简析三维服装参数化造型技术

2023-12-14农旭安尤文胜

西部皮革 2023年21期

农旭安，尤文胜

（广东理工学院，广东肇庆 526100）

0 引言

目前，参数化设计在建筑、珠宝、服装设计等领域有广泛的应用，在服装设计中参数化人体模型是研究的重点和难点，本文对三维服装参数化造型技术进行分析，提出了用人体剖面和人体轮廓线来生成人体模型的新型的参数化造型模式设计。该方法在服装造型设计的便利性和经济性方面具有重要实践意义。

1 参数化人体模型简介

尺寸驱动几何变形是参数化人体建模的重要前提，利用辅助变量对其予以调整和优化，从而实现理想的变形效果。参数化造型以传统几何造型方法为基础，在发展中形成了一种更为抽象化的方法。其在表达人体模型形状特征的过程中合理地应用几何约束，以十分抽象的特征参数表达人体的外部几何特征。

空间几何变形是造型技术中的关键。按照相对科学的人体特征参数来变形和调整。以标准化的变形方式来确定满足规范要求的人体模型。参数化通常指的是模型构建中的关键尺寸、派生尺寸以及自由尺寸，主导因素应满足的条件就是设计中的关键尺寸，关键尺寸所派生出来的限定条件即为派生尺寸，可变化且无约束性的尺寸即为自由尺寸，生活中比较常见的腰围、胸围和臀围就是关键尺寸，由此所产生的派生围线即为派生尺寸。为了满足客户的基本要求，三维服装CAD 当中应建立多种形式和多种规格的人体模型，合理利用特征参数即可获得系统所需的参数化人体模型[1]。

2 参数化人体模型实现分析

2.1 参数化设计在服装领域的应用现状

现阶段，参数化设计在建筑领域得以广泛应用，同时，在珠宝首饰、鞋品、服装设计中也发挥了十分重要的作用。3D 打印技术从青涩逐渐走向成熟，参数化风格在产品设计中具有较大的发展空间。在国内的发展中，参数化设计必须要有专业3D 软件的支持，其在服装设计中也是重点和难点内容。目前研究人员提出了一种跨界学术的理念，学术交流合作也更加频繁。

参数化设计在服装领域的应用以参数化的人体为基础，通过尺度驱动、交互驱动和人体驱动等方式，建立基于参数化的服装造型模型。在此基础上，构建了3D 成衣与2D 成衣的可逆映射关系，实现了3D 模型与2D 纸样的互换。在诸多世界闻名的服装设计中，设计人员合理利用了3D 打印技术完成了服装的设计和制作，在模型制作中科学地应用了参数化的设计方式，以六边形为基础，采取多种方式最大程度展现设计理念，提取单元元素六边形，六边形呈连续排列，然后可采用参数化设计对其加以控制和调整，营造出不同的服装设计效果。这在充分展现参数化设计优势的同时，也极大地丰富了服装造型和服装结构设计的手段。

在很多西方国家，三维参数化设计在服装设计领域得到了更为广泛的应用，发展水平更高，相较于我国技术也更加成熟。知名建筑设计师在LACE 首饰设计中合理地应用建筑美学，在作品中基本的框架均由几何线条构成，以此为基础融入参数化特征的基本规律及趋势，将二者有机结合后，能够设计出更加时尚和个性化的作品[2]。作品利用参数化建模的方式加强了细节的设计，其结构较为复杂，但是细节细腻，给人以深刻的视觉印象。

2.2 服装参数化设计的技术框架

服装参数化设计对象主要由服装模型元素以及服装模型构成，参数化中应分别完成元素参数化表达、模型参数化构建以及模型参数化的编辑环节，在服装设计中，其充分体现了柔性特征，设计中涉及的元素较多，同时模型可采用多种表达方式，其优越性较为明显[3]。此外其具有较强的层次性，不确定性和多维度性。服装模型设计中应采取分层构建与编辑的方式，一方面充分展现模型构建的方式和流程，另一方面也更好地实现了参数化设计，有效控制了模型的耦合度，保证了模型设计的整体效果。

