虚拟仿真技术在“服装结构设计”教学中的应用研究

徐杰 刘菁

（武汉纺织大学纺织科学与工程学院 湖北·武汉 430200）

“服装结构设计”课程是纺织服装类专业的主干课程，该课程教授的是如何将立体的服装进行分解，并展开成二维平面，最终绘成纸样以便于生产制造，以及其对偶过程，即通过调整纸样结构和参数会对服装造成何种影响。课程的本质是解决的是平面的面料与立体的服装之间的对应关系。

该课程教学过程中，主要以服装平面结构理论与纸样绘制方法为出发点，逐步在学生的脑海中建立平面纸样与立体服装之间映射关系。但由于现有的课程教学过程中缺乏二维与三维之间的可视化转化手法，导致部分学生难以理解平面结构与最终成衣效果之间的对应关系，从而降低教学效果，这种现象在众多纺织服装类院校中普遍存在。从另一方面来讲，二维与三维可视化转化手法的缺失，也增加了教师的讲解难度，在教学过程中需结合更多的口述与手绘来进行阐述，且难以取得较好的效果，导致整体的教学效率降低。在教学过程中，部分老师会通过样衣来进行讲解，但由于样衣已经是一个完整的实体，无法展示制作过程，对学生理解映射关系所起到的作用依然有限。为了解决该问题，东华张文斌教授提出该类课程教学应与立体剪裁相结合，鼓励学生从实践中理解二维至三维的转换，增加直观性，该方法是一种能够显著提升教学效果的有效方式，但有一定局限性，首先，该方法在实操中会涉及到课程的体系结构调整，而这是一个系统工程。再者，非服装专业类学生（例如纺织专业学生）选修此课程时，该类学生没有足够的立体剪裁的知识基础和操作能力，导致难以推行。另一方面，在后疫情时代，从国家到院校进一步提升了网络课程的重要性，而该方法难以应用于网络教学。

随着计算机技术的发展，虚拟仿真技术逐渐成熟，该技术是通过建立目标对象的可视化模型间接地还原对象实体特征，替代或减少在设计或研究过程中的对象实体，达到提效率，降成本，跨空间的效果。该技术的发展，为克服“服装的结构设计”课程教学中的上述难点提供了技术手段，同时也能够适应网络化教学趋势，因此，在本课程的教学改革中，我们借助服装虚拟仿真技术，改进教学手段，提升教学效率。

1 计算机技术在服装设计领域应用的现状与发展

计算机辅助设计（CAD）技术的发展一直推动着相关行业的变革。在服装设计行业中，服装纸样设计已由最初的手绘逐步过渡到二维CAD绘图，该技术重点解决了纸样绘制过程中的绘制效率和绘图精度问题，使得整体设计效率大幅提高。然而，服装二维CAD并没有解决图样是否正确以及能否达到预期效果的问题，该问题在实际操作中主要通过所绘制的纸样来制作样衣，观察效果后调整纸样，再制作样衣并调整，这样一个反复迭代的过程来解决，迭代次数越多，设计周期就越长，整体效率就越低。造成迭代次数较多的原因在于设计师无法通过纸样在思维中准确地映射出立体服装形态，这在本质上与学生碰到的无法在脑海中映射纸样与服装关系的难点相似，只是程度不同。

随着计算机技术的进一步发展，虚拟仿真技术的成熟为解决该问题提供了新的手段。该手段的实质是通过计算机技术模拟服装实体制作过程，将传统的样衣制作过程中的依据纸样进行裁片，缝合，试穿过程转为数字化处理，利用虚拟缝合技术将数字化样片缝合，通过物理引擎模拟在数字化人台上的试穿效果并可视化展示，解决了纸样验证过程中实体样衣制作流程多，周期长的问题。正如前述，该技术所解决的产业界问题也是课堂教学中所面临的问题，即在课堂教学中难以针对每一部分教学内容实现服装的实体制作过程，从而无法让学生在思维中有效地形成纸样到成衣的映射关系。因此，将服装虚拟仿真技术引入课堂必然是一个有效的教学手段。

2 虚拟仿真技术在“服装结构设计”课程教学中的应用

针对“服装结构设计”课程在我校纺织学院属于选修类课程，且学生服装设计基础知识薄弱的现状，为了使学生更好地理解服装的结构其与纸样之间的映射关系，并提升学生的学习积极性，我们将虚拟仿真技术引入到该课程教学中。

