个体化女裤裆弯线的松量分布计算

章玉铭， 徐步高,2

(1. 浙江大唐纺织科技开发有限公司，浙江 诸暨 312000；2. 西安工程大学 纺织科学与工程学院,陕西 西安 710048)

服装合体性是影响消费者对服装质量信任度和满意度的重要因素。据调查显示，50%的女性和62%的男性不能买到非常合体的服装[1-3]。尤其是裤子，由于其裆部的不规则性，大多数人在运动过程中都会有不舒适的感觉[4-5]。为了制成能满足不同人体体型的合体性裤装，需要研究人体裆弯线和服装裆弯线之间的关系[6]。

根据ISO/TR 7250-2标准[7]，人体裆线是从腰部的前中心点向下穿过裆点(两腿之间躯干的中心点)，到达人体腰部的后中心点。利用手动测量法测量人体裆部区域的尺寸是非常困难的，因为两腿之间的裆点是很难确定的。而且，人体裆线的形状会受其他部位(如腰线、突出的腹部和臀部曲线、裆点等)的影响，这大大增加了样板档线设计过程中结构参数设计的难度。

Henson S K提出了一种确定男裤裆线的最佳拟合形状的方法，并制作了一种工具可以识别男体裆点并再现裆线形状[4]。Mckinney E C利用三个不同的变量(腰部、腰部至裆部的高度、裆长和大腿根部的松量；省量和侧缝撇量；人体裆线与样板裆弯线的对应)，分析了人体尺寸、女体下半身体型和女裤样板结构之间的关系。但是，这些研究没有发现人体裆线与样板裆弯线之间的明确关系[5]。其他的研究表明，裆部的距离松量是确保裤子合体度的决定性因素[8-11]。

随着三维人体扫描技术的出现[12-14]，人体裆线可利用三维人体点云数据进行拟合，这种方法可用来研究裆弯线的松量分布形态，以改善裤装的合体性。目前通过三维人体扫描仪来分析人体与服装之间的距离松量分布情况的方法主要有两种：法向距离松量和纵向距离松量。其中法向距离松量是以垂直于人体和服装曲线的法线为基础来测量人体与服装之间距离松量的。Xu J H等基于标准人台和不同放松量服装的三维扫描数据，使用最小二乘法和立方多项式函数来模拟人体不同位置横截面的曲线形状[15]。而纵向距离松量是指人体与服装表面的垂直距离松量。Su J Q等基于三维扫描数据研究了裤装四个关键部位(腹部、臀部、大腿和膝盖)横截面的距离松量分布和应用[16]。目前为止，大部分研究只集中对几个常见位置的松量分布情况进行研究，而关于裆部曲线的距离松量的研究比较缺乏。

本文的研究目的是确定给定松量下裆线距离松量的分布情况，并基于裆部松量分布提出了裤装样板裆弯线的修正方法，从而实现基于人体三维扫描数据的女裤裆弯线的自动修正。

1 实 验

1.1 人体三维扫描系统

本文选择8号人体模型(Wolf Form CO，Englewood，NJ, USA)作为设计定制裤子的模型[17-18]。整个人台的点云数据由基于Microsoft Kinect的人体成像系统(KBI)捕获，该系统是由德克萨斯大学奥斯汀分校的人类尺寸研究实验室开发。KBI系统中的4个Kinect传感器通过在指定矩形区域内对目标的校准，用不到0.5 s的时间来捕获和融合4个单独的深度图像。图1(a)是人台上身(深灰区域)和下身(浅灰区域)的点云图。在人体建模之前，在人台两条腿之间加入一隔离板，以保证建模过程中两腿分离(见图1(b))。因为靠近裆部的人体表面很难直接通过传感器捕获，本文使用曲线拟合算法来生成完整光滑的三维人体模型[19](图1(c))。在三维人体模型上，裆线就是过腰部前中心点(FW)向下穿过裆点(CR)到达腰部后中心点(BW)的一条曲线，可以通过系统进行自动输出用于后期的测量[20]。

(a)前视图 (b)侧视图 (c)三维人台模型图1 人体模型

1.2 裤子制作与试穿

基于KBI系统获得的人体数据，本文采用裤装制版法，使用Accumark CAD系统制作了4条在裆部具有不同放松量的裤子，代表由紧到松4种常用的放松量[21]。裤装裆线放松量尺寸具体见表1。

表1 4条裤装裆弯线放松量 mm

裤装直接用白坯布制成，并将其穿着在8号人体模型上观察是否符合人台体型。在试衣过程中必须考虑五个重要因素，即松量、线、纹理、外观和平衡[22]。试衣评估的具体细则为：(1)人体活动需要的充足放松量；(2)裤装轮廓能符合人体体型，尤其是前后裆部、腰部和臀部；(3)纵向条纹要与裤子前后中线平行；(4)没有因拉伸或折叠面料引起的皱褶或宽松；(5)前后侧面轮廓对称并具有美感。

