基于三维扫描人体女裤基本纸样建立分析

刘宇飞，李 珩，冀艳波

（1.航宇救生装备有限公司，湖北 襄阳441003；2.西安工程大学 服装与艺术设计学院，陕西 西安710048）

0 引 言

在服装生产过程中，纸样设计师根据测量的人体尺寸数据、松量、缝制工艺及缝制过程中必要的因素，将原始的设计转化为可用于缝制的服装样片.长久以来，这个过程通过3个方法获得底样来实现，分别为立体裁剪，直接作图法（包含比例法）和基型法（包含原型法）.在女裤的制图中，目前同样采用这3种方法获得纸样来实现从裤子设计到缝制裁片的转化，立体裁剪属于立体构成范畴，而直接作图和基型法属于平面构成范畴.

服装结构设计方法，国内外一直以来皆采用正向设计，随着三维扫描技术的发展，逆向工程设计越来越广泛地应用在工业设计领域中.三维扫描在服装上的应用主要集中在三维人体建模和人体特征分析等方面，如黄承亮从理论和实例验证了三维激光扫描技术在人体三维建模中的可行性［2］；李鹏飞等提出一种基于三维的Voronoi图，并利用Delaunay三角剖分性质的Crust算法进行人体三维重建，实现人体庞大点云的三角剖分与人体复杂自由曲面的重建，并得到了360°无缝隙人体重建模型［3］；杨颖提出了服装网络服务及在数字化人台方面的需求，并在此需求上构建了数字化人台［4］；程达丽阐述了扫描人体正背面的识别、肢体的识别和划分、关键测量基准点和特征点的识别、特征尺寸提取等方法，得出了服装应用中的主要人体尺寸如颈围、胸围、腰围、臀围、肩宽、背长、臂根围等特征尺寸［5］；温佩芝等针对人体点云模型特征点和尺寸自动提取的难点问题，提出基于国家标准统计数据的人体关键尺寸提取技术［6］.逆向工程目前在服装领域的研究主要集中在人体或服装曲面的构建及展开方面，人体曲面作为一种非常复杂的三维曲面，通过智能化设计来实现三维人体特别是服装曲面的自动展平，实现服装领域的自动智能打板，是很多学者研究的热点也是难点.马飞分析了女性体型特征，阐述了点云处理过程和曲面构建的基本理论，用CATIA软件对基于省道分割的曲面进行初始展平［7］；黄海峤等对三角化后的人体模型进行C均值模糊聚类的人体曲面分割，基于最小二乘法的多边形近似及展开，最后自动生成服装样版［8］.人体或服装三维曲面展开技术，是服装款式三维设计到服装样板自动生成技术问题的一部分，国外目前在紧身款式三维可视化设计到样板的自动展开技术取得了较大的突破，如以色列的Optitex软件可在三维人体或人模上直接进行紧身款式的三维设计并自动生产二维的服装样板及进行虚拟试衣，但对于具有一定松量服装的三维款式设计到二维样板自动生成，目前并没有较好的解决方案.

文中针对具体的目标和服装品类，提出了相对简单且操作性强的一种裤装结构设计方法.主要讨论将三维人体扫描数据应用于平面制图的裤装的结构设计，目前裤子裆部曲线作图中，皆为近似作图，而不能真正准确反应出所服务对象的裆部真正曲线，如果能够从三维扫描人体中，通过逆向工程软件，得到人体裆部曲线，并以裆部曲线作为裤装绘图的依据和开始，那么对应女裤的精确制版则变得相对简单.

1 传统结构设计中影响因素分析

1.1 立裆

立裆是指腰围线至横裆线的垂直距离，在人体上，指腰围线至耻骨联合点之间的垂直距离［9］.裤子立裆的测量方法一般，是让被测者坐在椅子上，用软尺自人体腰线量至椅面.立裆尺寸是传统裤装结构中的重要因素，传统的测量方法不能精确得到个体直裆数据.

1.2 后裆缝倾斜度

后裆缝倾斜度是指后裆缝上端处在腰部的劈进数值或角度［10］.对于个体而言，由于臀部突起的程度和位置不同应该有所差异，而适合于个体的后裆倾斜度的定位，传统纸样中也是以近似的倾斜角度来确定，不能很好地适合个体.

1.3 裆宽

结构设计中裆宽＝前裆宽＋后裆宽［11］.裆宽近似对应于人体腹臀厚度，传统结构设计中，裆宽根据裤子的合体程度不同取值不同，这种作图方法未从人体本身出发，不能体现真正的人体裆部曲线.

1.4 后翘

裤子的后翘是指后腰缝线在后裆缝处的抬高量.后翘的产生与后裆缝倾斜度有关.如果后裆缝不存在倾斜度，则不需要加后翘；后裆缝倾斜度越大，后翘也越大，反之则越小.裤装结构设计时，如不加起翘，后裆缝对合后，上端会出现凹角，当困势越大，则凹角越大［12］.只有将后腰随势划顺，才能消除凹角，后翘除了增加后裆线的长度外，另外的作用就是解决结构的平衡问题.

综上所述，在裤装结构设计中，长期以来根据固定公式算法加之版师经验来进行裤子裆部曲线的结构设计，没有做到真正根据人体本身的点云数据出发，以人体体型特征为依据，以逆向工程为手段，对裤装结构关键部位的计算及数据选配做到科学、合理.

