劉安璐，蘇軍強(qiáng)，張蓓蓓

(1.蘇州大學(xué) 紡織與服裝工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215021； 2.江南大學(xué) 設(shè)計(jì)學(xué)院，江蘇 無(wú)錫 214122；3.蘇州大學(xué) 藝術(shù)學(xué)院，江蘇 蘇州 215021)

服裝的主要構(gòu)成成分是纖維，纖維屬于有機(jī)物，易受環(huán)境的影響而降解，因此服裝遺產(chǎn)較為脆弱，無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的物理展示。虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)與可視化技術(shù)的發(fā)展，將現(xiàn)代科技融入到抽象的文化保護(hù)中[1]，使得服飾類文物能夠以三維模型的形式進(jìn)行虛擬展示[2]。相較于傳統(tǒng)的物理展示，虛擬展示解除了時(shí)間與空間對(duì)服裝展示的限制[3]，且不會(huì)對(duì)服飾文物造成任何損害。但三維虛擬展示仍然未成為國(guó)內(nèi)各大博物館展示中國(guó)傳統(tǒng)服飾文物的主流形式。其主要原因是：移動(dòng)平臺(tái)與網(wǎng)頁(yè)平臺(tái)的計(jì)算性能是有限的，而博物館的虛擬展示需要同時(shí)投入大量精細(xì)的、高數(shù)據(jù)量的服裝三維模型。大量的模型應(yīng)用到虛擬展示中會(huì)占用很多的存儲(chǔ)空間與內(nèi)存空間，影響計(jì)算機(jī)CPU(中央處理器)與GPU(圖像處理器)的計(jì)算與運(yùn)行效率[4]，進(jìn)而導(dǎo)致模型展示時(shí)加載時(shí)間延長(zhǎng)，實(shí)時(shí)畫(huà)面卡頓，系統(tǒng)響應(yīng)速度慢等問(wèn)題。因此，構(gòu)造輕量化的服裝三維模型是實(shí)現(xiàn)服飾文物虛擬展示的有效途徑[5]。

服裝的三維模型通常基于真實(shí)的服裝樣板模擬獲得[6]。中國(guó)古代服飾服裝結(jié)構(gòu)復(fù)雜，交疊纏繞，基于其真實(shí)樣板制作的三維模型存在大量樣板之間相互交疊的情況，交疊部分樣板會(huì)使模型產(chǎn)生大量冗余的三角形，這些三角形無(wú)需在場(chǎng)景中顯示，但是卻增加了模型的面數(shù)與數(shù)據(jù)量。由于模型在虛擬展示中運(yùn)行的每一幀畫(huà)面都依靠著CPU和GPU的實(shí)時(shí)計(jì)算[7]，所以這些冗余的三角形在運(yùn)行時(shí)會(huì)影響系統(tǒng)的運(yùn)算與傳輸效率[8]。因此，為構(gòu)建古代服飾的輕量化模型，使模型適應(yīng)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算與傳輸能力，嘗試對(duì)其服裝樣板進(jìn)行修改優(yōu)化。本文以馬王堆一號(hào)漢墓出土的“信期繡”褐羅綺曲裾棉袍(329-10)為例，探究其在虛擬展示中的樣板修改方法，構(gòu)造其輕量化模型，以期為其他服飾文物輕量化模型的構(gòu)造提供參考借鑒。

1 曲裾袍服樣板圖繪制

1.1 曲裾袍服樣板結(jié)構(gòu)分析

馬王堆一號(hào)漢墓共出土曲裾類袍服9件，它們的款式風(fēng)格與結(jié)構(gòu)風(fēng)格基本一致[9]，只在單、夾的厚度有所區(qū)別[10]。由湖南省博物館與中國(guó)科學(xué)院考古研究所所著的《長(zhǎng)沙馬王堆一號(hào)漢墓》對(duì)“信期繡”褐羅綺棉袍(329-10)的款式形制與樣板結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析與說(shuō)明，并繪制出了該袍服的款式圖，如圖1所示。

