针织毛衫版片的参数化设计模型与实现

李玉贤, 巫晓雯, 吴光军, 丛洪莲

(江南大学 针织技术教育部工程研究中心, 江苏 无锡 214122)

随着计算机技术的不断发展,以服装原型样板为基础的参数化设计方式为服装制作提供了新的思路,参数化设计软件日趋成熟,与之相关的参数化约束方法被广泛应用于服装纸样的快速构建[1]。娄少红[2]利用AutoCAD设计软件中的约束功能构建服装纸样的参数化模型,并相应提出了参数化设计方法,使服装设计过程更加灵活,但针织服装采用半成形、成形或全成形编织,因缺乏可参考样板而无法采用辅助工艺软件进行参数化设计[3-4],制作过程中需根据试织小样不断修改。为缩短针织毛衫的设计时间,节省人力物力,学者们借鉴传统服装制版原理和方法,结合成形工艺生成了针织服装版片模型[5-6]。上述研究丰富了针织服装版片的设计方法,拓展了参数化设计思路,但现有针织服装版片多在梭织基础上直接变化而来[7],虽然范友红[8]从人体体型特征出发,在服装结构原理的基础上对传统毛衫进行了尺寸版型和工艺算法的优化,但仍无法消除省道对毛衫样板的影响。

基于此,本文设计了针织毛衫基础样板,利用圆弧特征对领口曲线、袖窿曲线及袖山曲线进行拟合,探讨各部位间的几何、位置及函数关系,提出参数约束方法,并通过合体毛衫的制作来验证样板的准确性,以期提升针织毛衫版片设计的灵活性和高效性。

1 针织毛衫基础版片设计

在针织毛衫设计过程中,由于缺乏可参考的版片,工艺师多靠经验来进行针织毛衫的工艺设计,该过程需反复调试且工艺复杂。为提高工作效率,可结合梭织服装制版方法来制作针织毛衫版片。

1.1 基础版片号型尺寸

依据GB/T 16160—2017《服装用人体测量的尺寸定义与方法》进行人体上半身尺寸测量。女羊毛衫成品规格的“号”以人体身高4 cm为档差,“型”以胸围跨度5 cm跳档,在此基础上总结出女羊毛衫4.5系列成品规格[9],选取150/80A成品规格作为针织毛衫基础数据,如表1所示。

表1 女羊毛衫成品规格Tab. 1 Finished specifications for women′s sweaters

部分针织毛衫尺寸间存在着相应的数学关系:

1.2 基础版片设计

根据表1给出的尺寸数据,结合羊毛衫的制版方法[10],在服装制版软件中以衣长、胸围、袖长和袖宽数据为基准绘制针织毛衫基础版片,如图1所示。结合服装制版原理和方法,针织毛衫前片和后片将胸围、腰围、肩宽、后领口宽等围度尺寸等量划分,袖片围度尺寸增加1倍。为满足后续操作的工艺要求,针织毛衫曲线部位开始和结束时设置平摇段,收放针段设置为三段式收放针状态。虽然图1中示出平摇段的具体数值,但这些数值并不完全固定,设计师可根据设计需求更改。

图1 针织毛衫基础版片Fig. 1 Basic pattern of knitted sweater. (a)Body piece;(b)Sleeve piece

因袖子与衣身间存在夹角,领部存在领边弹性,衣身与袖子对位缝合时会将肩部尺寸拉宽,导致成品规格出现误差。为在版片设计的过程中消除拉伸变形带来的误差影响,在易变形的部位设置修正系数(S),以使版片中部分尺寸数值增大或减小,能够有效抵消部件拉伸带来的尺寸变化。调整肩宽选用的修正系数通常为0.95,袖口宽和袖尾宽的幅度比胸宽幅度小,袖子受到的牵拉力较大,导致袖长被拉长,袖宽变瘦,袖长修正系数(C)可设置为0.97,袖宽修正系数(K)可设置为1.05。

不同于传统服装制版方法,针织毛衫去除了后肩省量和前袖窿省量,且袖窿弧线与肩线间存在较大夹角。这是因为在缝纫过程中前片、后片和袖片之间相互拉伸,如图2所示。再加上肩部修正量和领边弹性,衣身松量因线圈拉伸变形而消除,即使胸腰差较大的号型也能保持衣身平整。

