薛 媛,王 瑤,徐蓉婷

(西安工程大學(xué) 服裝與藝術(shù)設(shè)計學(xué)院,陜西 西安 710048)

0 引 言

隨著服裝行業(yè)的數(shù)字化和智能化快速發(fā)展,消費者對服裝的個性化要求不斷提高,越來越注重服裝的品質(zhì)、款式和個性,不再是單一的同質(zhì)化[1-2]。傳統(tǒng)的正向設(shè)計方式已無法滿足消費者日益增長的個性化消費需求,越來越多的服裝企業(yè)采用先進(jìn)的、智能化的三維服裝技術(shù)[3-4]以及逆向流程設(shè)計[5-6],生產(chǎn)出款式豐富多樣、具有時尚化氣息、符合消費者個性需求的服裝,并實現(xiàn)縮短研發(fā)周期、降低生產(chǎn)成本、提高設(shè)計效率以及快速響應(yīng)市場的生產(chǎn)目標(biāo)[7-8]。

逆向工程是將實物轉(zhuǎn)變?yōu)镃AD模型相關(guān)的數(shù)字化技術(shù)、幾何模型重建技術(shù)和產(chǎn)品制造技術(shù)的總稱[9],逆向工程就是根據(jù)已經(jīng)存在的產(chǎn)品模型,反向推出產(chǎn)品的設(shè)計數(shù)據(jù)的過程[10]。逆向工程在服裝領(lǐng)域也被廣泛運用,將三維虛擬服裝技術(shù)用于逆向設(shè)計是目前的一個研究熱點[11]。在虛擬試衣軟件中,通過對服裝輪廓的硬化來構(gòu)建三維的服裝模型,根據(jù)設(shè)計需求在服裝表面進(jìn)行三維分割設(shè)計,并將其展開得到二維紙樣[12-13]。將逆向工程技術(shù)引入到數(shù)字定制生產(chǎn)中,采用點云數(shù)據(jù)建立了特征人體,在人體模型中提取了關(guān)鍵曲線,采用曲線展平技術(shù)實現(xiàn)了服裝表面的曲面自動展開[14-15]。逆向工程技術(shù)能夠最直觀地看到服裝最終的效果,縮短制作周期,提高效率[16-17]。

本文運用逆向工程的方法對青年女性夜跑服進(jìn)行設(shè)計研究。在三維虛擬設(shè)計平臺上,采用參數(shù)化設(shè)定建立人體模型,實現(xiàn)緊身服裝曲面的快速生成,并將逆向技術(shù)和三維可視技術(shù)相結(jié)合,實現(xiàn)了夜跑服的三維設(shè)計,采用曲面展平技術(shù)得到二維樣版,并進(jìn)行虛擬試穿,對跑步的6種姿勢下26個壓力點進(jìn)行虛擬壓力測試,對比2款不同服裝的壓力,選出1種進(jìn)行樣衣制作。通過Lilypad Arduino模塊實現(xiàn)夜跑服的發(fā)光功能,開發(fā)出一款可發(fā)光的夜跑服,降低夜跑時安全事故的發(fā)生。

1 三維人體模型構(gòu)建

1.1 人體數(shù)據(jù)的采集與分析

人體測量是進(jìn)行人體體型分類必不可少的一部分,在夜跑服的設(shè)計中,體型的分類有助于更好地區(qū)分個體之間的差異,進(jìn)而指導(dǎo)夜跑服規(guī)格的制定,使夜跑服更加貼合人體。

1.1.1 實驗方法

本次實驗采用德國Human Solutions公司的彩色三維人體掃描儀,將選定18～25周歲的103名女大學(xué)生作為研究對象進(jìn)行人體數(shù)據(jù)采集。參考GB/T 16160—2008《服裝用人體測量的部位與方法》,依據(jù)CLO3D虛擬試衣軟件中的模特參數(shù)信息,以及夜跑服結(jié)構(gòu)設(shè)計的需要,從高度、寬度、厚度、圍度和長度5個維度共選取了25項項目進(jìn)行測量,包括身高、胸高、腰高、腹高、臀高、肩胛骨高、肩中點高、總肩寬、胸寬、背寬、乳間距、頸厚、胸厚、腹厚、臀厚、頸根圍、胸圍、下胸圍、腰圍、臀圍、手腕圍、腳踝圍、背長、全臂長和腰臀長,并依次命名為1～25。

1.1.2 人體數(shù)據(jù)分析

采用SPSS統(tǒng)計軟件對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行因子分析。因子分析的目的是將性質(zhì)相同的變量歸到一個因子中,從而使變量的數(shù)目減少[18]。碎石圖如圖1所示。

圖 1 碎石圖Fig.1 Scree plot

從圖1可以看出,因子個數(shù)3和因子個數(shù)4之間的坡度變緩,說明第4個因子可解釋的信息已經(jīng)減少,前3個因子可以覆蓋大部分信息,因此選取3個公因子進(jìn)一步分析。

