基于青年女性人体图像的裙裤结构参数化设计

2020-12-15匡才远刘国联

毛纺科技 2020年11期

匡才远，刘国联

(1.金陵科技学院艺术学院，江苏南京 211169；2.苏州大学纺织与服装工程学院，江苏苏州 215021)

裙裤作为一种代表优雅女性形象的服装款式，将裤装封闭式结构的严谨性与裙装开放式结构的舒适性统一起来，形成独特的着装效果。在传统风格上进行了裙裤的现代风格设计演绎，出现了多层飘逸裙裤、喇叭型裙裤等款式。伴随服装设计风格的多元化，裙裤的设计融入了现代设计的时尚元素，运动、嘻哈、另类的设计风格出现在裙裤的设计中[1]。

目前，女性消费者有了日益增长的美好着装需求，对穿衣的合体性、舒适性提出了更高要求[2]。在传统的裙裤结构设计过程中，仅将腰围、臀围尺寸等分，没有考虑到人体不同围度的截面特征对裙裤设计的影响[1]。随着“大数据、人工智能、物联网、云计算”时代的到来，女装消费模式发生了较大的变化。无论是电子商务模式下的服装销售，还是个性化的服装定制，服装尺寸的合体程度是影响消费者消费行为的重要因素。

本文将通过图像处理方法获得青年女性人体数字图像的轮廓，识别人体围度对应的宽度、厚度，构建体型细分后的围度拟合方程，剖析裙裤结构设计的参数规律，以实现合体裙裤结构的参数化设计，赢得青年女性消费者的青睐。

1 人体测量

运用自主研发的非接触测量系统(苏州大学纺织与服装工程学院)[3]和SYMCAD II型三维人体测量系统(法国TELMAT公司)对青年女大学生进行测量，年龄为18～24岁，身高为155～170 cm，测量人数为230人。

为了提高测量数据的精准度，对被测量人员有以下5点要求：①穿着贴身文胸、内裤；②摘除项链、耳坠、眼镜、手表等配饰；③身体直立静止、眼睛平视前方；④手臂远离身体，能够区分人体躯干与腋窝；⑤两脚要站在测量室中指定的位置。

2 人体图像处理

2.1 彩色分割

在颜色空间内，彩色图像是由R、G、B这3个分量构成的，可以用3D数据组表示。因此，建立3D直方图可进行图像的彩色分割[4]。

运用C-均值聚类法可进行青年女性人体图像的彩色分割。假设f=(x1,x2)为1个像素坐标，g(f)为该像素的灰度值，则该聚类法准则见式(1)：

(1)

运用C-均值聚类法提取青年女性人体图像的主要步骤如下：

③重新计算每个聚类中心的值，见式(2)：

(2)

2.2 轮廓光滑处理

经过彩色分割图像处理可有效获取人体图像。但是，由于人体某些部位的肤色与测量背景的颜色较接近，导致处理后的人体图像内部存在孔洞。在此基础上，运用孔洞填充、开运算等算法，平滑青年女性人体图像的轮廓，删除人体图像中小的孤立物，去掉人体图像中细小的突出部分[5]。

形态学重构从青年女性人体图像的峰值开始，根据像素的连通性依次计算到图像的其他部分。运用MatLab软件，采用函数Bwperim提取出光滑的青年女性人体图像轮廓，图像轮廓提取及特征尺寸识别见图1。

图1 图像轮廓提取及特征尺寸识别

2.3 特征尺寸识别

运用图像处理学中的区域描绘子，得到人体图像的8个极值点。其中，人体正面图像中的最高点所在的行，记为Lmax；图像中最低点所在的行，记为Lmin[3]。根据图像学知识，人体身高的图像学尺寸为Lmax行与Lmin行之间间隔行数的绝对值。

