王朝暉，葛秋菊

（東華大學(xué)a.服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院；b.現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200051）

帶有松量的工業(yè)化人臺(tái)模型的構(gòu)建

王朝暉a，b，葛秋菊a

（東華大學(xué)a.服裝與藝術(shù)設(shè)計(jì)學(xué)院；b.現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)與技術(shù)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 200051）

以18～29歲A體型女性人群為例，根據(jù)基本外套松量分布特點(diǎn)，制作試驗(yàn)用樣衣，并通過(guò)TC2掃描著裝與裸體人臺(tái)，獲得人體上半身距離松量，運(yùn)用選取的型值點(diǎn)坐標(biāo)，建立松量模型矩陣，利用逆向工程模塊，實(shí)現(xiàn)松量人臺(tái)的三維數(shù)字化模型的構(gòu)建.最后，在松量人臺(tái)上制作樣衣，進(jìn)行樣衣試穿試驗(yàn)，得到了較好的服裝試穿效果.此松量人臺(tái)可提高立體裁剪的效率與合體性，為企業(yè)提供便捷的制衣方式.

服裝；工業(yè)化人臺(tái)；松量分布

現(xiàn)代服裝業(yè)中，人臺(tái)已經(jīng)成為設(shè)計(jì)和工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的工具，貫穿服裝研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、銷售等各個(gè)流程.在教育研究、商場(chǎng)展示、工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，人臺(tái)也得到了廣泛的應(yīng)用.

國(guó)內(nèi)人臺(tái)研究起步較晚，發(fā)展不成熟.國(guó)內(nèi)對(duì)人體模型的研究主要集中在人體參數(shù)分析［1-2］、三維虛擬人體模型 的 開(kāi) 發(fā)［3-5］和 人 體 建 模 方 法［6-8］上.三 維人體建模方法分為實(shí)物和數(shù)字化兩種，實(shí)物建模因經(jīng)濟(jì)成本較高而不常被使用，一般采用數(shù)字化建模方法.數(shù)字化建模方法主要有兩種：一種是用Maya，3Dmax軟件修改并得到所需要的人體模型，該方法因費(fèi)時(shí)且不便使用而未被業(yè)界廣泛使用；另一種是在已獲取的三維人體數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行三維人體模型的構(gòu)建［7］.例如采用點(diǎn)、直線、曲線構(gòu)造的三維線框模型［9-10］方法，該方法運(yùn)算速度較快，但是模型真實(shí)感較差；三角網(wǎng)格建模方法簡(jiǎn)單有效，三角片數(shù)量越多，對(duì)曲面擬合效果越好，但是由于數(shù)據(jù)點(diǎn)較多，影響運(yùn)算速度［11］；參數(shù)化建模方法不同于傳統(tǒng)的切割人臺(tái)建模方法，通過(guò)創(chuàng)建適當(dāng)?shù)目刂坪瘮?shù)對(duì)模型的各個(gè)點(diǎn)信息進(jìn)行單獨(dú)的變化，這種方法得到的人體模型形態(tài)逼真，能較好地反映人體特征［8］.目前，一些國(guó)內(nèi)學(xué)者根據(jù)人體模型開(kāi)發(fā)了不同體型的裸體人臺(tái)，但對(duì)于帶有松量的人體模型研究很少.本文提出將成衣松量轉(zhuǎn)移到人體模型上的設(shè)想，開(kāi)發(fā)適應(yīng)服裝工業(yè)化生產(chǎn)需要的帶松量人臺(tái).

課題組前期已建立18～29歲女性A體型上半身人體模型［5］.本文在此基礎(chǔ)上，利用參數(shù)化建模方法，建立服裝的基本松量模型，通過(guò)將松量矩陣加放到中間體矩陣上，得到帶有松量的人體模型.