圖1 款式圖

從圖1中可以看出，“信期繡”褐羅綺棉袍(329-10)屬于上下連屬制的深衣結(jié)構(gòu)類型，由上衣部分與下裳部分在腰線處拼縫而成，在領(lǐng)口處、袖口處、衣襟處以及下擺處都具有寬闊的緣邊結(jié)構(gòu)。上衣部分為5幅面料正裁(“信期繡”褐羅綺棉袍所用羅綺的布幅寬度為38.8 cm)，共6片，大身部2片，寬度為完整幅寬，長(zhǎng)度為114 cm，兩袖各2片，靠近大身部的袖片寬度為1幅，長(zhǎng)76 cm，靠近袖緣的袖片寬度為半幅，長(zhǎng)度為67 cm，6片裁片拼接縫合，再在腋下縫起。下裳部分為4幅面料正裁斜拼，斜度為25°，共4片，寬均為1幅，長(zhǎng)度分別為110、81、73、59 cm，4片裁片橫向拼縫后整體旋轉(zhuǎn)至特定角度，腰口線根據(jù)上衣腰口線的形狀調(diào)整修剪。上衣與下裳獨(dú)立裁剪，在腰線處縫合，形成封閉的中腰線。緣邊部分均為斜裁，領(lǐng)緣為23 cm，袖緣為33 cm，襟緣與擺緣為28 cm，主體由3片或4片起毛錦拼縫而成，外側(cè)為從袍里邊緣翻出的5 cm窄絹條。

1.2 曲裾袍服樣板圖

基于《長(zhǎng)沙馬王堆一號(hào)漢墓》中對(duì)“信期繡”褐羅綺棉袍(329-10)的形制分析與結(jié)構(gòu)分析，再結(jié)合書(shū)中所提供該袍服各部位的尺寸數(shù)據(jù)，繪制其樣板圖如圖2所示。

圖2 樣板圖

2 樣板處理正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)

借助Clo3D軟件對(duì)“信期繡”褐羅綺棉袍(329-10)的實(shí)際樣板進(jìn)行模擬，得到其三維模型，如圖3所示。

由圖3可以看出，該服裝模型中存在大量衣片交疊的情況(交衽處、衽角處、曲裾處)，產(chǎn)生了大量冗余的三角形，增加了模型的面數(shù)與數(shù)據(jù)量。為消除這些冗余面數(shù)對(duì)計(jì)算機(jī)資源的浪費(fèi)，提高模型在展示平臺(tái)的應(yīng)用效果，對(duì)“信期繡”褐羅綺棉袍的虛擬樣板進(jìn)行修改處理，以構(gòu)造該曲裾袍服的輕量化模型。

圖3 三維模型

2.1 試驗(yàn)指標(biāo)的確定

為得到優(yōu)化該曲裾袍服三維模型的樣板修改規(guī)則，設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。正交試驗(yàn)的目的是提高模型在移動(dòng)平臺(tái)的應(yīng)用效果，故設(shè)模型應(yīng)用效果的評(píng)價(jià)指標(biāo)為試驗(yàn)指標(biāo)。

模型的面數(shù)與頂點(diǎn)數(shù)越大，其數(shù)據(jù)量就越大，在運(yùn)行展示的過(guò)程中就會(huì)占用更多的內(nèi)存空間。因此，模型在移動(dòng)平臺(tái)的應(yīng)用效果與模型的面數(shù)、頂點(diǎn)數(shù)成負(fù)相關(guān)，以此為依據(jù)，設(shè)定模型的面數(shù)、頂點(diǎn)數(shù)為試驗(yàn)指標(biāo)1、2。

除此之外，樣板處理不能影響模型原本模擬出的外觀效果。因此設(shè)置模型的外觀效果為試驗(yàn)指標(biāo)3，該指標(biāo)以主觀評(píng)價(jià)的方式測(cè)評(píng)經(jīng)過(guò)處理后的樣板模型外觀效果與初始模型是否一致。

2.2 試驗(yàn)因素的確定

曲裾袍服里料的結(jié)構(gòu)處理方式與面料完全一致，且里料樣板在模型中完全被遮擋，將其全部刪除不會(huì)影響模型的外觀效果，故里料樣板不做考慮，直接刪除。

袍服模型的樣板交疊圖如圖4所示。從圖中可以看出，樣板12，19，20在模型中被完全遮擋，無(wú)法在場(chǎng)景中顯示，也可直接刪除。樣板3，7，10，11，17，18，26，27在模型中被部分遮擋，如圖4所示，圖中三角形部分代表被遮擋的部分樣板，方形部分代表未被遮擋的部分樣板，粗黑線a、b、c、d為樣板交疊線。由于袍服模型的領(lǐng)口處、曲裾處以及交衽處并不是完全閉合的，將被遮擋的部分樣板全部刪除無(wú)法保證模型的外觀效果與初始樣板模型一致。因此，樣板3，7，10，11，17，18，26，27的刪減方案則需通過(guò)具體試驗(yàn)確定。

圖4 樣板交疊圖

以線段a、b、c、d4條樣板交疊線為依據(jù)將樣板3，7，10，11，17，18，26，27分為以下4類，并以此作為正交試驗(yàn)的4個(gè)試驗(yàn)因素：

