基于三维虚拟试衣技术的汉服设计与展示

杨路漫 沈海娜 董心如

关键词：虚拟试衣 汉服 数字化设计 CLO 3D 数字陈列

引言

汉服是汉民族服饰的统称，是中华民族五千年文化的表现形式之一。[1]近十年来，汉服运动从小众群体活动演变成大众文化运动，从服饰美学逐渐深入到传统文化内核，越来越受到人们的重视。与此同时，作为新兴技术手段，三维虚拟试衣技术在传统服饰设计和展示领域上的应用，助推了汉服文化的传播和产业化的进程。如陈曦通过三维建模，构建汉服的VR博物馆，为传统服饰的展示探索了新的方向。因此本文将通过三维虚拟试衣软件，尝试对襦裙、褙子、袄和马面裙等形制的汉服的进行数字化复刻和陈列设计，以对传统服饰的数字化设计与展示提供借鉴。

一、三维虚拟试衣技术及应用现状

（一）三维虚拟试衣技术

三维虚拟试衣系统依托计算机图像处理技术和图形学理论，通过三维人体建模技术、虚拟缝合技术和面料仿真技术，实现用户的虚拟人体模型的构建和虚拟服装的缝合和展示。[2]针对虚拟试衣的效果，叶海莲[3]使用不同的面料，将3D Runway和CLO3D设计的虚拟样衣与真实面料制作的样衣进行相似度评价，从服装尺寸和廓形角度验证试衣效果较为理想。目前市面上较成熟的三维试衣软件有杭州凌迪科技的Style 3D，韩国CLO公司的CLO 3D，法国Lectra公司的Modaris等。因CLO3D功能完善、界面简洁易操作、面料仿真效果佳、与服装样板文件的兼容性强等优势，本文将使用CLO 3D进行汉服的数字化创新设计。

（二）三维虚拟试衣技术在传统服饰上的应用

三维试衣技术在服装行业的应用虽然处于起步阶段，但是学者们已经在传统服饰的复原、设计、终端展示等领域展开了一系列研究。如刘东升、史慧等[4]基于CLO 3D软件，对乌珠穆沁部落传统蒙古袍进行复原，就其在3D虚拟试衣过程遇到的问题提出了系统性的解决方案。洪文进、苗钰等[5]人基于三维技术对中国丝绸博物馆馆藏的对襟衫进行复原和虚拟仿真设计，为传统服饰数字化设计打下了坚实的基础。就传统服饰的虚拟陈列方面，梁惠娥、张守[6]用等人考察江浙沪地区民族服饰博物馆，就数字化展示方案进行分析和研究，认为把数字化技术和虚拟技术用于民族服饰博物馆是大势所趋。黄珍珍和陈东生[7]基于3D建模技术，研究畲族博物馆馆内收藏的畲乡女装的结构和工艺，以实现畲族服饰数字化展示的目的，对传统民族服饰的数字化展示做出了新的探索。2015年故宫博物馆推出App——清代皇帝服饰，利用三维技术高度视觉化的展示了清代宫廷服饰体系及其工艺特点，在中国传统服饰文化的宣传上让人耳目一新。[8]陈列方式越来越趋于虚拟化、去空间化和去实体化，[9]雷开彬和熊华[10]提出通过虚拟试衣技术和投影墙技术，实现沉浸式与交互式的服装展示。陈曦、朱宇波[11]等人提出建设VR汉服体验馆，是对中国服饰文化传播方式的一种新探索和尝试。由此可见，三维试衣技术在保护和传承传统服饰上能够发挥重要的作用，文化服饰遗产的数字化建设是值得深入研究的课题。