1 服裝基本松量

在服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，松量分為圍度松量和距離松量.服裝松量不僅直接影響服裝的舒適性，而且影響服裝的造型［12］.根據(jù)人體生理舒適量和運(yùn)動(dòng)舒適量的研究，服裝胸圍的最小松量為4.0～4.5 cm，臀圍的最小松量為4.0 cm，腰圍最小松量為1.0～1.5 cm［13］.

本文所開(kāi)發(fā)的松量人臺(tái)是用于外套類服裝設(shè)計(jì)的立裁人臺(tái).根據(jù)服裝基本松量的特點(diǎn)以及外套松量分布特點(diǎn)［14-15］，考慮到外套類服裝著裝時(shí)內(nèi)衣厚度對(duì)服裝松量的影響，將胸圍和臀圍松量各增大1.0 cm，則胸圍松量為5.5 cm，臀圍松量為5.0 cm.根據(jù)外套類服裝的造型特點(diǎn)，腰圍松量設(shè)置為4.0 cm.同時(shí)內(nèi)衣的衣領(lǐng)厚度也對(duì)外套類服裝的領(lǐng)圍尺寸有一定影響，確定領(lǐng)圍松量為1.0 cm.試驗(yàn)使用服裝號(hào)型為160／84A的裸體人臺(tái)，試驗(yàn)樣衣尺寸以及特征部位的松量如表1所示.

表1 試驗(yàn)樣衣相關(guān)尺寸Table 1 Size of experimental sample cm

在裸體人臺(tái)上按照表1的規(guī)格要求，用白坯布進(jìn)行立體裁剪.要求松量分布平衡，符合造型要求.圖1（a）為試驗(yàn)樣衣的款式圖，圖1（b）為實(shí)物圖.

圖1 試驗(yàn)樣衣Fig.1 Sample for experiment

2 建立松量分布矩陣

2.1 人臺(tái)與服裝的三維掃描

利用TC2三維掃描儀掃描裸體人臺(tái)與著裝人臺(tái)，提取裸體人臺(tái)與著裝人臺(tái)的三維坐標(biāo)數(shù)據(jù).在AutoCAD中采用基點(diǎn)復(fù)制將裸體人臺(tái)軀干與著裝人臺(tái)軀干進(jìn)行合并.

根據(jù)人體特征和人臺(tái)各部位在服裝設(shè)計(jì)制作中的重要性，選擇頸部最高點(diǎn)、肩端點(diǎn)、腋下點(diǎn)、胸圍、下胸圍、腰圍、臀圍和會(huì)陰點(diǎn)8個(gè)控制部位，將人體軀干按縱向分割成7個(gè)部分.根據(jù)每個(gè)部分的高度，并結(jié)合各區(qū)域的擬合要求，從頸部最高點(diǎn)到肩端點(diǎn)等分為20層，由肩端點(diǎn)到腋下點(diǎn)等分為20層，由腋下點(diǎn)到胸圍線等分為10層，由胸圍線到下胸圍等分為8層，由下胸圍到腰圍線等分為10層，由腰圍線到臀圍線等分為20層，由臀圍線到會(huì)陰點(diǎn)等分為10層.將裸體人臺(tái)軀干和著裝人臺(tái)軀干進(jìn)行縱向劃分，分別獲得74個(gè)特征截面.掃描的原始軀干部位為多面網(wǎng)格數(shù)據(jù)圖，讀取多面網(wǎng)格數(shù)據(jù)每層的型值點(diǎn)坐標(biāo)，形成每層均勻間隔的型值點(diǎn)數(shù)據(jù).以腰圍截面中心點(diǎn)重新確立坐標(biāo)原點(diǎn)，建立統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的坐標(biāo)系.最后再進(jìn)行擬合取樣，用“等角度采樣方法”獲得每層61個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)進(jìn)行界面曲線差值擬合，得到裸體人臺(tái)模型矩陣Tb與著裝人臺(tái)矩陣Tg，分別如式（1）和（2）所示.

