经编全成形运动装款式建模与工艺实现

董智佳， 蒋高明， 丛洪莲， 张爱军(1.江南大学 教育部针织技术工程研究中心， 江苏 无锡 214122； 2.江南大学—德克萨斯州立大学新型针织结构材料国际联合实验室， 江苏 无锡 214122)

经编全成形运动装是指在双针床贾卡拉舍尔经编机上使用弹性纱线生产的一次成型且具有提花组织效应的贴身、紧身款无侧缝全成形服装。经编全成形运动装提花效应丰富，成形性好，生产率高，透气性佳，为解决传统裁剪运动装裁片缝合厚度、缝合痕迹等引起的不适和外观破坏性提供了有效解决途径，且短流程生产工序大幅度节约了人工和能耗成本。近年来，NIKE、adidas、The North Face等国际品牌均开发了此类服装新产品。

国内经编全成形运动装新产品研发处于初级阶段，缺少系列产品开发及配套计算机辅助设计方法与工具。目前国内外已对经编全成形服装的工艺成形原理与款式结构[1-2]、压力与舒适性[3]、服装原型衣片建模及虚拟展示[4]等方面进行了研究，但针对经编全成形运动装款式建模与工艺实现方法的研究尚属空白。本文分析了经编全成形运动装分类与成型结构特点，在其筒形编织原理和实现原型建模基础上，总结经编全成形运动装的样板工艺计算方法，具体以运动背心样板为例，建立了全成形运动装款式样板的数学模型，并对经编全成形运动装背心款式设计、组织工艺和上机文件生成的完整步骤进行概述，实现了快速便捷设计经编全成形运动装的方法，促使设计与工艺的直观与即时衔接，实现高效开发经编全成形运动装新产品的目标。

1 经编全成形运动装分类

经编全成形运动装是在四梳或者六梳的双针床经编机上生产的无侧缝直筒型结构织物，常用机型为RDPJ4/2和RDPJ6/2，机号为24针/(25.4 mm)、28针/(25.4 mm)或32针/(25.4 mm)[5]，主要用于生产服装服饰类产品。

经编全成形运动装按使用功能可分为实用基本款、装饰贴身款和塑身功能款装；按长度可分为超短款、中长款和长款；按弹性可分为低弹、中弹和高弹；按款式造型可分为上衣类、裤装类、连体类、套装类和袜类等。此外，从经编全成形运动装直筒管的成形编织结构出发，又可将其分为单筒管、双筒管和分支筒管结构，如图1所示。

图1 直筒管结构图Fig.1 Straight tube structure.(a) Single tube; (b) Double tube; (c) Branch tube

经编全成形运动装区别于纬编无缝运动装的特点为：1)经编机器一次可生产多件全成形服装，织造时同步实现侧面无缝连接和肩部、腋下或者裆部的前后片成型缝合，下机仅需毛边处理即可，纬编机器一次仅生产1个无缝直筒布，下机后需裁剪缝合等多道加工工序；2)经编机器根据工艺可设置不同筒径，一次可生产多条相同或不同筒径的服装，如图2所示，纬编机器筒径不可调节；3)经编服装线圈结构更加稳定牢固，不易变形，不易勾丝，勾丝不脱散。

图2 机上织造示意图Fig.2 Knitting structure. (a) Same cylinder diameter; (b) Different cylinder diameter

2 经编全成形运动装原型建模

服装原型是指平面裁剪中使用的基本纸样，即简单的、不带任何款式变化因素的立体型服装的二维平面纸样实物[6]。经编全成形服装款式结构设计方法是指在人体体型结构基础上，将三维无缝筒形编织结构通过展平得到的二维原型结构的过程，上装原型和长裤原型结构展开示意图如图3、4所示。具体实现方法可通过提取参数化标准人体模型特征点、特征线和特征截面，并结合经编无缝直筒型成形结构特征简化生成的平面原型结构。经编全成形运动装原型主要包括上装衣身原型模型和下装长裤原型模型2类。

图3 上衣原型结构Fig.3 Coat prototype structure. (a) Cylindrical coat; (b) Coat patterns

图4 长裤原型结构Fig.4 Trousers prototype structure. (a) Cylindrical trousers; (b) trousers patterns

2.1 人体模型特征提取

应用二维投影法提取参数化标准三维人体模型的正面与侧面人体尺寸主要特征点信息，如图5所示，长度尺寸通过计算特征点间距离提取，围度尺寸通过Alpha-Shapes算法[7]提取人体的特征截面信息获取，如图6所示。

图5 人体模型特征点Fig.5 Human modeling feature points. (a) Front; (b) Back

图6 人体模型特征线和特征面Fig.6 Human modeling feature line and feature surface. (a) Front; (b) Back

2.2 上装衣身原型模型

经编全成形上装原型从人体模型特征提取中获得胸围、背长、肩宽、领围、袖窿弧长、侧缝长、肩斜的数据信息。在服装原型制图法原理[8]基础上，简化为直筒结构，以胸围截面凸包为横向尺寸，如图7所示。背长为纵向尺寸，使用贝塞尔曲线[9]拟合领口和袖笼弧线，生成上装衣身原型模型，如图8所示。