图2 毛衫袖窿拉伸变形Fig. 2 Tensile deformation of armhole curve

2 针织毛衫曲线约束

针织毛衫结构包括直线和曲线结构,曲线多存在于领口、袖窿及袖山部位,这些曲线是由多段圆弧构成的样条曲线。参数化设计时,复杂的样条曲线不能一步生成,需利用圆弧进一步分解[11],考虑到计算量及运行快慢,应在顺利约束的前提下保证圆弧数量最少。

2.1 领口曲线的参数化模型

针织毛衫的领口曲线根据款式进行设计,针对圆形领口,领口曲线底部弯度大,越往上曲线弯度越小,形成“U”曲线,如图3所示,相对应的收针方式也应由快到慢。为匹配领口形状和弯度变化趋势,在领口曲线收针部段采取三段式收针方式。

图3 领口曲线设计Fig. 3 Design of neckline curve. (a)Neckline shape;(b)Neckline forming process; (c)Finished neckline

由图1可知,后领口曲线由多段直线构成,可直接进行数据约束,手动微调后可形成弧线造型。在参数化设计过程中,采用3段半径分别为r1、r2和r3的圆弧拟合前领口曲线,如图4所示。

图4 前领口弧线参数化模型Fig. 4 Parametric model of front neckline arc

确定领直位A0A1和领平位A4A5的长度后,A1、A4位置随之确定。过A1、A42点分别作切线交于O,连接3点可形成直角或钝角三角形。A2为直线A1O的三等分点,A3为直线A4O的二等分点,在A2A3上取点P,使A1A2=A2P,则P为圆弧公切点,过切点A1和P做半径为r1的圆弧。连接P、A3、A43点,取角平分线交点P1,P1既为内心,又为圆弧公切点。过P、P12点作半径为r2的圆弧,过P1、A42点作半径为r3的圆弧,3段圆弧共同构成前领口弧线。设3个圆弧圆心角分别为α1、α2和α3,A1O=y1,A4O=x1,∠A2OA3=θ1,∠PA3A4=θ2。可知:∠OA2A3=α1,∠A3PA4=α2,∠PA4A3=α3,A1A2=y1/3,A2O=2y1/3,A3A4=A3O=x1/2,θ2=θ1+α1,则:

2.2 袖窿曲线的参数化模型

针织毛衫袖窿曲线与人体臂根围相吻合,如图5(a)、(b)所示,曲线在臂根围底部弯度大收针快,越往上弯度越小收针放缓,形成“C”曲线。为匹配袖窿形状和弯度变化趋势,收针区域采取由快到慢的三段式收针状态,袖窿成品如图5(c)所示。

图5 袖窿曲线设计Fig. 5 Design of armhole curve. (a) Armhole shape;(b) Armhole forming process; (c) Finished armhole

用半径为R1、R2、R3的圆弧和半径为L1、L2、L3的圆弧拟合前袖窿和后袖窿曲线,如图6所示。

图6 前后袖窿曲线参数化模型Fig. 6 Parametric model of front (a) and back (b) armhole curves

设前袖窿曲线3个圆弧的圆心角分别为β1、β2和β3,C1M0=y2,C4M0=x2,∠C2M0C3=δ1,∠QC3C4=δ2,可得:

设后袖窿曲线3个圆弧的圆心角分别为γ1、γ2、γ3,D1N0=y3,D4N0=x3,∠D2N0D3=φ1,∠GD3D4=φ2,则后袖窿曲线的计算公式如下:

经公式换算,可知前袖窿曲线与y2、x2,δ1相关,后袖窿曲线与y3、x3,φ1相关。设定前袖窿直位C4C5和后袖窿直位D4D5的长度,对x2、y2、δ1、x3、y3、φ1这6个变量参数进行约束,便可得到对应的前袖窿曲线和后袖窿曲线。

当δ1和φ1为直角时,x2、y2、x3、y3取最大值,袖窿曲线收针走势较为圆顺,与夹直位和夹平位顺畅衔接,此时:

当δ1和φ1为钝角且取值逐渐变大时,x2、x3、y2、y3取值随之变化,此时袖窿曲线收针走势加快。为保证袖窿曲线与人体臂根围的基本一致性,δ1和φ1的取值不宜过大。

2.3 袖山曲线的参数化模型

针织毛衫袖窿和袖山曲线缝合在一起的绱袖线与人体臂根围重合,人体袖山皮肤平面展开图如图7(a)所示。为适应肌理走向,袖山成形工艺存在快慢收针区,如图7(b)所示。此外,为降低废片率、便于操作,快收针开始以及袖山头部快放针结束时需设置平摇[12]。综合来看,袖山曲线存在“平收-快收-慢收-快收-平收”的多段式收针状态,形成“S”曲线,袖片成品如图7(c)所示。

图7 袖山曲线设计Fig. 7 Design of sleeve top curve. (a) Sleeve top skin plane; (b) Shaped sweater sleeve top curve; (c) Finished sleeve top

若参照领口和袖窿曲线的设计方法,“S”曲线需先分割为多个“C”曲线,再进行圆弧拟合。但袖山曲线的弯曲弧度变化更为复杂,圆弧拟合的方法不利于快速操作。为简化袖山曲线的操作程序,利用贝塞尔曲线B(t)模型[13]进行参数化设计:

式中:Pi为曲线控制点,给定点坐标为(x,y);P0为起点;Pn为终点,n为从0开始的顺序标签;i表示标签中的第i个点;t代表时间,t∈[0,1]。

图8示出袖山曲线参数化模型。由于针织毛衫袖片自下而上依次编织,袖山曲线的起点即为图中的E1和E3点,向上编织时遵循多段式收针的方法,2点之间形成的曲线可根据实际情况进行调整。

图8 袖山曲线参数化模型Fig. 8 Parametric model of sleeve top curve

3 合体毛衫参数化制版

参数化制版是通过几何约束定义图形对象间的几何关系,通过标注约束定义参数和函数表达式使图形对象间产生尺寸关联。在生产制作过程中,针织毛衫多是自下而上顺序成形,参数化制版过程也应按照针织毛衫的编织方式进行设计。

3.1 各部位约束关系

这一下震惊了李老师，李老师就是有学生来告状，然后就发现了这些罪证。看见这些东西，李老师的脸也红了，整个办公室的老师们得知情况后都傻了，李老师意识到情况很严重。但怎么样也想不到原因是周小羽讲的这样，因为她当时也没容许周小羽再分辩。她当时就在心里想，哪个老师看见会不生气啊！在她看来，这些画充满着黄色和暴力，有些是男女一起的，有些是打架的，有一张李老师记得很清楚，那就是一个人被绑在板凳上，旁边一个人在拼命地用灌木刺打着。那画面让她想起电视上那些私设刑罚的场景。这么一个小孩子，哪里学来的这些东西，所以，她是一定要上门家访的。这个孩子这样下去就不行了！

图9 针织毛衫衣片约束Fig. 9 Sweater pieces of constraints. (a) Back piece; (b) Front piece; (c) Sleeve piece

完成几何约束后,结合横编设计方式进一步对版片施行标注约束,约束内容为各部件的尺寸函数关系。为贴合针织毛衫设计及编织理论,选择自下而上进行约束,各部位约束点如图10所示。

图10 针织毛衫衣片约束点Fig. 10 Forming sweater piece constraint points.(a) Front piece; (b) Back piece;(c) Sleeve piece

根据图9、10中给出的约束内容及约束点,结合毛衫版片结构关系,以及领口、袖窿及袖山曲线的参数化制版过程,可获得针织毛衫衣片各部位间的函数关系,如表2所示。将表中的约束对象及表达式输入参数化制版软件中,对版片进行标注约束,各部位相互关联,可以进行动态修改和调整。

表2 针织毛衫衣片标注约束数据Tab. 2 Forming sweater patch annotation constrain data

3.2 用户参数设计

根据几何约束和标注约束的数据,确定用户参数,即用户在进行版片设计时,需要在软件中输入的数据有衣长、脚高、腰高、胸围、腰围、前领深、后领深、后领宽、肩宽、袖长、袖口、袖宽、袖罗。