矩陣共有74行，包含軀干部位的74個(gè)特征截面信息.每一行有61列，分別表示在［0，2π］內(nèi)從x軸正方向出發(fā)，以6°為步長(zhǎng)逆時(shí)針?biāo)〉慕孛嫔渚€距離.其中，i＝1，2，…，74，j＝1，2，…，61，ρb（i，6j-6）表示裸體人臺(tái)第i層截面與x軸正方向角度為θ＝6j-6處的射線距離；ρg（i，6j-6）表示著裝人臺(tái)第i層截面與x軸正方向角度為θ＝6j-6處的射線距離.

2.2 松量分布矩陣

人體和服裝各截面在各角度的松量值用矩陣的形式來(lái)表達(dá)，該矩陣稱為松量分布矩陣，記作ΔT，包含了各截面上特定角度的距離松量值Δρ，即ΔT為T(mén)g與Tb的差值，如式（3）所示.其中Δρ（i，6j-6）表示第i層截面與x軸正方向角度為θ＝6j-6處的距離松量值.

2.3 松量分布規(guī)律

人體截面關(guān)于y軸對(duì)稱，當(dāng)θ為0°時(shí)，射線方向與x軸正方向一致.因?yàn)樘卣鹘孛娴淖鲌D是完全對(duì)稱的，即θ從90°～270°與270°～90°松量值的變化規(guī)律是一致的，取90°～270°的變化作為研究對(duì)象，圖2為胸圍、腰圍、臀圍3個(gè)截面的距離松量變化.

圖2 各截面的距離松量變化Fig.2 Radial ease distribution of each cross-section

從圖2的胸圍截面松量分布可以看出，距離松量在人體的后背處（θ＝120°～138°）較小，在人體的胸高點(diǎn)處（θ＝222°）最小，在人體體側(cè)部分（θ＝168°～186°）最大，而從人體的胸高點(diǎn)到前中心部位距離松量呈增大趨勢(shì).

從圖2的腰圍截面松量分布可以看出，腰圍部位的距離松量不是均勻分布的，但其變化量波動(dòng)較小，相比之下，在θ＝180°左右處射線松量距離最大.

由于服裝對(duì)股溝的包裹，從圖2的臀圍截面松量分布可以看出，距離松量在后中心處（θ＝90°）最大，人體的體側(cè)部位（θ＝144°～188°）相對(duì)較大，而在前側(cè)部（θ＝200°～220°）處較小，在人體前中心（θ＝270°）處最小.

3 構(gòu)建三維松量人臺(tái)模型

3.1 建立松量人臺(tái)矩陣

文獻(xiàn)［5］通過(guò)對(duì)18～29歲女性A體型研究分析，已建立中間體矩陣T＊，見(jiàn)式（4）.ρ＊（i，θ）表示18～29歲女性A體型模型第i層截面與x軸正方向成θ處的射線距離.

中間體矩陣T＊與裸體人臺(tái)矩陣Tb和著裝人臺(tái)矩陣Tg有著相同的表示形式，因此18～29歲女性A體型的外套松量人臺(tái)模型的特征矩陣Ts即為中間體特征矩陣與松量矩陣之和，見(jiàn)式（5）.ρs（i，6j-6）表示18～29歲女性A體型的外套松量人臺(tái)模型第i層截面與x軸正方向成θ＝6j-6處的射線距離.

3.2 構(gòu)建松量人臺(tái)網(wǎng)格模型

松量人臺(tái)特征矩陣表示人臺(tái)軀干表面74×61個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的極坐標(biāo)值，而三維建模是在直角坐標(biāo)系下完成的，因此必須將矩陣Ts轉(zhuǎn)換成直角坐標(biāo)系下的型值點(diǎn)信息.轉(zhuǎn)換語(yǔ)法為Matlab中的pol2cart函數(shù)，該函數(shù)的命令為［x，y］＝cart2pol（θ，ρ）.運(yùn)用AutoCAD建立三維網(wǎng)格模型如圖3所示.