图7 胸围截面图Fig.7 Bust section. (a) 3-D section; (b) Bust convex hull

图8 衣片原型Fig.8 Coat prototype

2.3 下装长裤原型模型

经编无缝下装原型从人体模型特征提取中获得腰围、臀围、裆长、裤长的数据信息。基于服装原型制图法原理[8]，以臀围截面凸包尺寸为横向尺寸，如图9所示，裤长为纵向尺寸，生成下装长裤原型模型，如图10所示。

图9 臀围截面图Fig.9 Hip section. (a) 3-D section; (b) Hip convex hull

图10 长裤原型Fig.10 Trousers prototype

2.4 经编全成形服装工艺计算方法

服装成品密度参数是经编全成形服装编织工艺计算的重要参数，成品密度直接决定工艺计算与制作的准确性。实际生产中，使用分析样衣规格计算或试织圆筒小样估算2种方式获取，具体通过测量样衣或圆筒小样数据计算获得成品密度，使用单位为纵行/cm和横列/cm。主要服装部位针数的工艺计算方法如表1所示。

表1 工艺计算表Tab.1 Technology Calculation method

3 经编全成形运动装款式建模

经编全成形运动装款式建模，是在原型模型基础上通过款式结构线设计变化实现，经编全成形运动装的贴身、紧身款直筒型结构，决定了其服装款式变化简洁，主要集中在领口和袖窿弧线变化以及下摆、腰部和裤脚口的长短变化上，典型款式主要包括背心和紧身裤2类。运动背心的款式变化更多，具体以背心为例，说明经编全成形运动装款式建模的方法。

3.1 算法描述

基于计算机图形学基本原理，将经编全成形运动装款式分解成若干能精确利用函数表达的图元集合[10]。根据原型模型款式结构特点，将经编全成形服装款式算法描述分解为关键点、直线段和曲线段。

关键点是二维平面工艺图的基本单位，经编全成形运动装款式结构图由若干关键点组成，定义关键点的数据结构如下：

Point{int Type;intx;iny}

式中：Type为关键点类型；x、y为该点的位置信息。

独立的关键点不能构成款式廓形，需要应用直线段将相邻的结构点间进行连接。设决定直线段位置的关键点坐标Pa(xa,ya)和Pb(xb,yb)，则其连接线的函数可表达为

x(t)=xa+t(xb-xa)

y(t)=ya+t(yb-ya)

式中：0≤t≤1(当t=0时，x(0)=xa,y(0)=ya; 当t=1时，x(1)=xb,y(1)=yb)。

连接关键点的另一种方式是曲线连接，本文采用贝塞尔曲线实现曲线连接建模。假设曲线的起始和终点关键工艺点分别为Pa(xa,ya)，Pb(xb,yb)，通过在起点和终点间添加贝塞尔曲线控制点Pc1(xc1,yc1),Pc2(xc2,yc2)，可通过调整控制点的位置创建所需的任意曲线形状。贝塞尔曲线方程满足以下公式：

x(t)=(1-t)3xa+3t(1-t)2xc1+

3t2(1-t)xc2+t3xb

y(t)=(1-t)3ya+3t(1-t)2yc1+

3t2(1-t)yc2+t3yb

式中： 0≤t≤1(当t=0时，x(0)=xa,y(0)=ya;当t=1时，x(1)=xb,y(1)=yb)。

则款式图可用集合{∑P，∑P_Curve，∑P_Line}表示，其中P为关键点，P_Curve为曲线段，P_Line为直线段。这些元素均可用具体函数表达，因此经编全成形运动装款式图形和工艺计算均可应用程序进行设计。

3.2 背心款建模

在上衣原型模型基础上，基于关键点、直线段和曲线段的集合算法，在程序中实现经编全成形运动背心款式设计的矢量图绘制，如图11所示，并存储建立矢量图格式的衣片模板文件库。

图11 运动背心款式图Fig.11 Sports vest style

4 经编全成形运动背心工艺实现

在经编无缝工艺软件WKCAD系统中，打开矢量图格式的衣片模板文件库，选择背心款式矢量图文件，并输入工艺计算得出的长度和围度针数的工艺参数，在工艺软件里生成工艺位图文件，并在工艺软件里进行颜色填充和内部分割设计，如图12所示。

图12 色块图Fig.12 Color block

在色块图基础上进行经编贾卡提花组织的填充，完成连边、缝合、分离等工艺设定，生成工艺意匠图如图13所示。并使用软件中的织物仿真功能生成仿真图，如图14所示，检查无误后即可输出上机文件进行上机织造，织造后进行染色定型和领口、袖口以及下摆缝制即完成了运动背心成衣产品。

图13 贾卡组织图Fig.13 Jacquard stitch

图14 仿真图Fig.14 Jacquard simulation

5 结 论

在研究参数化人体模型特征提取和经编全成形织物直筒形结构特性的基础上，设计并生成了经编全成形运动装衣片和裤子原型，结合生产实际中的估算经验，总结了用于指导经编全成形运动装工艺设计的计算方法。具体以运动背心款式为例，说明基于原型模型的款式设计实现方法，并以矢量图文件格式存储为款式模版，在工艺软件中实现了模版调用、色块设计和组织填充等工艺设计制作的全流程工序，首次系统总结了经编全成形运动装产品款式设计与工艺制作方法，为经编全成形服装的快速新产品开发提供了新的途径。

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