施明娟, 劉成霞

(浙江理工大學 a.服裝學院; b.服裝數(shù)字化技術浙江省工程實驗室,杭州 310018)

服裝造型不僅影響穿著舒適度和美觀性,更會影響消費者的購物欲,其中樣板結構是服裝造型的主要影響因素之一[1]。目前服裝造型評價主要通過版師或設計師的主觀感覺來確定,缺乏準確度和客觀性[2],對于建立科學、客觀、可重復的方法來評價服裝造型的需求日益迫切。

基于此,許多學者借助圖像處理技術[3-4]探究客觀的服裝造型評價量化指標,如李靜[5]通過圖像處理技術建立了裙裝的客觀評價體系;Zulkifli等[6]通過二維圖像提取了褲子外輪廓造型指標,定量研究了虛擬與真實褲子之間的造型差異。但二維圖像處理會損失實物三維空間中的造型信息,且無法對細節(jié)造型進行描述。而三維掃描技術[7]可以獲取物體的深度信息,從而實現(xiàn)對服裝造型的客觀評價及準確表征。陳麗麗等[8]將激光掃描技術與服裝穿著平整度的評價研究結合,提取了評價服裝肘部穿著折皺的5個指標;李濤等[9]通過[TC2]三維掃描技術研究了樣板結構松量的變化對短褲截面廓形變化的影響,提出了橫向距離間隙量作為短褲截面的評價指標;王利等[10]同樣基于此技術量化了連衣裙腰圍和擺圍形態(tài)與樣板結構的關系等。說明三維掃描技術可以深度解析服裝內空間形態(tài)[11],且能夠多維度評價服裝造型。但目前基于該技術的研究主要集中于服裝局部造型評價或服裝與人體橫向截面間的距離關系,缺少對服裝整體三維空間造型的量化分析。

故本文以受眾面廣且造型優(yōu)美的斜裙為例,提出基于三維掃描技術的斜裙空間造型客觀評價體系,包括縱、橫向及整體的造型指標,研究樣板結構與斜裙三維造型的關系,以期為服裝造型領域提供更客觀、精確的評判指標,同時也可為厘清樣板結構與服裝造型之間的關系提供借鑒。

1 實 驗

1.1 斜裙樣板設計

圖1 斜裙樣板Fig.1 Oblique skirt pattern

1.2 斜裙制作

由于本文僅研究樣板結構對斜裙造型的影響,故基于單變量實驗原則選擇僅1種面料制作斜裙。市面上斜裙多用棉布、化纖、絲綢織物等裁制,在市場調研的20種斜裙面料中選擇了一款懸垂性和抗皺性較好的化纖織物作為實驗用料,織物規(guī)格如表1所示,并按照圖1所示的樣板制作6款不同θ的斜裙。

表1 織物規(guī)格Tab.1 Fabric specification

1.3 斜裙三維造型信息獲取

1.3.1 三維掃描

采用EinScan Pro 2X Plus手持式多功能3D掃描儀(先臨三維科技股份有限公司),掃描精度為0.045 mm,單片掃描范圍為209 mm×160 mm～310 mm×240 mm,其原理是通過光的反射標定獲取斜裙的空間造型信息。為避免實驗誤差,利用同一臺掃描儀對1件樣裙掃描3次,共獲取3×6=18組點云模型。掃描時樣裙穿在腰圍66 cm、臀圍90 cm的標準人臺上,并使裙腰在人臺腰線上方、腰頭下緣線與人臺腰線平齊、裙身左右側縫線對稱,穿著狀態(tài)平衡且穩(wěn)定。

1.3.2 點云預處理

由于原始的點云數(shù)據(jù)體量大且存在冗余噪點,不利于后續(xù)處理,故利用逆向工程軟件IMAGEWARE 13.0進行去噪及精簡處理,降低點云數(shù)據(jù)量。此外由于掃描儀的自定位技術不同于IMAGEWARE軟件,需對人臺進行坐標系重構：創(chuàng)建人臺腰圍的點云截面,在腰圍特征截面的中心點O處創(chuàng)建新坐標系,人臺豎直方向為Z軸,厚度和寬度方向分別為X軸和Y軸,再基于特征截面進行新舊坐標系重合處理,達到最佳擬合后,即得到重構后的人臺空間坐標系,如圖2(a)所示。樣裙的掃描儀空間坐標系如圖2(b)所示。為統(tǒng)一18個斜裙點云的空間坐標系,需對著裝人臺與裸體人臺的點云模型進行對齊,將掃描的樣裙模型完全重合到重構坐標系后的人臺模型上,得到對齊后的樣裙空間坐標系,如圖2(c)所示。

