應(yīng) 欣， 程碧蓮， 劉 正,2,3， 鄒奉元,2,3

(1. 浙江理工大學(xué) 服裝學(xué)院， 浙江 杭州 310018； 2. 絲綢文化傳承與產(chǎn)品設(shè)計(jì)數(shù)字化技術(shù)文化和旅游部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 浙江 杭州 310018； 3. 浙江省服裝工程技術(shù)研究中心， 浙江 杭州 310018)

間隙量是指著裝狀態(tài)下服裝與人體表面的空隙部分，是影響服裝合體性、舒適性和三維虛擬試衣質(zhì)量的關(guān)鍵因素[1],服裝合體性是人們選購(gòu)服裝最關(guān)注的問(wèn)題[2]。服裝個(gè)性化版型設(shè)計(jì)的本質(zhì)是根據(jù)款式特點(diǎn)將人體形態(tài)信息和松量組合成為合體的著裝空間形態(tài)，因此，間隙量分布對(duì)版型設(shè)計(jì)與修改起著關(guān)鍵的指導(dǎo)作用。

目前，國(guó)內(nèi)外學(xué)者針對(duì)人體與服裝之間的空間關(guān)系研究主要集中在面料、放松量與著裝間隙量的關(guān)聯(lián)。徐繼紅等[3-4]從服裝合體性角度研究了服裝松量、面料性能與服裝廓體松量的配伍關(guān)系；張愛萍等[5]采用三維掃描儀采集間隙量數(shù)據(jù)，建立了特定角度處的距離松量與平均距離松量的相關(guān)關(guān)系和回歸方程；Agne等[6]和于淼等[7]通過(guò)研究織物力學(xué)性能與服裝空間形態(tài)、體積的關(guān)系，改進(jìn)了三維虛擬試衣軟件的適體性，提出織物性能影響衣下空間體積的回歸方程。而在現(xiàn)有應(yīng)用的服裝CAD軟件中，人體著裝模型主要根據(jù)織物物理仿真的彈簧質(zhì)點(diǎn)模型和曲面碰撞檢測(cè)方法進(jìn)行構(gòu)建，其方法對(duì)于寬松服裝而言建模效果較差，主要原因是缺乏差異體型和不同面料下的間隙量數(shù)據(jù)。

服裝依附于體表進(jìn)而形成千姿百態(tài)的造型，從空間構(gòu)成要素分析，人體形態(tài)特征對(duì)間隙量構(gòu)造與分布起著基礎(chǔ)且關(guān)鍵的作用。上述學(xué)者主要是以尺寸松量和面料物理性能對(duì)衣下間隙量分布影響為研究對(duì)象，而對(duì)于人體形態(tài)對(duì)著裝衣下間隙量分布的影響研究鮮有見到。

本論文以人體的體表形態(tài)凸角對(duì)腰部截面間隙量的影響為研究對(duì)象，采用補(bǔ)正人臺(tái)的方法構(gòu)造遞進(jìn)的體表形態(tài)凸角，利用三維掃描儀采集凈體與著裝2種狀態(tài)下的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，通過(guò)Geomagic軟件重建著裝模型后，計(jì)算體表點(diǎn)法線方向的距離來(lái)確定著裝腰部間隙量值，分析不同松量下體表形態(tài)的胸突角和背入角與間隙量分布的相關(guān)性，并建立腰截面間隙量與胸突角、背入角及腰圍松量之間的回歸公式。研究結(jié)論對(duì)不同體型其號(hào)型服裝的合體程度，基于局部特征的服裝個(gè)性化樣板生成，以及虛擬試衣軟件中間隙量的設(shè)置具有參考意義。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 體表形態(tài)凸角

女子體型分類中人體的軀干表面共形成7個(gè)角度：肩斜角、體側(cè)角、胸突角、背入角、背側(cè)角、臀突角、腹突角[8]。由于本文研究胸腰形態(tài)對(duì)腰部間隙量的影響，因此選取胸突角和背入角這2個(gè)能體現(xiàn)胸腰形態(tài)特征的體表角度作為研究對(duì)象，如圖1所示。