通過因子旋轉(zhuǎn)后的成分矩陣得出:第1個公因子涵蓋身高、胸高、腰高、腹高、臀高、肩胛骨高、肩中點高和背長、全臂長、腰臀長,定義為高度及長度因子;第2個公因子涵蓋肩寬、胸寬、背寬、乳間距、腹厚和臀厚,定義為寬度及厚度因子;第3個公因子涵蓋頸根圍、胸圍、下胸圍、腰圍、臀圍,定義為圍度因子;特征指標(biāo)是以各個公因子的權(quán)重系數(shù)值為基礎(chǔ),通過對各個因子的權(quán)重系數(shù)值進(jìn)行加權(quán)分析,最終從各公因子中選出的體型特征指標(biāo)為身高、肩寬、腹厚、腰圍、頸根圍、背長和全臂長。

采用K-means聚類法進(jìn)行青年女性的體型分類,當(dāng)聚類數(shù)為3時,顯著性水平小于0.05,因此體型的最佳聚類數(shù)為3。根據(jù)體型分類,第二類體型占比較多,因此,在研究對象中找出距離第二類體型最相近的體型數(shù)據(jù)見表1,作為本次實驗對象,構(gòu)建人體模型。

表 1 實驗人體尺寸

1.2 人體模型的構(gòu)建

目前,常見的人體建模方法有2種,一種是通過三維人體掃描獲得點云數(shù)據(jù),通過對點云數(shù)據(jù)進(jìn)行降噪、精簡、補洞、光滑等處理,得到了人體的特征模型,該方法具有較高的計算精度,但是此方法工作量大,操作復(fù)雜[19];另一種是利用基于參數(shù)設(shè)置的三維虛擬設(shè)計平臺進(jìn)行人體建模,該方法具有較小的工作量,可以實現(xiàn)快速的三維人體模型的生成。

本文的研究對象是在三維虛擬設(shè)計平臺上進(jìn)行人體模型的建立,通過對人體數(shù)據(jù)的分析,對平臺自帶的標(biāo)準(zhǔn)人體模型a進(jìn)行參數(shù)設(shè)置,從而獲得基礎(chǔ)人體模型b。因夜跑服為緊身服裝,實際樣衣尺寸比基礎(chǔ)樣衣尺寸小,需要考慮夜跑服面料的緯向伸長率,本次實驗使用的面料縱伸長率為28.98%,根據(jù)公式:實際樣衣尺寸=人體基礎(chǔ)樣衣尺寸/(1+縱向伸長率),計算出人體實際樣衣尺寸見表2。由于針織面料的彈性,本次實驗建立的特征人體模型的尺寸與人體實際樣衣尺寸一致。

表 2 人體基礎(chǔ)樣衣尺寸與人體實際樣衣尺寸對比

在虛擬設(shè)計軟件中,將基礎(chǔ)人體模型b通過參數(shù)設(shè)置調(diào)整為特征人體模型c,“基礎(chǔ)人體模型b”是通過人體測量及數(shù)據(jù)分析所得到的實驗人體模型;“特征人體模型c”是基于面料的伸長率而得到的具有“帶松量”的人體模型,如圖2所示。

(a) 基礎(chǔ)人體模型b (b) 特征人體模型c圖 2 人體模型Fig.2 Human model

2 夜跑服的設(shè)計

2.1 夜跑服的款式設(shè)計

2.1.1 夜跑服的款式分割設(shè)計

主要考慮運動時的出汗部位以及人體的肌肉運動,女性運動時的出汗部位主要包括背部、胸部、后腰部以及腋窩等部位,根據(jù)人體出汗時的部位,以及肌肉運動進(jìn)行不同的分割線設(shè)計,在容易出汗的部位,采用透氣性好的網(wǎng)眼面料,增強(qiáng)服裝的透氣性,在分割線的位置也加入反光條的設(shè)計。

2.1.2 腰部設(shè)計

2款服裝采用了不同的腰部設(shè)計,如圖3所示,款式一是前低后高設(shè)計,款式二采用雙層交叉設(shè)計,都是中高腰設(shè)計,減少夜跑過程中腹部脂肪與面料之間的摩擦,保護(hù)腰部,降低運動損傷。

(a) 款式一 (b) 款式二圖 3 夜跑服腰部設(shè)計Fig.3 Waist design of night running clothes

2.1.3 袖子設(shè)計

袖子也采用了2款不同的袖型,兩片袖的設(shè)計能更好地貼合人體,增加夜跑時肘部運動的舒適度。

2.2 夜跑服功能設(shè)計

隨著我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,越來越多的青年女性通過夜跑釋放壓力,但是近年來安全事故頻發(fā),多數(shù)運動服裝不具備有效的安全警示效果,本次設(shè)計在夜跑服上的加入了發(fā)光功能,減少夜跑過程中交通事故的發(fā)生。