2 三维扫描人体数据分析

2.1 人体扫描数据处理流程

文中人体扫描数据处理的目的是得到人体裆部曲线，并以其作为结构设计的出发点，展开裤装结构设计.数据处理流程为三维人体扫描（Vitus Smart XXL）→人体扫描数据预处理（Scanworx）→裆部曲线提取（Rapidform，imageware12）→裆部曲线完整化（Rapidform，imageware12）→裆部曲线输出（Auto CAD）.

2.2 实验准备

实验对象为23岁女性，身高1.66m，体重58.4kg，净体腰围68cm，净体臀围91cm；测量条件为被测者上身着贴身内衣，下身着三角内裤，室温18～22℃，相对湿度30%～40%.

人体三维扫描前准备工作：（1）确认人体测量着装和发式要求，使用特制标记点在被测量者身体各部位进行标记；（2）确认人体测量的正确姿势，认真检查三维人体扫描仪器是否完好.

2.3 三维人体扫描数据分析处理

在ScanWorx软件中对扫描结果进行相应处理，导出不同格式的三维立体图像文件，如图1所示，便于进行各项数据处理，因4个扫描端口同时进行扫描，故存在4层点云，进行点云合并.在逆向工程软件中，在人体的矢状面裆部位置添加辅助点，作为裆部曲线前后裆分界位置，通过辅助点，确定所需要的矢状切面，如图2所示，并将其提取出来，形成一个点云曲线，使截面曲线完整化，如图3所示，然后将裆部曲线导入到Auto CAD软件中按1∶1的比例打印或保存为.DXF文件，便于手工直接制图或导入到服装制版软件中进行计算机绘图.

图1 三维人体标记图像Fig.1 The mark image of 3Dbody scan

图2 辅助点切面图Fig.2 The section of auxiliary point

图3 点云曲线完整化Fig.3 The integration of the points cloud curve

3 基本纸样建立及评价

3.1 基本纸样建立

传统的裤装平面结构设计绘图的大量工作，是通过平面结构制图方法得到人体的前后裆部曲线，即使如此，得到的也是近似的裆部曲线，由于是近似处理，往往在成品的裤装中因裆部曲线不合理产生成品质量问题.本文裤装的制图，和传统的结构设计方法不同，不需要立裆这个规格尺寸，通过对三维扫描中得到的人体数据进行处理，直接得到人体裆部曲线，裤装的制图以裆部曲线为基准开始进行结构制图，后面的制图过程较为简单，前裆曲线由于人体腰部突出于臀围部位，故前裆曲线以人体前裆曲线为准，后裆曲线以后臀沟臀围线位置纵向线对称得出后裆倾斜度，从而得到后裆曲线，如图4所示，裤装基本纸型的平面作图方法以提取出的裆部曲线为设计制图的起始点，设定新的腰头顶距离正常腰线前中、侧缝、后中皆为2.5cm，应用三维人体测量数据处理软件得到此处净体腰围为71cm，腰围处放松量为1cm，故腰围的规格尺寸为72cm，前后腰围分配数值相同，以四分之一腰围进行分配；臀围部位测得净体臀围为91cm，其中前臀围为45cm，后臀围为46cm，臀围前后各加3cm放松量，故后臀围为24.5cm，前臀围为24cm，直裆尺寸由裆部曲线提取直接得到，裆部曲线的提取过程中已经设定了一定裆部的低落值，裤装结构设计的主要尺寸皆已具备，其他无关乎结构而仅与造型有关的尺寸可自行确定.之后运用裤装结构设计方法，进行裤装结构制图，这样得到的裤装结构设计纸样更加合理、精确，如图5所示，并可依此作为服务于此个体的基型纸样，运用基型纸样进行裤装其他款式结构设计.

图4 基本裤型制图Fig.4 The drawing of basic pant pattern

图5 个体女裤基本纸样Fig.5 The basic pant pattern for individual female

3.2 基本纸样评价

将女裤基本纸样用白坯布裁成缝制样片并缝合后，以扫描体进行穿着评测，用照相系统进行图像叠加处理，并以30%的透明度显示，如图6所示，用以查看裆部以上部位和人体的贴合度及着装后各部位的空隙量大小，结果表明裤子的裆线和人体裆线拟合良好；从正前方，侧方，后方3个角度来目测样衣，臀部、腰部贴体美观，裆部自然，侧缝挺直，被测者穿着感觉良好.

图6 基本女裤纸样评估Fig.6 The evaluation of the basic female pant pattern

4 结束语

女裤基本纸样结构设计重点，在于裆部曲线的设计如何与服务人体相适合，目前的正向结构设计方法得到纸样的裆部曲线不够精确，文中应用三维人体扫描设备获得人体点云数据，采用逆向设计的方法，通过逆向工程软件，抽取出人体裆部曲线，并在此基础上，根据女裤基本纸样结构设计原理，构建出女裤基本纸样，作为女裤变化款式结构设计基本型，解决了不同款式女裤裆部曲线制版精确性问题.将三维人体扫描技术和逆向工程软件应用于女裤结构设计中，拓展了三维人体扫描及逆向工程软件的应用范围，提供了裤装结构设计新方法，为服装企业真正意义上的量身定制拓展了思路和方法.

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