1.3 试衣问题

在试衣过程中，我们发现这4条裤子在一些重要位置处不能与8号人体模型完美匹配，例如裆部和高度。图2显示了#1号裤子的穿着外观，可以看出臀围线之上的部位能很好地贴合人台，而在臀围线以下，面料出现了明显因拉伸而导致的臀部和裆部的褶皱。此外，裤子的腰线略低于人台腰线位置12.7 mm。

(a)裤装前端 (b)裤装后端图2 修正前#1号裤装的穿着外观

在一位制版专家的帮助下针对本次试衣过程中出现的问题进行了分析。首先，臀部以下面料出现拉伸的主要原因是裆弯线长度过短；其次，臀部附近出现了许多褶皱，是由于为拉长裆弯线总长度而设置的后片裆弯线起翘太大；最后，裆弯线放松量太小导致裤装腰围线稍低12.7 mm。

为解决以上问题，通过如下步骤对裤装样板进行了预调整：(1)改变后片裆弯线起翘度；(2)使两腿之间的裆部区域沿水平方向延展以增加裆弯线长度，即后片延展19.05 mm，前面延展12.7 mm；(3)裆部放松量加大12.7 mm，使裤子腰围线与人台腰围线吻合；(4)后片裆弯线拉伸6.35 mm，使裆弯线更加光滑。修正之后，将#1修正前后的裤子重新穿在人台上，穿着效果如图3所示，由图3可知，裤子外观比之前更平整。

(a)修正前 (b)修正后 图3 #1号裤子修正前后的穿着效果对比

2 结果与讨论

2.1 距离松量测量

经过试衣之后，还需更加精准的修正，为此建立松量分布计算模型，建立模型的第一步为计算裤装样板的距离松量。用KBI系统分别扫描未着装的人台和穿着这4条裤子的人台，并基于三维点云数据自动生成虚拟人台以获得人体尺寸。提取人台点云数据并输入到Accumark CAD 系统中，连接相关点重新生成裆弯线。将着装前后的裆弯线重叠在一起，可以显示出其中的距离松量分布。根据辐射角度可以确定出一些关键点，每一点的距离松量即为人体轮廓与裤装轮廓之间的距离长度。

以#4号裤子为例，图4显示了裆弯线的距离松量测量方法。里面的曲线代表未着装人台的裆弯线，外侧的曲线代表#4号裤装的裆弯线。基于未着装人台曲线建立坐标轴，以臀部厚度线为X轴，过裆点做臀部厚度线的垂直线为Y轴，然后基于坐标原点(即点O)每间隔15°做辐射线。距离松量为每一条辐射线上dj和db的差值，见公式(1)。

DE=dj-db

(1)

式中：DE为距离松量；dj为从坐标原点O到裤装裆弯线的距离；db为从坐标原点O到未着装人台裆弯线的距离。

因为腰围线的前中点和后中点分别是裆弯线的起点和终点，这两点的距离松量也需要进行测量。未着装人台和裤子的腰围线应该在同一位置，因此，腰围线上前中点和后中点的距离松量可以认为是未着装人台和裤子前腰厚和后腰厚的差值。

图4 未着装的人台和#4号裤子裆弯线距离松量测量

4条不同放松量裤装的距离松量如图5所示，松量单位为mm，不同角度下每一点距离松量的分布情况见图6。

(a)裤装#1 (b)裤装#2

图6 4条裤子距离松量分布情况

由图6可知， #1号裤子距离松量的变化范围最小，为-3.34～11.97 mm，而#4号裤子的变化范围最大，为-5.32 ～52.61 mm。因为辐射角度为90°和270°的两个点为臀部以上区域和裆部的分界点，所以它们是距离松量分布的转折点。从辐射角度90°开始，距离松量显著变化，直到辐射角度270°，这一范围内的距离松量变化量显著高于其他区域。因为腹部和臀部的形状比较突出，所以面料会比较贴合人体表面，因此从腰线前中点到辐射角度90°之间和从辐射角度270°到腰线后中点之间的距离松量变化量并不显著。对于#1号和#3号裤子，辐射角度为135°时的距离松量值最大，而对于#3号和#4号裤子，辐射角度为150°时的距离松量最大，因为这两个角度所对应的点已经接近裆点。

2.2 松量分布计算模型

在建立松量分布计算模型之前，需要验证距离松量和给定放松量之间是否存在显著的线性关系。首先使用相关性分析来确定裆弯线距离松量和给定松量之间的相关性，结果见表2。

表2 距离松量和给定松量之间的相关性分析

注: * 显著相关；**非常显著相关

表2显示辐射点在105°至240°之间以及腰线后中点的距离松量和给定松量在95%或99%显著水平上能显著相关，且它们的皮尔森相关系数都大于0.91。但是其他角度的辐射点相关性并不显著，它们的皮尔森相关系数都小于0.66，这是因为这些点都在腰部和臀部之间，这个区域内的面料基本都会贴合人体表面，故引起的距离松量变化极小。