二、汉服款式的数字化设计

（一）款式设计

1.款式选择：汉服定型于周朝、传承于秦朝，随着时代的变迁演变出繁多的形式，而唐、宋、明时期的汉服最具有代表性，也是现代汉服改良的主要形制。上襦下裙是唐代女子服装最主要的形式，襦是一种衣长及腰、领为对襟或交领的短衣，裙是高腰或束胸的及地长裙，充分体现出唐代自信、宽容的民族性格。襦裙以裙腰所处位置，可分为齐腰襦裙、高腰襦裙、齐胸襦裙，如表1中所示为典型的齐胸襦裙。宋代崇尚儒学，形成了简朴文雅的风格，其男女装中普遍流行罩、衫、褙子等形制。褙子最大的特点是两腋开衩或衣侧开衩，以领型为依据，可分为直对襟褙子、斜对襟褙子、盘领交襟褙子，如表1中所示为宋代斜对襟褙子和直对襟褙子。明初渐渐恢复汉族礼仪，受中央集权的影响，体现出气度恢弘、端庄典雅的服饰风格。最典型的明代女性服饰是袄裙，上衣为之袄，袄下摆开叉，长短各异、领子形态多样、袖口宽窄不一，外穿袄多为交领或竖领，袖为琵琶袖，如表1中所示；下裙以中间光面、两侧打褶的马面裙为主要形制，根据褶裥形态、装饰特点等衍生出侧裥式、襕干式、凤尾式等多种类别，如表1中所示为侧裥式马面裙。

因此，本文将以唐代、宋代、明代最典型的汉服形制——襦裙、褙子、袄裙为例，借助CLO3D设计软件，实现对汉服的数字化设计和展示。

2.版型选择：进行汉服数字化设计之前，先通过文献的查阅，获取襦裙、褙子、袄和马面裙的尺寸数据和样板结构图。范盈[12]通过平面构成法和立体构成法，根据现有文物对初唐、盛唐、中晚唐三个时期的襦裙款式進行复原，并绘制出1：1制版图。陈娜娜[13]等尝试复原唐代齐胸襦裙和明代袄裙，提供了工艺流程和具体尺寸要求。洪招治[14]在《中国宋代汉族女子服装褙子研究》一文中，通过对出土文物的测量，探究宋代褙子的结构特征，并进行复原实验。李霞[15]对东华大学服饰博物馆收藏的36条马面裙，从结构、图案、面料、工艺等入手，展开细致、全面的分析和测量，并制作实物分析记录表，其详尽的部位数据对马面裙的制作和复刻有很重要的意义。

综合上述文献的研究基础，整理出了齐腰襦裙、斜对襟褙子、直对襟褙子、交领短袄和侧裥式马面裙的结构设计数据，然后使用ET软件进行样板的绘制，如表2中所示。

（二）数字成衣制作

CLO 3D三维虚拟系统可导入纸样通用传输文件，并将网格化的二维样板进行虚拟缝合，借助面料的仿真功能获得真实的服装试穿效果，文中将以袄裙为例，展示了汉服虚拟设计的过程：

1. 设置三维人体尺寸参数：据《天津蓟县桃花园明清家族墓地人骨的身高推算》中提及，明清时期女子平均身高在152.09cm左右，因此在“虚拟模特编辑器”中将其身高设定为152.09cm。又因《明代民歌中的女性形象概说》一文中提及明代女性“穿的衣，行的步，委实苗条”，可见当时女子以苗条为美，与当代相似。因此选取国家标准《GB/T 1335.2－2008 服装号型女子》中，身高152cm对应的胸围尺码下限81cm，作为胸围尺寸标准。而经由虚拟模特编辑器中内置的人体基本尺寸关系模型，当确定身高和胸围后，将自动获得臀围、腰围、颈围以及肩宽等人体数据，如图1。

2. 版片导入：将DXF通用样板格式的净样裁片导入软件，使用点编辑工具和曲线编辑工具删除或优化多余的分割点，以避免影响曲线的圆顺度，如图2所示，将上袄版样的底摆处多余分的割点转化为曲线点。

3. 板片安排：在3D窗口中使用选择/移动工具将板片紧密安排在虚拟模特周围。在对一片式的汉服板片进行三维安排时，可通过在适当位置添加分割线的方法，使样板尽可能地安排于虚拟模特周身，以减少在模拟过程中样板与模特之间的交叉穿模现象的出现，如图3中所示，在前后衣身的门襟和袖子中线等处分割樣板。同时，在安排样板时，预先设置衣片之间的层次关系，可降低模拟出错率，如通过版片层次设置工具，预设上袄左右门襟交叠的层次关系和马面裙裙片与上袄衣片的层次关系。

4. 版片缝合：使用线缝纫工具/自由缝纫工具/褶裥缝纫工具定义裁片缝纫关系。对于一对一匹配的线段可采用线缝纫工具，如侧缝、后中缝等；对于一对多或者多对多的线段可采用自由缝纫工具，如领子和领口的缝合；对于马面裙褶裥工艺的缝纫，可以使用褶裥工具组，直接定义裙片褶裥的类型、方向和折叠角度后，与腰头进行缝合。缝纫完成后，可通过观测3D窗口中缝纫线迹是否交叉、扭转等情况，来判断缝纫是否有误，如图4。