用户参数确定成品直线部位的基本围度和长度尺寸,并为曲线部位定下基础位置。根据款式造型对应修改用户参数,成品尺寸会相应放大或缩小,袖口罗纹、衣摆罗纹的位置也会因参数的修改而有所不同。除以上用户参数外,还需输入曲线约束模型中x1、y1、x2、y2、x3、y3、θ1、δ1、φ1的数据。这些数据决定成品曲线部位的围度和长度尺寸,其中长度数据与角度数据相关联,角度趋于直角,成品的袖窿曲线弧度越平缓,袖窿处可容纳空间越大。

4 实例验证

为验证参数化设计的合理性,利用AutoCAD软件制作合体毛衫版片,在Stoll M1plus花型设计系统中输入尺寸数据生成工艺文件,采用德国Stoll CMS530 7.2 G电脑横机上机编织,经人工缝合、水洗、整烫等操作后,评价毛衫合体性。

4.1 样板生成

选取实验室女性假人模特作为被试者,依据标准中规定的测量方法,对假人模特进行测量标记,获取净体尺寸为:胸围82 cm,腰围65 cm,肩宽32 cm,背长38 cm,颈中围31 cm,臂长60 cm。

图11示出合体毛衫的款式图,根据款式图特征,设计合体毛衫各部位的成品规格。

图11 合体毛衫款式Fig. 11 Fitting sweater style

4.2 工艺设计

该实例目的在于验证样板的合体性,对所用纱线及组织花型无过多限制要求,原料选择80 tex奶白色蚕丝绒和80 tex深棕色蚕丝绒;组织工艺选择:袖片和衣片起底为2×2罗纹组织,袖身和衣身为挑孔组织。在Stoll M1plus设计软件中输入各部位尺寸数据,在电脑横机上编织与毛衫各部位组织结构、纱环长相同的织片,得到各部位组织的密度,起底与主体部位的横密和纵密均分别为6纵行/cm、10横列/cm。

将合体毛衫版片转化为对应的编织工艺,对细节处进行微调后上机操作,成形工艺转换方法为

X=lPm,Y=hPn

式中:X为工艺针数;Y为工艺行数;l为纸样宽度;h为纸样高度;Pm为成品横密,纵行/cm;Pn为成品纵密,横列/cm。

4.3 实物展示

毛衫衣片编织完成下机后,拆除起底及封口的废纱,将获得的衣片进行手工缝制,经检验、水洗、整烫后穿套在假人模特上,其效果如图13所示。

图13 合体毛衫成品Fig. 13 Finished fitting sweater

由图13可见,针织毛衫与模特合体度高,线圈不存在过度拉伸,穿着过程中无不良尺寸现象。对成品尺寸进行测量并计算误差率,结果如表3所示。

表3 合体毛衫成品尺寸规格Tab. 3 Size specifications of finished fitting sweater

由表3可知,样板规格尺寸与成品规格尺寸略有误差,但误差较小,误差率控制在±3%以内。由于在编织及后整理过程中存在一定的机器和人工误差,设计规格与成品规格之间必然会出现尺寸不一致的现象,穿着过程中线圈拉伸变形可消除误差。

5 结 论

本文在传统服装纸样设计原理和方法的基础上,结合成形工艺进行针织毛衫基础版片的设计,针对针织毛衫领口曲线、袖窿曲线、袖山曲线等无法直接进行参数化约束的曲线部位,利用圆弧拟合的设计方法,通过对曲线相关数据的约束来间接实现针织毛衫曲线部位的参数化设计。根据各版片关键点间的位置、几何及数学关系进行毛衫整体约束,当改变其中一个或几个参数时,各部位的约束条件生效,可自动生成所需针织毛衫版片。通过上机编织和假人模特试穿,验证了针织毛衫版片参数化设计的合理性。

在针织毛衫版片设计的过程中,整个设计流程能够利用软件快速及时地调整样板,实现服装设计与样板生成的一体化,解决了针织毛衫样板存在的合体性差、设计制版周期长等问题。