注：α為胸突角； β為 背入角。

1.2 人臺(tái)改造

靜止?fàn)顟B(tài)下同一形態(tài)人臺(tái)和真人的著裝間隙量分布規(guī)律基本無(wú)差異，采用人臺(tái)作為著裝載體能夠固定著裝姿勢(shì)。為避免呼吸、站姿等因素對(duì)體表角度和間隙量的影響，本文采用在人臺(tái)上穿著不同厚度胸衣對(duì)人臺(tái)進(jìn)行補(bǔ)正，并采集補(bǔ)正后人臺(tái)的著裝間隙量值。所用人臺(tái)為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)人臺(tái)(如圖2所示)高度為160 cm，胸圍為84 cm，腰圍為66 cm，臀圍為90 cm。在人臺(tái)初始的胸突角和背入角基礎(chǔ)上，構(gòu)造了穿著6種不同厚度胸墊人臺(tái)的胸突角(如圖3所示)。通過(guò)測(cè)量角度，將其編號(hào)為X1～X7并作為胸突角的參數(shù)規(guī)格。同理，在原有背入角的基礎(chǔ)上，以2°為1個(gè)檔差制作3個(gè)具有差異的背入角人臺(tái)并將其編號(hào)為Y1～Y3(分別為13.96°，15.96°，17.96°)。具體樣本規(guī)格參數(shù)見表1。

圖2 實(shí)驗(yàn)人臺(tái)Fig.2 Experiment mannequin

圖3 胸突角測(cè)量

表1 胸突角規(guī)格參數(shù)表

1.3 樣衣制作

本文選取淺色的棉布作為實(shí)驗(yàn)用樣衣材料，設(shè)計(jì)并制作8件不同放松量的無(wú)領(lǐng)無(wú)袖樣衣，編號(hào)為1#～8#。在貼體(胸圍放松量0～4 cm)、合體(胸圍放松量6～12 cm)和寬松(胸圍放松量16～24 cm)的3類服裝規(guī)格中，分別以胸圍1、2和3 cm為檔差制作1件貼體、4件合體和3件寬松規(guī)格的樣衣。所有樣衣的臀圍與胸圍相同，貼體和合體樣衣腰圍比胸圍小16 cm,寬松樣衣腰圍比胸圍14 cm[9]。具體樣衣規(guī)格見表2。

表2 樣衣規(guī)格表

1.4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用[TC]2三維人體掃描儀。首先，確定人臺(tái)位置與姿勢(shì)，得到人臺(tái)凈體的三維數(shù)據(jù)，保持人臺(tái)位置和姿勢(shì)不變，分別穿著1#～8#樣衣進(jìn)行掃描，得到1#～8#樣衣穿著狀態(tài)下的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。然后，對(duì)穿著胸墊的補(bǔ)正人臺(tái)進(jìn)行掃描，得到補(bǔ)正人臺(tái)數(shù)據(jù)，保持補(bǔ)正人臺(tái)位置和姿勢(shì)不變，依次套入1#～8#樣衣進(jìn)行掃描并得到三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。以同樣的方法，獲得背入角補(bǔ)正后的凈體人臺(tái)和穿著8件樣衣的三維點(diǎn)云數(shù)據(jù)。為避免實(shí)驗(yàn)操作的人為誤差，每件樣衣在每個(gè)檔差規(guī)格下掃描3次，無(wú)異常情況下取均值數(shù)據(jù)作為實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

1.5 腰截面間隙量獲取

1.5.1 腰截面坐標(biāo)數(shù)據(jù)讀取

將三維人體掃描儀得到的點(diǎn)云數(shù)據(jù)導(dǎo)入到Geomajic 軟件，刪除人體軀干以外的其他的部位，如圖4所示。在凈體人臺(tái)模型中導(dǎo)入著裝模型，將 2個(gè)模型以位置坐標(biāo)為基準(zhǔn)進(jìn)行注冊(cè)對(duì)齊，具體見圖5。在Geomajic軟件中采用構(gòu)建平面[10]的方式選取研究所需的腰圍截面，然后采用等距離采樣法采集腰圍截面上60個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的坐標(biāo)，采用多項(xiàng)式分段擬合人體和服裝的腰圍截面曲線。

圖4 著裝前后人臺(tái)衣身

1.5.2 腰截面間隙量數(shù)學(xué)模型

著裝間隙量狹義上是指同一水平面上人體到服裝的最短距離[11]，本文采用人體腰截面表面點(diǎn)到服裝的法線距離來(lái)定義腰截面處著裝間隙量。

設(shè)人體腰截面上點(diǎn)A(a1,b1)處曲線方程為f(x),則該點(diǎn)的法線方程為

(1)

該法線與服裝上的2個(gè)相鄰點(diǎn)D1、D2的連線交點(diǎn)為B1，與服裝的交點(diǎn)為B，如圖5所示。

圖5 人體法線與服裝交點(diǎn)

將法線方程(1)改寫為

A1x+B1y+C1=0

(2)