圖3 松量人臺(tái)網(wǎng)格模型Fig.3 The grid model of mannequin with ease allowance

3.3 基于Pro／E逆向工程的模型重構(gòu)

逆向工程［16］（reverse engineering）也稱反求工程，是相對(duì)正向設(shè)計(jì)而定義的一種設(shè)計(jì)方法.Pro／SCANTOOLS模塊中的獨(dú)立幾何是Pro／E中一個(gè)很實(shí)用的超級(jí)特征，用于逆向工程設(shè)計(jì).本文運(yùn)用該模塊來(lái)重構(gòu)人臺(tái)模型.選中松量人臺(tái)模型每一層截面上的61個(gè)型值點(diǎn)，創(chuàng)建依次通過(guò)型值點(diǎn)的封閉型曲線，形成松量人臺(tái)表面的74條型曲線.利用截面線創(chuàng)建邊界混合曲面，從而構(gòu)造出光順的型曲面.將型曲面實(shí)體化，并保存為igs格式.松量人臺(tái)的實(shí)體模型如圖4所示.

圖4 松量人臺(tái)的虛擬模型Fig .4 The virtual model of mannequin with ease allowance

運(yùn)用Pro／E中的Pro／NC模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)松量人臺(tái)的數(shù)控加工.Pro／NC模塊可以根據(jù)前期所構(gòu)建的＊.igs格式的松量人臺(tái)三維模型，自動(dòng)對(duì)加工軌跡的每個(gè)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行計(jì)算和數(shù)值處理后，生成數(shù)控加工的相關(guān)文件，該文件包括刀位數(shù)據(jù)文件、刀位清單、操作報(bào)告、中間模型和機(jī)床控制文件.經(jīng)過(guò)相應(yīng)的后處理，自動(dòng)生成數(shù)控加工程序.通過(guò)數(shù)控加工技術(shù)，將構(gòu)建的虛擬三維松量人臺(tái)轉(zhuǎn)化成松量人臺(tái)的實(shí)體模型，然后通過(guò)玻璃鋼模型的制作進(jìn)行人臺(tái)的翻制.考慮到人臺(tái)不僅要反映真實(shí)的人體特征，還要對(duì)人體進(jìn)行適當(dāng)?shù)拿阑?，因此，在人臺(tái)翻制的過(guò)程中對(duì)胸部造型進(jìn)行了適當(dāng)?shù)男拚?，使得人臺(tái)的胸部更豐滿，表達(dá)出女性的曲線美.完整的松量人臺(tái)如圖5所示.

4 松量人臺(tái)的檢驗(yàn)

在松量人臺(tái)上進(jìn)行合體裝的立體裁剪，要求衣片與人臺(tái)表面自然服貼，經(jīng)緯絲縷橫平豎直，胸腰臀曲線形態(tài)優(yōu)美，在頸部、胸部、腰部處衣服與松量人臺(tái)的合體性較高，松量較小.

圖5 松量人臺(tái)Fig.5 Mannequin with ease allowance

為了確定人臺(tái)形態(tài)的實(shí)用性，使用本文構(gòu)建的松量人臺(tái)進(jìn)行緊身合體外套的制作，同時(shí)用沒(méi)有松量的人臺(tái)進(jìn)行相同尺寸合體外套的制作，然后選擇相應(yīng)的18～29歲年齡段A體型女性進(jìn)行該款外套試穿比較，觀察其廓型和合體性的差異.試穿時(shí)，要求試穿者的穿著狀態(tài)與實(shí)際生活中的著裝狀態(tài)一致，內(nèi)穿文胸、襯衫和毛衣.根據(jù)松量人臺(tái)制作的外套的試穿效果如圖6所示.由圖6可以看出，在人體的頸部、肩部、胸部、腰部及臀部有松量，且松量分布均衡，正面觀察側(cè)縫曲線合體且優(yōu)雅美觀.通過(guò)松量人臺(tái)制作的外套在肩部、前胸、后背、胸部、前腰、后腰、底擺等部位都有較高的合體性，且廓形美觀.用沒(méi)有松量的人臺(tái)進(jìn)行相同尺寸合體外套的制作（見(jiàn)圖7），前腋下余量較多，后背松量過(guò)多，后臀部略緊，松量分布不均衡，后腰部的合體性也不夠理想.由此說(shuō)明本文構(gòu)建的松量人臺(tái)對(duì)于該類體型人群有較好的實(shí)用性.

