(jié)果。

綜上，目前樣板生成的研究均未從面料和款式圖的耦合作用展開，影響了樣板生成中尺寸的預(yù)測精度。因此，文中采用Lasso回歸算法，將面料性能和款式圖參數(shù)耦合到PSO-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，以翻立領(lǐng)為例，確定款式圖與面料中的影響因子，構(gòu)建面料參數(shù)與款式圖參數(shù)多因素耦合的樣板生成模型。

1 實驗部分

文中數(shù)據(jù)源于浙江某制衣公司，通過分析生產(chǎn)工藝單，篩選出69張翻領(lǐng)款式圖及每張款式圖對應(yīng)的樣板圖。翻立領(lǐng)款式圖及其對應(yīng)的樣板圖示例如圖1所示。

圖1 翻立領(lǐng)款式圖及其對應(yīng)的樣板圖Fig.1 Lapel collar style chart corresponding to the sample chart

1.1 領(lǐng)型數(shù)據(jù)獲取

1.1.1樣板數(shù)據(jù)獲取 翻立領(lǐng)生成過程中使用底領(lǐng)下口線、起翹量、底領(lǐng)上口線、底領(lǐng)高、間隙量，翻領(lǐng)高、翻領(lǐng)寬、翻領(lǐng)下口線和翻領(lǐng)外口線等9個樣板參數(shù)，如圖2所示。在實際翻立領(lǐng)樣板生成過程中，只需要得到翻領(lǐng)下口線、起翹量、底領(lǐng)高、間隙量、翻領(lǐng)高和翻領(lǐng)寬6個變量，就可確定領(lǐng)子整體造型[13]。因此，文中實驗在對樣板圖測量時僅對這6個變量進(jìn)行測量。

圖2 翻立領(lǐng)樣板Fig.2 Pattern of the collar flat

1.1.2款式圖數(shù)據(jù)獲取 運用dizimizer軟件對浙江某制衣企業(yè)提供的生產(chǎn)工藝單中的服裝款式圖進(jìn)行測量。該軟件將兩點之間像素作為測量數(shù)值，并將其保存為Excel文件，作為預(yù)測模型的樣本庫。由于每張款式圖的格式大小不同，導(dǎo)致在統(tǒng)一標(biāo)尺下測量數(shù)據(jù)誤差較大。因此記錄工藝單中的衣長，并測量款式圖中的衣長，對款式圖進(jìn)行修正?？钍綀D比例標(biāo)尺如圖3所示。

圖3 款式圖比例標(biāo)尺Fig.3 Style drawing scale

款式圖和樣板圖測量值對比如圖4所示。文中將數(shù)據(jù)分為固定值、預(yù)測值和設(shè)計值。首先，在獲取樣板領(lǐng)型變量時，采用領(lǐng)圍為40 cm的樣板進(jìn)行測量，把領(lǐng)子樣板生成過程中底領(lǐng)下口線定為常量，減少需要預(yù)測的變量；其次，樣板翻領(lǐng)高、翻領(lǐng)寬和底領(lǐng)高在款式圖上都有對應(yīng)的部位，因此視其為預(yù)測值，將款式圖與樣板圖的差作為輸出值；最后，將間隙量和起翹量作為設(shè)計值。

圖4 款式圖和樣板圖測量值對比Fig.4 Comparison of measurements between style and sample drawings

1.2 面料性能測定

1.2.1儀器 XY精密電子天平，常州幸運電子設(shè)備有限公司制造；YG(B)141D數(shù)字式織物厚度儀，YG026PC-250電子強力機，YG(B)022D自動織物硬挺度試驗儀，均由溫州際高檢測儀器有限公司制造；YG541E全自動織物折皺彈性儀，寧波紡織儀器廠制造；YG800織物懸垂性測定儀，閩測儀器設(shè)備(廈門)有限公司制造；Escan三維掃描儀，先臨三維科技股份有限公司制造。

1.2.2面料 文中所選面料為浙江藍(lán)天制衣有限公司的工裝制服面料，面料成分主要為棉和滌綸，面料的基本規(guī)格參數(shù)見表1。

表1 面料基本規(guī)格參數(shù)Tab.1 Basic fabric specifications

1.2.3方法 實驗要測定的面料性能指標(biāo)有面密度、厚度、拉伸性能、彎曲性能、壓縮特性和懸垂性[10-11]，嚴(yán)格按照面料性能測試要求，每個項目均測量3次取平均值。

1.2.4結(jié)果 9種面料的性能測試結(jié)果見表2。

表2 面料性能指標(biāo)Tab.2 Fabric mechanical properties

1.3 輸入數(shù)據(jù)優(yōu)化

針對不同領(lǐng)型樣板數(shù)據(jù)采用不同的輸入方式。首先針對預(yù)測值，以面料參數(shù)作為輸入，以款式圖與樣板圖差值作為輸出，對測量數(shù)據(jù)進(jìn)行偏移校準(zhǔn)。而對于設(shè)計值，則選用款式圖底領(lǐng)高、翻領(lǐng)高、翻領(lǐng)寬以及面料參數(shù)作為輸入，間隙量和起翹量作為輸出。