5.虚拟试衣：基于正确的版片缝纫关系，通过柔性布料与3D人体的实时碰撞，呈现出真实的穿着状态。服装模拟的参数主要为版片粒子间距、版片模拟厚度、虚拟模特的表面间距和模拟品质等级。其中版片粒子间距是指版片网格状分割的大小，值越小说明网格分割越密集；版片模拟厚度是指面料与虚拟模特体表的距离，贴身的服装需要降低该数值；模特表面间距是指虚拟人台表面的网格大小，调低版片粒子间距的同时，降低模特表面间距有助于防止出现穿模现象；模拟品质可分为普通和完成（试穿）两种等级，完成状态能够获得更精确和更真实的试衣效果，但是会减慢模拟速度。因此在初步试衣时，以预设参数快速地塑造和调整服装的整体造型，再改变模拟参数来获得最佳的试衣状态，如图5所示。

三、面料仿真与纹样设计

面料的仿真主要包含行为仿真和外观仿真两个方面，行为仿真指面料的弹性、弯曲性、悬垂性等动态表现，外观仿真是指面料的颜色、纹理、光泽等静态表现，包含纹样的设计和纹理质感的表现。

（一）面料的行为仿真

在三维仿真软件中，面料的行为仿真采用质点-弹簧模型，通过找到质点随时间变化在空间的运动轨迹，来模拟面料的动态效果。在CLO 3D中，面料的主要行为仿真参数是强度（Stretch）、弯曲强度（Bending）、密度（Density）和厚度（Thickness），强度体现面料的弹性，强度值越小面料弹性越大；弯曲强度体现面料的刚度，弯曲强度值越大，面料越硬挺；密度和厚度即面料的克重和厚薄程度。汉服的主要面料是丝绸和棉，分别用在衣身、裙身和衣襟、腰头。为快速而准确地获得理想的面料效果，可借助软件面料库中的预设面料，从成分、克重、厚度指标上作近似选择后，再进行参数的微调，具体参数如表3所示。

（二）纹样设计

汉服纹样品类繁多，常由自然生活中事物经演变、重组而成，在此过程中，人们会把自己的情感、体验融入其中，形成特征鲜明、内涵丰富的艺术符号，在组织形式上强调虚实、聚散的对比和统一。从纹样的构成形式来分，汉服的纹样大体上可分为造型构成完整的独立纹样和简洁抽象的连续纹样。独立纹样从构成上或者造型上已经完整，可以单独应用，常用于袖身、衣身和裙面。连续纹样可以无限扩展，具有二方或者四方连续性，在袖口、领口、下摆等处具有很好的装饰效果，因此又常称为缘饰纹样。

纹样作为一种装饰性和使用性相结合的美术形式，其设计原型多来源于实物，经提取实物的基本形态特征，通过简化、重构和互融，最终形成纹样。形状文法是最常用的纹样演变方法，形状文法是指将一个或多个初始形状按照一定的空间排列规则组合成新的形状的方法，由George Stiny和James Gips于1972年提出，是一种基于形状的文法关系与规则为主的设计方法，现在常应用于创新设计领域。基于形状文法的纹样流程大致可分为元素特征分析、形状演变和设计生成三个步骤，本文在“古都杭城”系列汉服的设计中，从杭州城市文化中分解出的象征性元素进行了大胆的拆解，形成单元图案，再重新衍生进行演化创新，具体步骤如下：

（1）第一阶段，充分了解杭州的历史文化背景，选择能够体现杭州当地文化内涵的代表性元素进行分析和提取。因此本文通过对西湖十景和越剧文化的深层剖析，提取出了雷峰塔、断桥、集贤亭、三潭印月、荷花、蝴蝶等杭城象征性符号作为原始素材。（2）第二阶段，将提取出的目标素材进行简化、重构和互融，推演出新的基本单元，如图6所示，展现了“古都杭城”系列纹样的演变过程。首先，在充分保留原始图案特征的基础上，简化纹样线条，形成基础纹样元素；然后，将每个元素进行重构，形成主次分明、疏密有序的独立纹样，作为主题纹样；最后，将不同的元素进行变异，进行穿插融合使用，形成具有抽象的缘饰，作为陪衬纹样。（3）第三阶段，对形成的纹样进行合理的组织，造就了充满自然风情和生活气息设计方案。