夜跑服的發(fā)光功能由Lilypad套件與LED燈相結(jié)合實現(xiàn)的。Lilypad模塊是為可穿戴技術(shù)和電子織物設(shè)計的微控制器板。Lilypad電路板和傳感器包括電源的體積相對于其他Arduino元件小很多,且質(zhì)量輕,不會增加任何負(fù)擔(dān)。傳感器選用的是Lilypad Arduino USB接口、光敏傳感器、電源、LED燈。為了達(dá)到在夜跑中的警示作用,發(fā)光模型的設(shè)計方案為黑暗中LED常亮,在對Lilypad Arduino接口進(jìn)行了多次模擬測試后,進(jìn)行常亮函數(shù)語句的調(diào)試,發(fā)光模型的發(fā)光效果如圖4所示。

圖 4 發(fā)光模型效果Fig.4 The luminous model effect

光敏傳感器是這次測試中最關(guān)鍵的一部分,它可以根據(jù)光線的強(qiáng)弱,提供0～5 V的模擬值。在白天,最大輸出電壓為5 V,當(dāng)燈光被阻擋時,輸出電壓為0 V,所有的光值都是由感測器探測到的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換為電壓再生成的;光值是由一個串行監(jiān)控器來查看傳感器感知的數(shù)據(jù),因此要在環(huán)境設(shè)定中對串行通信進(jìn)行初始化,并且將波特率設(shè)為9 600,然后在各種光線條件下進(jìn)行相應(yīng)的光值檢測,并對感光元件的敏感度進(jìn)行測試,以驗證其可行性。

2.3 夜跑服的結(jié)構(gòu)設(shè)計

本文采用逆行工程的方法實現(xiàn)夜跑服從三維曲面到二維樣版的轉(zhuǎn)化,通過在建立的人體模型上構(gòu)建夜跑服基礎(chǔ)型曲面并進(jìn)行分割設(shè)計,通過曲面展平獲得二維樣版。

2.3.1 夜跑服曲面構(gòu)建

服裝曲面的構(gòu)建是基于參數(shù)化人體模型進(jìn)行的,使用數(shù)字化仿真系統(tǒng)平臺,以帶有參數(shù)化的特征人體模型為原型,在上面進(jìn)行原型設(shè)計,得到相應(yīng)的基礎(chǔ)型服裝曲面如圖5所示。特征人體模型為“帶松量”的人體模型,所以基礎(chǔ)型服裝曲面可直接對特征人體模型進(jìn)行繪制,不需要再考慮服裝松量。此模型是通過CLO三維虛擬設(shè)計軟件中使用3D筆直接在特征人體表面按照服裝基本型繪制樣版輪廓,并進(jìn)行擬合而得到的,服裝曲面模型的建立可以更方便快捷地得到服裝基礎(chǔ)樣版。利用這一技術(shù)可以更好地為緊身服裝進(jìn)行紙樣設(shè)計,使其更加貼體舒適。

圖 5 基礎(chǔ)型服裝曲面模型Fig.5 Basic surface model of clothing

2.3.2 平面樣板獲取

通過在基礎(chǔ)型服裝曲面模型上進(jìn)行分割展平得到平面樣板。由于人體的表面是一個不規(guī)則的弧形,緊身夜跑服貼合人體表面的曲線會隨著身體的變化而出現(xiàn)明顯的起伏,這主要表現(xiàn)在胸部、背部、腹部、臀部、后腰等。在傳統(tǒng)的平面制版方式中,解決面料的余缺處理方法是:設(shè)置省道,根據(jù)不同的部分,形成對應(yīng)的省道[20]。省道是從二維紙樣到三維服裝的轉(zhuǎn)折點,也是實現(xiàn)從三維到二維的重要環(huán)節(jié)。以夜跑服上衣前身為例,根據(jù)夜跑服的款式要求,結(jié)合人體省道位置進(jìn)行連省成縫(GH)分割設(shè)計,如圖6所示,基于特征人體模型實現(xiàn)從三維曲面樣板向二維平面樣板轉(zhuǎn)換的逆向流程,采用相同的方法,將夜跑服的各個曲面樣版進(jìn)行平面變換獲得最終的二維樣板,如圖7所示。

圖 6 前衣身平面樣板獲取過Fig.6 The acquisition process of front body plane pattern

(a) 款式一

3 夜跑服樣板驗證及樣衣評價

通過逆向設(shè)計的方法獲得夜跑服的二維樣板,為了驗證此方法的可行性的,在三維虛擬試衣軟件中進(jìn)行虛擬試穿,并通過虛擬壓力值的測量選取壓力舒適性較好的款式進(jìn)行成衣制作。