图1：本课程教学过程中所归纳出的知识难点

在该课程教学改革项目实施的过程中，我们首先从过往的教学过程中总结相关难点，由于本课程面向的是非服装专业的学生，所以在难点总结时，会考虑到学生相关基础知识的薄弱等问题，难点的选取相对于服装专业的学生的课程更偏向于广泛性和基础性，所归纳的难点如图1所示。

针对上述难点，我们首先根据教学内容选定相应款式，并用服装二维CAD绘制对应款式数字化纸样或者直接选用已有的相关数字化纸样，该工作主要为课堂教学工作和三维虚拟试衣做铺垫。在每一件已绘制好的二维数字化纸样基础上，我们利用韩国 CLO三维虚拟试衣软件对数字化纸样在数字人台上进行虚拟缝合，并利用其中的物理引擎模拟穿着效果。该过程能够清晰的展示二维裁片之间的相互结合关系，以及在形成三维服装过程中裁片立体化变形过程，同时也很好地表达了纸样上的关键点与人体之间的对应关系。另一方面，我们通过设置不同纸样参数，并反复仿真，从而展现了关键设计参数调整所导致设计效果的差异，使同学对各种纸样的内涵理解更加深刻。我们在备课过程中，会对上述仿真过程结合讲解需求进行视图调整，使同学能以最清晰的视角了解相关内容，并进行录制或对关键步骤进行截图，将该信息插入到教学过程中，使学生理能教容易的理解相关内容。

我们以教学中的难点插肩袖为例来讲解虚拟仿真在本课程教学中的应用过程。在过往教学中，由于插肩袖纸样（如图2（a））在空间上需进行较大变形才能形成最终成衣效果（如图2（c）），两者之间在视觉上有较大差异。因此，非服装专业学生很难理解插肩袖的纸样为什么是如此形状，以及与前后衣片如何对应。我们通过对缝合过程虚拟仿真，将袖山弧与袖窿线的对缝关系展示出来（如图2（b）），并结合简单的讲解，学生便能够很容易理解相关结构。

图2：教学案例-插肩袖

3 教学效果调查

为了验证本课程教学改革效果，本课题组向已上完相关课程的3个教学班共82名学生中发出调查问卷。问卷设计了3个单项选择问题及1项评分题，包括：（1）通过看现有相关教材及参考书，你是否认为服装结构原理及相关纸样容易理解？（2）相较于书上理论结合平面图或手绘图的展示方法，通过三维虚拟仿真展示是否让人更容易理解结构原理？（3）你是否认为在传统的教学手段基础上加上三维虚拟仿真方法，已经足够让你了解教材上所提及的服装基本结构原理？（4）请评价你对本课程教学内容与方法的满意程度，0分—非常不满意；1分—不满意；2分—仅合格；3分—基本满意；4分—满意；5分—非常满意。

此次调查共回收问卷56份，结果表明：其中13名学生（约占回收问卷总数23%）认为通过看书可以理解服装结构原理，其余学生均表示仅通过看书难以相关内容；100%的学生认为通过三维虚拟展示更让人更容易理解结构原理；53名学生（约占回收问卷总数95%）的学生认为在传统的教学手段基础上加上三维虚拟仿真方法，已经足够理解教材上所提及的服装基本结构原理。针对整个课程的教学满意度，其中14名学生给出了4分（满意），42名学生给出了5分（非常满意），平均得分4.75分。该项调查结构表明，将虚拟仿真技术引入“服装结构设计”课程中的确起到了帮助学生理解教学内容的作用，并且学生对该教学方法具有较高满意度。

4 结语

现有“服装结构设计”课程的教学难点是难以可视化的建立二维纸样与三维服装之间映射关系，通过将虚拟仿真技术应用于“服装结构设计”课程教学中，学生能更好地理解平面结构与立体成衣之间的映射关系，并更容易理解成衣结构与参数的内涵，大幅提升了学习效率与学习兴趣。在后续课程教学持续改进过程中，我们力将虚拟仿真技术应用于该课程中所用能够进行仿真的知识点，进一步提升教学效果。