汉服的色彩搭配以中间色为主，少用高纯度颜色，避免破坏古典感。上衣下裳宜采用同一种颜色或者同色系，一套服装的主色不超过2种，领口、下摆、袖口处缘饰使用少许辅色，主色辅色分明，通过色彩的组合变化来增强服装美感，提升服装的整体艺术感。“古都杭城”系列汉服的面料以丝绸为主，丝绸质感华丽光泽强，因此基于保留中国传统汉服色彩特点的基础上，融入杭州的色彩元素，从落日余晖、朱檐碧瓦、红菏菡萏、碧水微澜的西湖景色中提取出暗金色、殿红色、藕荷色、蜜合色、湖蓝色和草绿色六种纯度较低的颜色作为设计配色方案。根据色彩构成的重点突出原则，分别选择“殿红色+暗金色”“殿红色”“藕荷色”作为服装面料的底色，六种颜色少量运用、相互配合作为图形色，达到突出纹样而整体视觉平衡的效果。

（三）纹理质感的表现

纹理是指面料纺织过程中经纬纱交叠产生的凹凸感，在图形处理方法上，可以借助“法线贴图”来实现。法线贴图是通过RGB颜色通道来标记物体表面的法线方向的一种图像，可被计算机识别，从而达到在平面贴图上表现三维效果。织物纹理的法线贴图制作，先通过扫描素色面料的组织结构图片，然后使用Photoshop图形处理软件制作成四方连续图形，最后应用3D滤镜即可生成对应的法线贴图。本文的绣线工艺效果使用绣花软件实现，将图6中设计好的纹样，在绣花制版软件中设置相应的针样式，可把纹样转换成绣花图样。最后将法线贴图叠加于绣花图样，即可获得逼真的面料外观效果，如图7所示为绣花丝绸面料的表现效果。此外，对于雪纺、薄纱类面料，可通过调整面料透明度获得半透明的轻薄感；对于丝绸类面料，可通过调整面料的反射强度增强其光泽。

将所有面料和纹样叠加织物或工艺效果后，在CLO3D中分别使用“纹理”工具把面料应用至对应的版片中，或通过“图案”工具将独立纹样和和缘饰分别放置于衣片的袖口、领口、下摆、裙片和衣身等位置。如图8所示为“古都杭城”系列部分款式的静态展示效果图。

四、创新效果展示

汉服的陈列设计集精神和物质于一体，需要体现鲜明的历史特征，因此系列二“山海经-女魃”的5套汉服，基于中国传统服饰繁冗、宽博的特点，使用“T”形支架、人台和人模相结合的方式，展示虚拟汉服的组合陈列效果。如图9所示，处于正中央的直对襟褙子，因其宽大的袖口，采用了能够充分展示服装的结构的“T”形支架，有利于展示袖面上大幅的独立纹样。两侧的斜对襟褙子和齐胸襦裙，面料以轻盈垂坠的丝绸为主，因此使用人台陈列方式，很好的表现出了襦裙细密的褶裥。袄裙和窄袖直对襟褙子采用人模进行展示，通过模型的妆容、饰面和肢体动态，体现了出服装的整体效果和动态之美。在整体场景构造上，采用台阶式橱窗错落陈列，突出系列主体，配合了三种不同光影效果的烘焙灯光，增强了展厅的立体效果。汉服数字陈列的尝试，对于服饰类文物易损、易腐、不便运输等问题的解决，是一个值得探讨的方向。

结语

三维虚拟试衣技术能够快速、直观、立体地呈现服装设计的效果，是服装产品研发实现数字化的重要环节。本文通过三维虚拟试衣软件CLO 3D对汉服进行设计与陈列，展示了从数字化打版、虚拟缝合、模拟试衣、面料材质与纹样呈现和陈列展示的整个流程。整个设计过程耗时短、改款易、成本低，且两个系列的作品在造型、面料、图案等各方面均呈现了良好的设计效果，表明三维虚拟试衣技术能够应用于传统服饰的数字化设计与陈列，为传统服饰的设计和展示方式拓展了新的路径。本文对传统服饰的数字化设计，不仅改变了传统的设计模式，更期望能夠对传统服饰类博物馆的线上展厅和VR展厅的建设提供一定的借鉴作用，对汉服产品的个性化定制模式开发提供参考，带来服装行业新的技术革新和价值创造。