由于設(shè)計值輸入數(shù)據(jù)為款式圖數(shù)據(jù)和面料數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)過多且為離散數(shù)據(jù)，因此選擇Lasso回歸算法實現(xiàn)變量的篩選，在變量篩選同時對復(fù)雜度進(jìn)行調(diào)整。構(gòu)建Lasso模型主要分為3步。

1)讀取款式圖、面料和樣板數(shù)據(jù)，構(gòu)建Lasso模型的輸入與輸出，將數(shù)據(jù)集的80%作為訓(xùn)練集，20%的數(shù)據(jù)作為測試集。

2)定義Lasso回歸算法分析函數(shù)，對數(shù)據(jù)集進(jìn)行回歸分析，并輸出回歸效果和對應(yīng)變量的回歸系數(shù)，通過此方法確定懲罰范數(shù)L1的取值。L1正則化公式如下：

式中，X，y為訓(xùn)練樣本和相應(yīng)標(biāo)簽;w為權(quán)重系數(shù)向量；f為目標(biāo)函數(shù);Ω即為懲罰項;參數(shù)α控制正則化強弱。

3)采用步驟2)所得的Alpha參數(shù)對款式圖和面料參數(shù)進(jìn)行降維。

1.4 Lasso參數(shù)降維

面料數(shù)據(jù)與款式圖數(shù)據(jù)共有26個變量，將26個變量輸入PSO-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)會形成噪聲，從而干擾網(wǎng)絡(luò)的性能，因此運用Lasso回歸算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行降維。Lasso回歸算法分析結(jié)果見表3。在Alpha=1時，訓(xùn)練得分與運用的特征數(shù)均為0，表明在該懲罰值下將所有變量特征均剔除了。隨著Alpha值的下降，訓(xùn)練得分和測試得分在逐漸上升，當(dāng)Alpha<0.01時，訓(xùn)練得分繼續(xù)上升，而測試得分不斷下降并出現(xiàn)負(fù)值，說明網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)過擬合現(xiàn)象。因此本實驗確定Alpha的值為0.01。

表3 Lasso回歸算法分析結(jié)果Tab.3 Results of Lasso regression algorithm analysis

將款式圖數(shù)據(jù)和面料數(shù)據(jù)輸入構(gòu)建好的Lasso模型進(jìn)行參數(shù)化降維，Lasso模型其他參數(shù)見表4。數(shù)據(jù)輸入時將數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化(normalize)并加入常數(shù)項(fit_intercept)有利于模型回歸。

表4 Lasso模型參數(shù)Tab.4 Parameters of lasso model

預(yù)測量結(jié)果見表5，可見厚度影響最大，因此預(yù)測量僅考慮厚度的影響。各差值與厚度的關(guān)系如圖5所示。

表5 預(yù)測量Lasso模型結(jié)果Tab.5 Results of Lasso regression algorithm analysis

圖5 預(yù)測量預(yù)測結(jié)果Fig.5 Predicted volume forecast results

設(shè)計量Lasso降維結(jié)果見表6。在23個變量中，影響起翹量回歸的面料因素為面料厚度、經(jīng)向抗彎剛度、緯向抗彎剛度、經(jīng)向斷裂強力、經(jīng)向壓縮回復(fù)率；影響間隙量的僅有厚度和緯向抗彎剛度。

表6 設(shè)計量Lasso模型結(jié)果Tab.6 Results of Lasso regression algorithm analysis

1.5 翻立領(lǐng)預(yù)測模型的構(gòu)建

為提高模型精度，針對設(shè)計量構(gòu)建了PSO-RBF網(wǎng)絡(luò)模型[14]，其分為兩個部分：徑向基神經(jīng)網(wǎng)絡(luò) (RBF) 和粒子群算法 (PSO)。其中，RBF是一種具有單隱層的3層前饋型神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，其包括輸入層、隱含層、輸出層。RBF激活函數(shù)為

式中，X-XP為歐式范數(shù)；XP為高斯函數(shù)的中心；δ為方差。

RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸出為

式中，Yj是第j個輸出單元的輸出值,j=1,2,…,n；Wij是第i個隱含層節(jié)點到第j個輸出層節(jié)點的連接權(quán)值。

粒子群算法流程主要分為3步。①對粒子群基本參數(shù)進(jìn)行設(shè)定。確定粒子群算法的迭代次數(shù)，根據(jù)實驗任務(wù)設(shè)置粒子群規(guī)模，確定函數(shù)的自變量個數(shù)與粒子的最大速度與位置信息，及隨機初始化速度和位置。②定義適應(yīng)度函數(shù)，與歷史全局最優(yōu)解比較進(jìn)行迭代更新。③迭代次數(shù)達(dá)到設(shè)定值或全局最優(yōu)解差值滿足設(shè)定的界限后停止。其中，更新速度和位置為