基于相关性分析结果，高度相关的辐射点为105°、120°、135°、150°、165°、180°、195°、210°、225°、240°和腰部后中点，据此建立松量分布计算模型。使用回归分析法建立每一点距离松量和给定松量之间的数学模型。自变量x为裆部给定松量，因变量y则为每一点的距离松量，回归计算模型可以假设为：

y=A0+A1x

(2)

式(2)中，A0、A1表示回归模型的系数。

这些具有高度相关性的点的距离松量的计算模型见表3，在将距离松量模型应用到样本修正之前还需要对其进行验证。为了检验这些模型的精确度，本文进行了对照实验。分别将4条裤子的给定松量输入到计算模型中，得出每一点距离松量的预测值。

将每一点距离松量的预测值和实际测量值进行比较，用散点图进行表示。图7给出了辐射角度为105°和180°的对照结果，可以发现预测结果与实际测量结果的变化趋势一致。并且给定放松量越大，预测值越接近实际值；反之，给定放松量越小，测量的难度越大，预测值和实际值相差就越大。

表3 距离松量的计算模型

(a) 105°时预测值与测量值对比

(b) 180°时预测值与测量值对比

2.3 样板修正

图像展开方法是一种了解人体体型和服装样板关系的方法。Nakazawa S通过展开腰线、臀线和侧缝线给出了人体表面和原型样板之间的对应关系，从而形成了裤装原型样板[23]。人体裆弯线和裤装裆弯线见图8，从图8可以看出人体裆弯线可以直接与裤装裆弯线相匹配。因此，本文给出了基于裆弯线松量分布的样板修正参考方法。当给定放松量时，利用11个辐射点的松量分布计算模型可直接计算获得人体裆弯线的距离松量。通过添加距离松量，可以在人体轮廓线的基础上获得一系列新的样板曲线结构点，从而利用B样条曲线形成新的裤装裆弯线(如图9所示)。

图8 人体表面和服装制版的关系

图9 新的裆弯线

图10 基于松量分布模型的样板修正

为了使修正后的样板更好地贴合人体，将裆部曲线分为四部分：(1)前腰点(FW)至前臀点(FH);(2)前臀点到裆点(CR);(3)裆点到后臀点(BH);(4)后臀点到后腰点(BW)。依据样板增量可以调整4条裤子的裆弯线，从而修正最终样板。根据测量出的人体三维尺寸，利用图像展开法绘出裤装基本原型样板(如图10所示的黑线部分)，结合四个部分的样板增量修正原型样板。在修正过程中，根据样板平衡决定裆弯线各部分调整的方向。例如，由于原型样板中裆弯线上的裆点高度比人体裆弯线低，因此应根据裆点距离松量将裆弯线向下调整。在总松量相同的前提下，人体各个部分(前部和后部)的松量因人体体型不同而不同。样板裆弯线形状和各个部分的松量分布直接决定裤子裆弯线的形状，在人台(人体)裆弯线的基础上加入各个部分的应有松量，能直接生成裤子(前片和后片)的裆弯线，从而实现定制化的合体。该方法解决了在松量相同情况下，无法按各个部位的需要分配总松量的问题。通过以上方法，给定放松量可以很合理地分布到裤装裆弯线各处，使裤装能更好地符合人体体型。

3 结 语

本文提出了一种基于裆弯线距离松量计算模型的裤装样板修正方法。根据标准人体模型尺寸，共制作了4条相同款式不同放松量的女裤来获取不同条件下的距离松量分布情况。利用人体扫描仪分别扫描了未着装人台和穿着4条裤子的人台，并分别测量每一个辐射点处人体轮廓线和裤子裆弯线处的距离松量。发现辐射角度在105°～240°之间裆弯线的距离松量与给定裆弯线放松量显著相关。通过回归分析建立了距离松量与给定放松量之间的数学计算模型，用于距离松量的预测。通过在标准人体裆弯线各点加入距离松量值可进行原型样板的修正，使放松量可以按形体合理地分布至各部分，从而实现裤装的定制化。本研究方法可用于今后的男裤或其他服装样板修正。

由于本文实验对象是标准的女性人体模型，建立的用于预测距离松量的计算模型仅适用于身材与其相似的对象。为了获得其他体型的预测模型，需要进行更大规模的人体扫描，包括不同的年龄和民族。此外，在研究中使用的裤子是由白坯布制成，而不同的面料也会对松量分布产生很大的影响。因此，本研究中的松量计算模型也仅适用于与白坯布性能相似的面料。

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