圖6 松量人臺(tái)制作樣衣Fig.6 The sample made up using mannequin with ease allowance

圖7 裸體人臺(tái)制作樣衣Fig.7 The sample made up using nude mannequin

5 結(jié) 語(yǔ)

本文在課題組前期研究的基礎(chǔ)上，根據(jù)服裝基本松量和松量分布規(guī)律設(shè)定試驗(yàn)用樣衣尺寸，并根據(jù)TC2掃描裸體人臺(tái)與著裝人臺(tái)，得到人體上半身74個(gè)截面距離松量矩陣模型.將松量分布矩陣與中間體矩陣相加獲得松量人臺(tái)特征矩陣，實(shí)現(xiàn)了中間體模型的松量加放.采用AutoCAD軟件建立線框模型后，利用Pro／E逆向工程模塊進(jìn)行曲面重構(gòu)和實(shí)體建模，構(gòu)建了松量人臺(tái)的三維數(shù)字化模型.并通過(guò)后期石膏模型、玻璃鋼模型和包布工序，制作出帶有松量的實(shí)體人臺(tái)模型.最后，使用本文構(gòu)建的松量人臺(tái)進(jìn)行緊身合體外套的制作，同時(shí)在沒(méi)有松量的人臺(tái)上進(jìn)行相同尺寸合體外套的制作，然后選擇相應(yīng)的18～29歲年齡段A體型女性進(jìn)行試穿比較，進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)其廓型與合體度.使用本文構(gòu)建的松量人臺(tái)制作的外套樣衣松量分布均衡，在人體肩部、后背、胸部、腰部、底擺等部位的合體性優(yōu)于使用沒(méi)有松量的人臺(tái)上制作的樣衣，廓形優(yōu)雅美觀.此松量人臺(tái)模型將有較高的合體性與有效性，為實(shí)現(xiàn)高效率、高精度和批量化生產(chǎn)服裝提供依據(jù).

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Development of Industrialized Mannequin with Ease Allowance

WANGZhao-huia，b，GEQiu-jua

（a.Fashion and Art Design Institute；b.Key Laboratory of Clothing Design ＆Technology，Ministry of Education，Donghua University，Shanghai 200051，China）

The females of 18 to 29 years old with A body type are selected to make the experimental sample using the jacket ease distribution model.Then，the mannequin with and without jackets is scanned by a TC2Body Scanner in order to get the radial ease allowance（REA）.The coordinate of the data points obtained by TC23D Scanning are used to establish the ease matrix.The three-dimensional digital mannequin is constructed with ease allowance by using the Pro／Engineer reverse engineering module.Finally，a sample is made up based on the mannequin with ease allowance and the fitting test is conducted.The appearance of the sample is satisfactory for fit.This mannequin with ease allowance can improve efficiency and clothing fitness，and provide a convenient way to make clothing for apparel company.

garment；industrialized mannequin；ease distribution

TS 941.2

A

2014-05-16

上海高校知識(shí)服務(wù)平臺(tái)（海派時(shí)尚設(shè)計(jì)及價(jià)值創(chuàng)造知識(shí)服務(wù)中心）資助項(xiàng)目（13S107024）

王朝暉（1967—），女，上海人，教授，博士，研究方向?yàn)榉b人體工學(xué)與服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì).E-mail：wzh＿sh2007＠dhu.edu.cn

1671-0444（2015）05-0620-05