圖2 空間坐標系Fig.2 Coordinate system alignment

另外還需對樣裙模型進行區(qū)域裁斷,去除腰線以上及裙擺變形產生的參差部位。以Z=0 cm和Z=-54 cm的平面對樣裙模型進行裁斷,將所有的模型都限定在XYZ空間的有界區(qū)域中。

1.4 斜裙三維造型指標提取

對預處理后的18組斜裙點云模型進行空間造型指標提取,分析斜裙的整體造型、徑向波褶造型及橫向截面造型等特征。

1.4.1 整體造型指標

利用體積V與表面積S反映斜裙造型的體量感和立體度。為精確測量這兩者,對點云模型進行三角網(wǎng)格面化處理,如圖3所示。利用針對三角網(wǎng)格模型的【評估】工具獲取由網(wǎng)格面域化的曲面面積S及面域包容的三維空間總量V。

1.4.2 縱向造型指標

(1)

(2)

(3)

(4)

圖4 波褶徑向造型參數(shù)Fig.4 Radial modeling parameters of wave pleat

1.4.3 橫向造型指標

在Imageware軟件中通過【平面點云截面】工具,對點云模型Z軸負方向以XOY平面截取特征截面點云層Lk,k取值[0,9,18,27,36,45,54],代表截面層距腰線的距離。其中,L0為腰圍截面層,L9為腹圍截面層,L18為臀圍截面層,L27、L36、L45分別為裙身截面層,L54為裙擺截面層。

通過截面點云數(shù)據(jù)構建4階自由曲面,得到曲線輪廓最小外接矩形,如圖5所示。并在軟件中提取各截面層最小外接矩形的寬度Wk、厚度Tk及曲線截面面積Sk。

圖5 曲線輪廓最小外接矩形Fig.5 Minimum circumscribed rectangle of curve contour

由于固定了腰圍尺寸,當斜裙穿在人臺上時,腰線緊貼人臺,對斜裙整體造型影響不大,因此本文僅以斜裙點云模型的腹圍、臀圍及擺圍截面作為研究對象,并以截面飽滿度和橢圓度作為評價截面廓形的指標。

1) 飽滿度δ。指截面面積與最小外接矩形面積的比值,用來表征截面的形狀特征,取值范圍0～1。值越小說明截面曲線的凹凸越明顯,值越大說明截面廓形越飽滿,計算公式如下：

(5)

2) 橢圓度σ。指截面寬度與厚度之比,用于表征截面形狀。值越大說明截面越接近橢圓,值越小說明截面越接近圓形,計算公式如下：

(6)

2 結果與分析

2.1 相關分析

圖6(a)顯示了表面積S與樣板角度θ的關系,可知兩者呈顯著相關性,隨θ的增加,S呈逐漸增加的趨勢。樣板角度的增加會使得裙擺量增多,表面積故隨之呈正比增大趨勢。斜裙三維造型指標與θ的相關系數(shù)如表2所示。由表2可知,S與θ呈高度正相關,相關系數(shù)達0.988,而V與θ的相關性不顯著。圖6(b)顯示V與θ存在非線性關系,V隨θ的增加呈先增大后減小趨勢,在θ=35°時V達到最大。隨著裙擺量的增大,使得裙身可以包圍的空間量增加,但由于受地球引力作用,原本較平整的面料在人臺四周形成的起伏變大,裙面凹陷的部分變多,外鼓的空間變窄,導致裙身包圍的空間反而有所降低。

圖6 整體造型指標與θ的散點圖Fig.6 Scatter chart of overall shape index and θ

表2 三維造型指標與θ的相關系數(shù)Tab.2 Correlation coefficient between 3D modeling index and θ

圖7 徑向波褶指標與θ的散點圖Fig.7 Scatter chart of radial wave convolution and θ

圖8 不同θ時的斜裙裙擺截面Fig.8 Cross section of oblique skirt corresponding to different θ values