①樣板10，11，17，18的樣板交疊線均為線段a，且都被襟緣樣板遮蓋，但穿著狀態(tài)下的曲裾袍服在襟緣處不是閉合的，將被遮蓋的樣板全部刪除無(wú)法保證模型的外觀效果，但將該部分樣板全部保留會(huì)增加模型的冗余度。因此，設(shè)置3組水平數(shù)：沿線段a修改原始樣板、保留線段a下5 cm部分樣板、線段a下交疊部分樣板全部保留。

②樣板26，27的樣板交疊線均為線段b，且都被領(lǐng)緣樣板遮擋，而曲裾袍服領(lǐng)口交衽處也不是閉合狀態(tài)。因此，同樣設(shè)置3組水平數(shù)：沿線段b修改原始樣板、保留線段b下3 cm部分樣板、線段b下交疊部分樣板全部保留。

③樣板7與樣板3后半部分的樣板交疊線均為線段c，且都被衽角樣板遮蓋。曲裾袍服的衽角處也非閉合狀態(tài)，設(shè)置3組水平數(shù)：沿線段c修改原始樣板、保留線段c下1 cm部分樣板、線段c下交疊部分樣板全部保留。

④樣板3前半部分的樣板交疊線為d，同樣板26，27一樣被領(lǐng)緣樣板遮擋。因此，設(shè)置與樣板26，27同樣的3組水平數(shù)：沿線段d修改原始樣板、保留線段d下3 cm部分樣板、線段d下交疊部分樣板全部保留。

3 袍服模型效果分析

3.1 正交試驗(yàn)結(jié)果分析

根據(jù)以上分析，設(shè)樣板10，11，17，18的修改方案為因素A，樣板26，27的修改方案為因素B，樣板7與樣板3后半部分的修改方案為因素C，樣板3前半部分的修改方案為因素D，以此為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)4因素3水平正交試驗(yàn)表，具體見(jiàn)表1。

在相同的模擬環(huán)境下，分別對(duì)試驗(yàn)組中的9組袍服樣板進(jìn)行模擬建模，得到其三維模型。分別測(cè)量1～9號(hào)模型的面數(shù)與頂點(diǎn)數(shù)，并以主觀評(píng)價(jià)的方式判斷其外觀效果與初始樣板模型是否一致，得到試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 正交試驗(yàn)1

初始樣板模型的面數(shù)為68 722,頂點(diǎn)數(shù)為37 730。9組樣板處理方案雖然有效地降低了模型的面數(shù)與頂點(diǎn)數(shù)，但均對(duì)模型的外觀效果產(chǎn)生了影響，并不符合預(yù)期的試驗(yàn)結(jié)果，所以曲裾袍服樣板處理方案的最優(yōu)的水平組合并不在以上正交設(shè)計(jì)所指定的試驗(yàn)當(dāng)中，需進(jìn)一步設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)。

觀察1～9號(hào)模型可發(fā)現(xiàn)，試驗(yàn)因素A1，B1，C1，D1是引起其與初始樣板模型在外觀效果上產(chǎn)生較大差異的主要原因，如圖5所示。故將試驗(yàn)因素的水平A1，B1，C1，D1刪除，重新設(shè)計(jì)4因素2水平的正交試驗(yàn)，具體見(jiàn)表2。在與之前相同的模擬環(huán)境中，再次對(duì)試驗(yàn)組中的8組樣板進(jìn)行虛擬模擬縫合，得到其曲裾袍服模型，測(cè)算8組模型的面數(shù)與頂點(diǎn)數(shù)，并以主觀評(píng)價(jià)的方式判斷其外觀效果與初始樣板模型是否一致，得到試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

圖5 外觀效果差異產(chǎn)生原因

由表2可知，試驗(yàn)得到的8組袍服模型冗余度大幅度降低，其外觀也均符合預(yù)期的試驗(yàn)結(jié)果。對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行極差分析，結(jié)果如表2所示。面數(shù)與頂點(diǎn)數(shù)越小，模型的應(yīng)用效果越好。因此，取面數(shù)與頂點(diǎn)數(shù)最小值所對(duì)應(yīng)的水平，以此為依據(jù)確定出的最優(yōu)的水平組合為A1B1C1D1。

表2 正交試驗(yàn)2

3.2 袍服樣板修改圖

基于以上分析，可得到構(gòu)造曲裾袍服三維輕量化模型樣板修改的最佳方案：將樣板12，19，20以及里料樣板全部刪除，保留樣板10，11，17，18的樣板交疊線下5 cm部分樣板，保留樣板26，27交疊線下3 cm部分樣板，保留樣板7交疊線下1 cm部分樣板，保留樣板3前半部分交疊線下3 cm部分樣板以及后半部分交疊線下1 cm部分樣板，如圖6所示。