提取的人体轮廓属于二值图像，用1表示轮廓的二值。由于臀高与身高存在比例关系(R)，该比例关系在一定范围内浮动，可用区间[R1，R2]表示。就进行图像处理的某青年女性人体轮廓而言，根据人体的身高、臀高与身高的比例区间，可以得到臀高对应行数的浮动区间[L1，L2]。在区间[L1，L2]内，寻找臀部的二值像素点，以确定臀突的位置。在区间[L1，L2]内，同一行上左、右像素点所在列数差的绝对值的最大值为臀宽的图像学尺寸。同时，将最大值所在行记为Lp。同理，在人体侧面图像中，Lp行上左、右像素点所在列数差的绝对值为臀厚的图像学尺寸。按照类似方法，可以得到人体其他围度对应的宽度、厚度尺寸。

3 青年女性人体围度拟合

3.1 青年女性人体体型分类

将青年女性人体的3D点云图导入Imageware软件中，提取腰围、臀围截面，得到不同形状的腰围、臀围截面。分析发现，腰围截面、臀围截面的宽厚比差异较大。因此，将青年女性人体的腰部宽度与腰部厚度的比值、臀部宽度与臀部厚度的比值作为分类指标，完成体型细分[6]。230名受试者中有20人的体型分类比较分散，本文不予以考虑。按照一级、二级分类指标将剩余的210名受试者进行体型分类，体型细分结果分布见表1。

表1 体型细分结果分布

3.2 围度拟合分析

3.2.1 基于点云数据的臀围测量

按照臀高与身高的比例关系，在3D点云图中确定臀围的位置，臀围测量的步骤如下：①使用Imageware软件输入三维点云数据，切换到视角“Front”；②通过工具“Parallel Cloud Cross Sections”选择Y轴方向的臀围截面；③利用工具“3D-Spline”在“Left”视角下绘制臀围的曲线，再利用工具“Object Information”测量臀围值。点云图中臀围尺寸量取见图2。通过类似的操作，可以量取腰围的尺寸。

图2 点云图中臀围尺寸量取

3.2.2 围度拟合方程

由于围度和相应宽度、厚度存在相关关系[7]，可以构建对应的拟合方程。青年女性人体体型细分后，占比较低的类别不统计在内。借助SPSS统计软件，构建的围度拟合方程如下：

①若W1/W2=1.3，H1/H2=1.4，则

W前=1.149×W1+0.946×W2-11.675

W后=0.896×W1+0.601×W2+0.737

H前=3.467×H1-2.639×H2-8.691

H后=1.588×H2+9.335

②若W1/W2=1.3，H1/H2=1.5，则

W前=3.108×W2-1.602×W1+14.275

W后=3.451×W1-1.953×W2-11.932

H前=3.798×H1-4.026×H2+4.561

H后=1.31×H1+3.533

③若W1/W2=1.4，H1/H2=1.4，则

W前=1.119×W1+5.506

W后=1.297×W1+2.521

H前=5.81×H2-3.435×H1+21.07

H后=5.48×H1-6.108×H2+10.46

④若W1/W2=1.4，H1/H2=1.5，则

W前=1.875×W2+0.577

W后=0.965×W1+9.843

H前=0.829×H1+1.125×H2-10.025

H后=0.722×H2+31.004

⑤若W1/W2=1.4，H1/H2=1.6，则

W前=2.827×W1-2.09×W2+0.897

W后=1.753×W1-9.116

H前=5.282×H2-2.165×H1+4.835

H后=3.523×H1-5.035×H2+32.462

⑥若W1/W2=1.5，H1/H2=1.5，则

W前=1.524×W1-0.776×W2+7.992

W后=2.735×W1-2.63×W2+11.811

H前=0.983×H1+9.198

H后=1.042×H1+12.502

式中：W前为前腰围尺寸，cm；W后为后腰围尺寸，cm；W1为腰部宽度，cm；W2为腰部厚度，cm；H前为前臀围尺寸，cm；H后为后臀围尺寸，cm；H1为臀部宽度，cm；H2为臀部厚度，cm。