直線D1D2的方程為

A2x+B2y+C2=0

(3)

設(shè)通過(guò)點(diǎn)D1、D2的服裝曲線函數(shù)為

(4)

將法線方程(1)改寫為

N(x)=ex+g

(5)

則法線與服裝的交點(diǎn)B為q(x)=g(x)-N(x)的一個(gè)零點(diǎn)。

采用牛頓迭代公式，利用B1點(diǎn)作為初始值對(duì)q(x)采用式(5)進(jìn)行迭代：

(6)

式中ai是點(diǎn)B1的橫坐標(biāo)，一般通過(guò)牛頓迭代公式迭代幾次就可以得到B點(diǎn)的橫坐標(biāo)a2,將a2代入式(5)中即可求出B點(diǎn)的縱坐標(biāo)b2。

則腰截面處人體法線到服裝的距離(見圖6)為

(7)

圖6 腰截面間隙量示意圖

2 間隙量與體表形態(tài)凸角的關(guān)系

為更清晰地表示體表形態(tài)凸角與間隙量分布的關(guān)系，以人體截面中心為坐標(biāo)原點(diǎn)，每隔30°角作1條射線對(duì)腰圍截面進(jìn)行區(qū)域分割，如圖7所示，計(jì)算各角度區(qū)域的間隙量的分布特征。

圖7 不同胸突角腰圍截面圖

2.1 腰截面間隙量與胸突角的關(guān)聯(lián)分析

圖8示出不同背入角的腰圍截面圖。可以看出腰圍截面間隙量的分布基本是以縱坐標(biāo)為軸對(duì)稱變化。為便于分析和表述，本文選取右邊0°～180°區(qū)域?yàn)閷?duì)象，研究腰截面間隙量的分布規(guī)律。

圖8 不同背入角的腰圍截面圖

2.1.1 胸突角單因素分析

圖9示出不同胸突角的腰圍面間隙量分布，發(fā)現(xiàn)腰部間隙量整體呈現(xiàn)非均勻分布。胸突角為X1時(shí)，間隙量在人體的側(cè)面60°～120°區(qū)域分布較大，且在60°～90°區(qū)域的分布大于90°～120°區(qū)域，即人體后腰的間隙量大于前腰的間隙量。這是因?yàn)檫@些區(qū)域位于腰圍的側(cè)面部分，由于后面有肩胛骨的支撐，前面有BP點(diǎn)的支撐，使得該區(qū)域相對(duì)較平坦，間隙量集中在該部分；隨著胸突角度的增加，間隙量的分布從0°～60°區(qū)域逐漸轉(zhuǎn)移至60°～180°區(qū)域，其中大部分轉(zhuǎn)移至側(cè)面60°～120°區(qū)域；由于手臂的因素，在90°區(qū)域間隙量并無(wú)明顯變化，而在120°區(qū)域，間隙量大小與胸突角呈顯著性正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.941。

2.1.2 放松量與胸突角聯(lián)合分析

在人體側(cè)面即60°～120°區(qū)域，間隙量數(shù)值與腰圍放松量檔差呈現(xiàn)正相關(guān)變化。而在0°～60°區(qū)域與120°～180°區(qū)域，放松量較小的樣衣即1#～4#，后腰的間隙量小于前腰，放松量較大的樣衣即5#～8#，后腰間隙量大于前腰。

胸突角度的變化對(duì)不同放松量下的服裝腰截面間隙量分布有著顯著的影響。對(duì)于2#～5#樣衣，隨著胸突角的增加，間隙量從30°～60°區(qū)域向60°～180°區(qū)域轉(zhuǎn)移，且這種趨勢(shì)在樣衣5#中最為明顯，其中120°區(qū)域間隙量與胸突角呈高度正相關(guān)變化,相關(guān)系數(shù)為0.941。這是由于人體左右兩側(cè)BP點(diǎn)的支撐使得前中部位形成較為穩(wěn)定的空間，當(dāng)胸突角度從X1～X7增加時(shí)，前中部分即120°～180°區(qū)域的間隙量值逐漸變大；對(duì)于1#、6#～8#樣衣，胸突角與間隙量之間呈弱相關(guān)變化，雖然隨著胸突角的增加，間隙量的分布也從0°～60°區(qū)域向60°～180°區(qū)域轉(zhuǎn)移，但其變化量并不明顯。這是因?yàn)橘N體型服裝在腰部一般緊貼人體，胸突角的變化并不會(huì)對(duì)間隙量分布產(chǎn)生大的影響，而松量過(guò)大的服裝，BP點(diǎn)對(duì)服裝的支撐作用小于重力對(duì)服裝的作用，改變胸突角的大小無(wú)法對(duì)間隙量分布產(chǎn)生影響。