3.1 夜跑服虛擬壓力值測量

將最終獲得的二維樣板導(dǎo)入CLO三維虛擬試衣軟件中進(jìn)行虛擬試穿,如圖8所示。

(a) 款式一

在此基礎(chǔ)上,對虛擬女性模特的肩部、肘部、手部、腰部、膝部等關(guān)鍵部位的關(guān)節(jié)點進(jìn)行調(diào)整,完成實驗所需的跑步動作設(shè)計,如圖9所示。因為跑步時人體姿勢的不斷變化,服裝與人體表面接觸時產(chǎn)生的壓力值也在不斷變化;跑步時人們的主要動作為前后擺臂,身體前傾,前后踢腿,所以將壓力測量點主要安排在肩部、腋下、腰部、臀部、腿部的主要位置,共選取了26個壓力點。

圖 9 跑步動作模擬Fig.9 Running action simulation

在服裝原型上進(jìn)行壓力點的標(biāo)注,標(biāo)注好的壓力點如圖10所示。

圖 10 壓力測試點示意圖Fig.10 Schematic diagram of pressure test points

其中,上衣前片的壓力點為J1、J2、J3、J4、J5,其中J1為領(lǐng)子壓力測量點,J2、J3為肩部壓力測量點,J4為胸部壓力測量點,J5為腰部壓力測量點;上衣后片的壓力點中P1為后領(lǐng)部壓力測量點,P2、P3為肩部壓力測量點,P4為背部壓力測量點,P5為腋下壓力測量點,P6為腰部壓力測量點;袖子的壓力點中K1、K3為腋下袖子壓力測量點,K2為袖山高壓力測量點,K4為袖肘部的壓力點。褲子前片壓力點為L1、L2、L3、L4、L5一共5個點,L1為腰部的壓力點,L2為腹部的壓力測量點,L3為大腿前中壓力測量點,L4為膝部壓力測量點,L5為小腿前中部壓力測量點;褲子后片壓力點為W1、W2、W3、W4、W5一共5個點,W1、W2為腰部壓力測量點,W3為臀部壓力測量點,W4為大腿后中部壓力測量點,W5為膝蓋窩部壓力點,W6為小腿后中部壓力測量點。

在CLO中分別對2款不同夜跑服的6個姿勢下26個壓力測試點壓力值進(jìn)行測試,每個測量點測量3次,并取平均值減小實驗誤差,上衣及袖子的測量結(jié)果如圖11(a)所示,褲子的測量結(jié)果圖11(b)所示。

(a) 上衣及袖子虛擬壓力值

從圖11可以看出,2種設(shè)計款式在肩點、胸部、袖山、肘部數(shù)值的壓力數(shù)值相差較小,在腰部、背部、后腋及腿部有明顯的區(qū)別。2種設(shè)計款式相比之下,款式一的壓力值較小,表明該款式、結(jié)構(gòu)及面料在滿足夜跑運動過程中的舒適性方面有較好的優(yōu)勢。因此,最終決定選用款式以完成樣衣制作。

3.2 樣衣試穿及評價

通過樣衣制作以及真人試穿評價,樣衣試穿效果如圖12所示,對樣板進(jìn)行二次驗證,主要評價夜跑服的舒適性與功能的可行性。

圖 12 真人試穿Fig.12 Human fitting

測評中采用5個等級,從1到5。1表示不滿意,5代表十分滿意。3名試穿者對夜跑服進(jìn)行了主觀評分,平均的評分結(jié)果見表3。

表 3 樣衣試穿評分

從表3可以看出,總體得分均4分以上,反映了夜跑服在舒適度和功能性方面的優(yōu)勢。證明了利用特征人體模型建立曲面模型并逆向獲取夜跑服樣板的設(shè)計方法科學(xué)有效。

4 結(jié) 語

提出一種基于逆向工程的夜跑服設(shè)計方法,實現(xiàn)緊身服裝從三維服裝曲面到二維服裝樣板的快速生成。通過虛擬試衣軟件的服裝虛擬試穿與試穿者真實試穿的主觀評價的結(jié)果中可以得出:以特征人體模型為基礎(chǔ),構(gòu)建了緊身服裝的曲面造型和內(nèi)部分割設(shè)計,并通過展平曲面,獲得二維樣板,由此得出一種緊身服裝紙樣設(shè)計的方法。在采用虛擬仿真技術(shù)制版時,可以直接看到衣服穿著的效果,減少了樣品的修改次數(shù),保證了成衣的美觀和穿著舒適性,從而縮短了制版周期,提高了研發(fā)效率。同時,利用三維虛擬試衣軟件和夜跑服的成衣穿著效果進(jìn)行了比較,結(jié)果表明,逆向設(shè)計的服裝與成衣的穿著效果是高度一致的,可以滿足服裝的款式設(shè)計要求。