另外挑选50名受试者进行人体尺寸测量，将50人的实际三维测量值与不同体型分类后的拟合值进行对比分析。鉴于人体围度的差异性，本文利用相对误差(绝对误差与三维测量值的比值)来检验拟合结果精准度，|±1|表示相对误差在±1.25%到0之间；|±2|表示相对误差在±2.50%到±1.25%之间；|±3|表示相对误差在±3.75%到±2.50%之间；|±4|表示相对误差小于-3.75%或者大于3.75%；相对误差分析结果见表2。

表2 相对误差分析结果

验证结果表明，基于人体围度宽度与厚度比值分类的拟合方程预测精准度比较高，预测值相对误差小于2的百分比超过85%，围度拟合方程具有较好的实用价值。

4 裙裤结构的参数化设计

4.1 裙裤原型结构参数

假设标准女体的净臀围为H。其中，净臀围H为前臀围与后臀围的和。在裙裤结构设计时，横裆部位对前后裤片中缝的牵制力需要减小到零[8]。当总裆宽(X)达到最大值时，X裙裤=0.21H[9]，此时的裆宽系数(总裆宽与净臀围的比值)K裙裤=0.21。裙裤后腰线与裙装后腰线设计相似，即后中心下降H/96，即裙裤后翘量h裙裤=-H/96。同时，后中线倾角α裙裤=0°，下裆缝夹角β裙裤=0°[10]。裙裤原型结构及参数值见图3。

图3 裙裤原型结构及参数值

4.2 裙裤结构参数取值规律

就裙裤结构设计而言，随着裙裤外轮廓幅度增加，总裆宽的数值也逐渐增大，二者之间的函数关系为X=KH，K为裆宽系数，取值区间为K∈[0.16，0.21][11]。后中线倾角、后翘量以及下裆缝夹角都与裆宽系数存在函数关系[11-12]，分别见式(3)～(5)：

α=42-200K

(3)

h=29H/240-5KH/8

(4)

β=798/5-760K

(5)

式中：α为裤裙后中线倾角，K∈[0.16，0.21]；h为裤裙后翘量，K∈[0.16，0.21]；β为裤裙下裆缝夹角，K∈[0.16，0.21]。

4.3 裙裤省量的确定

省道是解决人体围度差、将2D面料塑造成3D服装的重要工艺形式。为了避免服装在人体凸起部位出现尖点，通常将单个省量的最大值约束为3 cm。根据合体裙装、裤装放松量的加放规则，平分到1/4衣片中，腰围的放松量设为0.5 cm，臀围的放松量设为1 cm。就某类青年女性体型而言，裙裤前片的省量=2/3[H前+1-(W前+0.5)]；裙裤后片的省量=2/3[H后+1-(W后+0.5)]。如果计算的省量在3 cm以内，则设置1个省道；如果计算的省量超过3 cm，则需要设置2个省道。

5 裙裤结构设计的现代演绎

为了满足青年女性个性化的着装需求，设计师在裙裤原型基础上进行现代设计，比如，改变裙裤长度、腰线结构，增加褶裥、分割线或者衩等结构变化。

5.1 斜裙裤的结构设计

斜裙裤最明显的特征是裙摆量比较大。在裙裤原型的底摆处剪开，合并腰部的省道，通过省道转移技术将腰部的省道转移到底摆处，增加底摆量。为实现结构的平衡，内、外侧缝分别向外撇出1.5、3.0 cm摆量。斜裙裤结构设计见图4。

单位：cm,下同。

5.2 褶裥连腰裙裤的结构设计

褶裥连腰裙裤的裆宽系数取值为0.16H，按照前、后裆宽的结构合理性进行分配。该裙裤属于高腰裙裤，需要在裙裤原型上将腰线抬高4 cm。裙裤前片有3个褶裥，形状为阴裥，单个褶裥量16 cm，运用切展法分别在前中线位置、横裆线1/2处增加褶裥量。裙裤前片的省量也合并为褶裥量。将裙裤后片的腰臀差，设置为2个省道，按照对称原则将省道补齐到高腰位置[13]。为了实现结构的平衡，内、外侧缝分别向外撇出1.5、4.5 cm摆量。褶裥连腰裙裤结构设计见图5。