圖6 樣板修改規(guī)則圖

初始樣板模型的面數(shù)為68 722，頂點(diǎn)數(shù)為37 730。修改后的樣板模型的面數(shù)為27 729，頂點(diǎn)數(shù)為15 298，較初始樣板面數(shù)減少了59.7%，頂點(diǎn)數(shù)減少了59.4%，數(shù)據(jù)量下降了49.6%，模型冗余度大幅度降低。

4 模型應(yīng)用效果檢驗(yàn)

為客觀描述模型應(yīng)用效果提升的程度，設(shè)初始樣板模型為參照模型，修改后的樣板模型為檢驗(yàn)?zāi)Ｐ?。以模型上傳至移?dòng)平臺(tái)的時(shí)間、模型運(yùn)行時(shí)對(duì)CPU占用率以及模型運(yùn)行時(shí)對(duì)GPU占用率3個(gè)指標(biāo)對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)[11]。

4.1 模型上傳時(shí)間

在相同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，記錄6次參照模型與對(duì)照模型上傳至網(wǎng)頁(yè)移動(dòng)平臺(tái)所需時(shí)間，并計(jì)算其平均值，結(jié)果如表3所示。樣板的修改有效降低了模型的上傳時(shí)間，對(duì)照模型的上傳時(shí)間較參照模型減少了61.1%，顯著提高了模型的應(yīng)用效果。

表3 模型上傳時(shí)間

4.2 CPU與GPU的占用率

在相同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，分別記錄2次參照模型與模型在30 s內(nèi)模擬展示時(shí)各個(gè)節(jié)點(diǎn)的CPU與GPU的占用率[12]，結(jié)果如圖7、8所示。修改后的樣板明顯降低了模型在運(yùn)行展示時(shí)的CPU與GPU占用率，提高了模型的在移動(dòng)平臺(tái)的應(yīng)用效果[13]。

圖7 CPU參數(shù)對(duì)比

圖8 GPU參數(shù)對(duì)比

5 樣板處理方法的普適性評(píng)價(jià)

為驗(yàn)證文章提出的“基于正交試驗(yàn)，通過(guò)樣板處理以構(gòu)造輕量化服裝三維模型”的方法的普適性，選擇2件與曲裾袍服服裝結(jié)構(gòu)不同的傳統(tǒng)服飾，對(duì)其進(jìn)行樣板處理，構(gòu)造其輕量化服裝三維模型，結(jié)果如表4所示。2件服飾模型的面數(shù)與頂點(diǎn)數(shù)均呈現(xiàn)大幅度下降，應(yīng)用效果得到了提升。通過(guò)主觀觀察可以發(fā)現(xiàn)，2件古代服飾模型的外觀效果均未受樣板處理的影響。

表4 普適性測(cè)試結(jié)果

由此可知，本文所提出的“基于正交試驗(yàn)，通過(guò)樣板處理以構(gòu)造輕量化服裝三維模型”的方法具有一定的普適性，能夠?yàn)槠渌椢奈镙p量化模型的構(gòu)造提供參考借鑒。

6 結(jié) 論

以秦漢時(shí)期的曲裾袍服為研究對(duì)象，基于對(duì)其服裝樣板結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的分析，通過(guò)2組正交試驗(yàn)，得到了構(gòu)造其輕量化模型樣板的修改方案。經(jīng)過(guò)樣板處理后的袍服模型在外觀效果不受影響的前提下，模型面數(shù)降低了59.7%，模型頂點(diǎn)數(shù)降低了59.4%，且經(jīng)模型應(yīng)用效果檢驗(yàn)，修改后的模型大幅度降低了運(yùn)行展示時(shí)對(duì)計(jì)算機(jī)CPU(中央處理器)與GPU(圖像處理器)的占用率。相較于基于原始樣板構(gòu)造的袍服模型，修改后樣板構(gòu)造的輕量化袍服三維模型在運(yùn)行展示時(shí)，很大程度上減少了對(duì)計(jì)算機(jī)資源與空間的浪費(fèi)，在移動(dòng)平臺(tái)的應(yīng)用效果得到了大幅度的提升。

此外，對(duì)該樣板處理方法進(jìn)行普適性評(píng)價(jià)得出，該樣板修改方法不僅適用于曲裾袍服，也對(duì)構(gòu)造其他服飾的輕量化模型具有一定的借鑒意義。以此方法論對(duì)服飾文物模型進(jìn)行精簡(jiǎn)優(yōu)化，可以讓更多的服飾文物模型投入虛擬平臺(tái)進(jìn)行展示，促進(jìn)服飾文化在新媒體空間下的傳播。