2.2 腰截面間隙量與背入角的關(guān)聯(lián)分析

2.2.1 背入角單因素分析

隨著背入角的增大，0°～90°區(qū)域的間隙量增大，其中0°～60°區(qū)域間隙量與背入角呈高度正相關(guān)變化，相關(guān)系數(shù)均高于0.9。在0°～30°區(qū)域相關(guān)顯著性均為0.001；90°～180°區(qū)域的間隙量變小，其中120°～180°區(qū)域間隙量與背入角呈中度負(fù)相關(guān)變化，相關(guān)系數(shù)都在-0.8以上；由于手臂的原因，90°區(qū)域間隙量與背入角變化無(wú)關(guān)聯(lián)。

2.2.2 放松量與背入角聯(lián)合分析

背入角大小對(duì)不同松量服裝有著差異化的影響。對(duì)于1#樣衣，背入角的變化對(duì)間隙量分布的影響較小，在0°～30°區(qū)域間隙量與背入角呈低度相關(guān)變化，在60°～180°區(qū)域間隙量與背入角無(wú)相關(guān)關(guān)系，這是因?yàn)橘N體型服裝腰部間隙量的大小受肩胛支撐點(diǎn)的影響很??；對(duì)于2#～8#樣衣，隨著背入角的增大，間隙量的分布發(fā)生變化，在0°～60°區(qū)域的顯著性均小于0.01其中后中部位0°～30°區(qū)域的相關(guān)顯著性均達(dá)到了0.001，相關(guān)系數(shù)在0.9以上。這可以解釋為人體左右兩側(cè)肩胛點(diǎn)對(duì)具有一定松量的服裝有支撐作用，背入角越大肩胛骨就越突出，從而導(dǎo)致后中部位間隙量發(fā)生明顯變化；120°～180°區(qū)域的相關(guān)顯著性均小于0.05，進(jìn)一步說(shuō)明背入角對(duì)具有一定松量服裝的腰部間隙量分布有顯著影響。

3 回歸分析

從上述的2.1、2.2節(jié)分析得知，在2#～5#樣衣中腰截面間隙量與胸突角、背入角及腰圍放松量呈現(xiàn)了高相關(guān)性，因此，本文針對(duì)0°、30°、60°、120°、150°和180°區(qū)域的腰截面間隙量，以胸突角、背入角及腰圍松量為變量，進(jìn)行多元線性回歸分析[12]?；貧w方程如表3所示，定義y為特定角度處的間隙量，x為腰圍松量，α為胸突角，β為背入角。

表3 不同角度處間隙量的回歸方程

在各區(qū)域的回歸分析中，30°區(qū)域和120°區(qū)域的間隙量與胸突角、背入角及腰圍松量的相關(guān)性系數(shù)最高，回歸方程的擬合優(yōu)度也最好，回歸方程的R2值都達(dá)到0.95以上。60°區(qū)域和150°區(qū)域的相關(guān)系數(shù)稍低，回歸方程的擬合優(yōu)度稍差，回歸方程的R2值分別為0.776和0.879。

4 結(jié) 論

本文將體表形態(tài)凸角作為研究腰部著裝間隙量分布規(guī)律對(duì)象，通過(guò)[TC]2三維掃描儀的測(cè)量實(shí)驗(yàn)，獲得系列檔差胸突角、背入角的補(bǔ)正人臺(tái)及其穿著不同松量樣衣的點(diǎn)云數(shù)據(jù)，計(jì)算得到腰截面各區(qū)域間隙量的數(shù)值，得到體表凸角與腰部間隙量分布的關(guān)聯(lián)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：1#樣衣腰截面間隙量不受胸突角和背入角的影響，2#～5#樣衣同時(shí)受胸突角和背入角的影響，6#～8#樣衣受背入角影響，不受胸突角影響；其中胸突角對(duì)腰截面120°區(qū)域影響最大，背入角對(duì)0°～30°區(qū)域影響最大；胸突角和背入角都對(duì)側(cè)縫區(qū)域的間隙量無(wú)影響；30°區(qū)域和120°區(qū)域間隙量與胸突角、背入角及腰圍松量回歸方程擬合優(yōu)度較好，回歸方程的R2值為0.968和0.979。這些結(jié)論對(duì)于下一步研究如何將間隙量分布轉(zhuǎn)化為樣板修改規(guī)則，以及提高虛擬試衣的仿真程度有著很好的參考和意義。