由表2飽滿度、橢圓度與θ的相關系數(shù)可知,σ和δ與θ的相關性普遍高于-0.800,呈高度負相關。結合圖8發(fā)現(xiàn),隨θ變大截面廓形由類橢圓形逐漸向類圓形靠近,即截面的σ逐漸變小。這是由于人臺的臀部的凸勢大于髖骨的凸勢,面料在臀部堆積量變多,波褶外凸趨勢增加,寬厚方向距離趨向一致,故截面橢圓度減小。δ隨θ的變大而減小,當波浪間起伏程度變大,導致波谷的內凹幅度更甚,截面飽滿度δ下降,變成近太陽花形狀。

圖9(a)為不同θ下的截面飽滿度δ和橢圓度σ與截面層高的散點圖。由圖9(a)可知,從斜裙的腹圍層向裙擺層逐漸變小,說明截面曲線的波浪起伏逐漸變大。其中θ=20°的斜裙,其各特征截面的σ和δ最高,即該角度下的斜裙截面最接近橢圓,最飽滿。這是因為20°樣板下的斜裙波浪較少,裙身最貼體,截面飽滿且接近橢圓(圖8(a))。

圖9 不同θ時的σ和δ與特征截面的散點圖Fig.9 Scatter diagram of characteristic section under different θ, σ and δ values

由圖9(b)可知,當θ≤35°時,σ從斜裙腹圍層到裙擺層大體呈現(xiàn)減—增—減的趨勢,這是因為臀部脂肪較多,臀圍截面廓形比腹圍更接近圓形。在θ≤35°時,裙面在腹臀區(qū)域比較貼合人臺,即截面廓形受人臺的影響,使臀圍橢圓度σ18<腹圍橢圓度σ9;而L18以下,逐漸脫離臀部支撐,截面廓形回落呈近橢圓狀;當θ>35°時,斜裙曲面起伏變大,截面廓形受人臺影響減弱,σ呈逐層遞減趨勢。

2.2 回歸分析

表3 三維造型指標與θ的回歸方程(曲線估計)Tab.3 Regression equation of three-dimensional modeling index and θ (curve estimation)

由表3可知,除L36外,各特征截面層的橢圓度σ預測模型的擬合優(yōu)度均優(yōu)于飽滿度δ。其中L9、L18、L45的σ預測模型的判定系數(shù)達0.970以上,擬合優(yōu)度最好。L27、L36、L45、L54的δ預測模型的判定系數(shù)也都在0.900以上,擬合優(yōu)度較好。

為進一步驗證預測模型的準確性,本文重新制作θ=22.5°和θ=32.5°的斜裙進行驗證,以三次掃描結果提取的三維造型指標原始值與模型預測值進行兩配對樣板T檢驗,結果如表4所示。由配對樣本之間的均值標準誤差可知,除V和S外,其余指標的實際值和預測值的均值、標準誤差都小于1。

由于V和S的實際均值分別為3 4700 467.46和711 121.403 9,基數(shù)很大,故認為標準誤差在可接受范圍內。在顯著性水平為0.05的情況下,T檢驗的統(tǒng)計量對應的顯著性值均大于0.05,說明實際值和預測值無顯著差異,進一步表明了基于θ的斜裙三維造型預測模型具有較高的準確性。

3 結 論

本文針對斜裙這一常見的女性服裝展開研究,提出了一種基于三維掃描技術的斜裙造型客觀評價方法。

2) 以特征截面的橢圓度σ和飽滿度δ來表征斜裙橫向截面的廓形變化,研究發(fā)現(xiàn)各特征截面的σ和δ都與θ呈負相關,隨θ的增加斜裙各圍度截面曲線的起伏程度變大,波褶造型趨向細長,δ下降,同時截面寬厚方向的波褶起伏程度趨向一致,截面廓形更近似圓形,σ值變小。

3) 構建了基于樣板角度θ的斜裙造型預測模型,該模型的擬合優(yōu)度較高,利用θ=22.5°和θ=32.5°的斜裙三維造型指標進行預測值與實際值兩配對樣本T檢驗。結果表明實際值與預測值無顯著差異,說明模型具有較高的準確性,同時證明利用三維掃描技術對服裝造型進行客觀評價具有良好的可行性。

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