1.6 評價指標(biāo)

為了分析預(yù)測效果，文中采用平均絕對誤差作為評價指標(biāo)對預(yù)測效果進(jìn)行評估。平均絕對誤差綜合評價了網(wǎng)絡(luò)的預(yù)測性能，得到的值越小，證明預(yù)測的精度越好。其中平均絕對誤差(E)為

2 實驗結(jié)果

2.1 網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果

將優(yōu)化后的數(shù)據(jù)放入PSO-RBF網(wǎng)絡(luò)，每個預(yù)測參數(shù)的均方誤差結(jié)果如圖6所示。

圖6 優(yōu)化PSO-RBF網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練結(jié)果Fig.6 Optimization of PSO-RBF network training results

2.2 對比實驗結(jié)果

使用常用的BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和PSO-PBF網(wǎng)絡(luò)作為對照組，4個樣板參數(shù)絕對誤差如圖7所示。由圖7可知引入面料參數(shù)后的網(wǎng)絡(luò)更加穩(wěn)定，且誤差普遍較低。

加入面料參數(shù)的PSO-RBF和未加入面料參數(shù)的PSO-RBF的間隙量和起翹量對比實驗如圖7所示。其中，加入面料參數(shù)的PSO-RBF起翹量平均絕對誤差為0.37 cm，而未加入面料參數(shù)的PSO-RBF的起翹量平均絕對誤差為0.58 cm。加入面料參數(shù)的PSO-RBF間隙量平均絕對誤差為0.15 cm，而未加入面料參數(shù)的PSO-RBF的間隙量值平均絕對誤差為0.61 cm。

圖7 對比實驗結(jié)果Fig.7 Comparison of the experimental results

由實驗可得，面料性能對樣板自動生成的影響因子主要有厚度、懸垂性；款式圖參數(shù)對領(lǐng)子樣板自動生成的影響因子主要有底領(lǐng)高、翻領(lǐng)高、翻領(lǐng)寬。融入面料參數(shù)的PSO-PBF起翹量平均絕對誤差較BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)降低了0.23 cm，較未融入面料參數(shù)的PSO-PBF降低了0.21 cm。融入面料參數(shù)的PSO-PBF間隙量平均絕對誤差較BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)降低了0.41 cm，較未融入面料參數(shù)的PSO-PBF降低了0.46 cm。

2.3 實物制作與比較

文中選取了最后一個樣本的未加入面料因素與加入面料因素的PSO-RBF模型實物進(jìn)行比較。為增加對比的可信度，選用Escan三維掃描儀分別掃描未加入面料因素與加入面料因素的PSO-RBF模型的實物以及標(biāo)準(zhǔn)樣本實物，具體如圖8所示。在Geomagic design X軟件中將兩個模型進(jìn)行了對齊，結(jié)果顯示，加入面料因素的領(lǐng)子與原樣版的領(lǐng)子更為貼近。

圖8 實物驗證Fig.8 Physical patterns verification

3 結(jié)語

文中引入Lasso回歸算法，將面料性能耦合到PSO-RBF神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，確定款式圖與面料參數(shù)中的影響因子，構(gòu)建了面料參數(shù)與款式圖參數(shù)共同耦合的樣板生成模型。經(jīng)對比實驗，驗證了加入面料性能參數(shù)能夠減少樣板數(shù)據(jù)的預(yù)測誤差。主要結(jié)論如下：

1)未加入面料參數(shù)的PSO-RBF的間隙量平均絕對誤差為0.61 cm，而加入面料參數(shù)的PSO-RBF間隙量平均絕對誤差為0.15 cm，降低了0.46 cm。未加入面料參數(shù)的PSO-RBF的起翹量0.58 cm，加入面料參數(shù)的PSO-RBF起翹量平均絕對誤差為0.37 cm，降低了0.21 cm

2)影響起翹量回歸的面料因素為面料厚度、經(jīng)向抗彎剛度、緯向抗彎剛度、經(jīng)向斷裂強力、經(jīng)向折皺；影響間隙量的面料因素僅有厚度和緯向抗彎剛度。面料厚度和抗彎剛度對領(lǐng)子起翹量起正向作用，厚度較厚時，需要更多的起翹量和間隙量來滿足領(lǐng)子下彎的曲度；剛度越高，領(lǐng)子身骨越剛硬，同樣需要更多的起翹量和間隙量。

3)面料厚度影響款式圖與樣板圖的底領(lǐng)高，面料厚度越厚，翻領(lǐng)高與翻領(lǐng)寬兩者差值越大，這與常識相同。

同時，文中只針對款式圖參數(shù)和面料參數(shù)實現(xiàn)樣板自動生成，今后將聚焦于自動提取款式圖參數(shù)，實現(xiàn)樣板生成的完整性。