服装参数化设计的技术框架由特征点、特征线、特征面三部分组成，它们都可以构成服饰的基本建模，其中采用特征点与特征线相结合的方法来构造服饰基本建模，对于与服饰的关系不大的情形，采用特征线与特征点相结合的方式来构造，对于服饰基本建模与人体相关的情形，然后使用特征曲面进行构造。通过人体模型中大量特征点的位移，得到服装模型中的特征点，然后对特征点进行相互约束。最后，通过表面分割得到服装表面模型。在此基础上建立了以特征点为依据的服饰基本造型，提出了一种基于三维立体建模技术的服装造型设计方法。在服饰的各要素中加入一些限制条件，就构成了服饰的参数化曲线网络，这就是服饰的特征框，利用轮廓线建立了服饰基本造型，并对服饰进行造型。将人体表面视为一种无缝的衣服表面，对该表面经过均匀偏移、水平凸化、纵向悬挂等处理后，即可形成衣服表面，该方法是在衣服基本造型的基础上建立的。由此可见，基于人体模型的服装参数化设计框架更能够体现参数化造型设计的特点。

2.3 腰部

（1）变形原理

腰部区域一般在下胸线和上臀线间，在构建参数化人体模型的过程中，需要水平切割多层腰部轮廓，并将相邻的腰部轮廓连接成一个整体，形成腰部的参数化模型。且腰围线会驱动其他腰围线变形，从而完成腰部的变形过程[4]。观察腰部的变化可以发现，腰线变化最大，从腰部前到侧面，变化趋于平缓，从腰部侧到后面会进一步缩小。前面、侧面和后面的变量决定了腰围线的变化，确定以上变量后中间点可通过对应位置插值得到。

（2）腰围线变形流程

如图一所示，a 图表示腰部围线位于下胸围和上臀围之间。b 图中，A、C 分别是前后剖面与腰部围线的前后交点，B 点是左右剖面与围线的交点，O 点是前后剖面与左右剖面的交点。

图1 腰围线变形流程

图中OA、OB、OC 的变化量主要表示腰部围线前面、侧面及后面的变化量。参数化人体模型发生变化时，应在人体数据库中与目标人体特征相近的人体模型，其差异通常较小。OC 基本无变化，在服装当中，从大众到特体，AB 长度在腰围长度中的比重不断提高，BC 长度在整个腰围长度中所占的比重逐渐减少，前侧OA 的变化对AB 的变化量有着决定性作用，而侧面OB 的变化则对BC 的变化具有决定性作用。OA 与OB 的比值等于模板人体腰围线长度与目标腰围线长度的比值。将数值带入到计算模板当中即可得出前面、侧面和后面的变量[5]。

得到OA、OB 变化量的数值后，腰围线CB 间的变化量与位置可与O 的角度插值求出，BA 中间点的变化量及位置也可通过其与O 角度插值得出，从而得到全新的腰围线。

（3）腰部其他围线的变形

腰部其他围线B 点位置的参数变量不随高度变化而改变。根据围线与特征围线（腰围线）的位置关系，得到围线前面变量（OA）与侧面变量（OB）的值，其算法如下：腰部的其他围线B 点上的未知参数变量不会随着高度的变化而变化，按照腰围线与特征围线的位置关系可获取OA 与OB 的数值，其算法为：

计算后所得的腰围线前、侧、后面变量值，其中间点应充分按照与中心点所形成的角度来明确具体的方位，此时便完成变形。胸点位置与臀围的臀凸点位置变化机理基本相同。

2.4 胸部

（1）胸部变形原理

胸部区域主要在上胸围线与下胸围线间，在构建参数化人体模型的过程中，在区域内水平切割多层胸部轮廓，并将相邻的胸部轮廓连接起来，生成参数化的胸部模型。胸围参数数据对胸围线的变形具有较大的影响，这对其他胸围线实现也有着十分重要的作用，可以完成胸部变形。观察胸部变化后发现前面变化最为明显，从此处到侧面变化量逐渐减少，胸围线侧面到后面的变化量也在逐渐减少。前面、胸点、侧面及后面的变化量决定了胸围线的变化，确定上述变化量后，其中间点可由对应位置的差值获得，其也反映了胸部水平维度的主要变化特征[6]。胸部其他围线的变化可借助其他围线的四点变化获得。

（2）胸部算法

图2b 图显示了a 当中的剖切胸围线点集，ABDE 均为围线点集，FBDG 为围线凸包，O1 为前后剖面与左右剖面与围线高度的交点。DO2 与DG 垂直，O2 处于左右剖面上，EA 为前后剖面在围线高度上的交点，G、F 为前后剖面与围线凸包的前后交点，H则为左右剖面与围线的交点。

图2 胸部算法

O1A 基本无变化。假设O1E、O1H、O2D 的变量比值为0.5D12∶D02∶D12（D0 和D1 分别为模板胸围长度及目标胸围长度），用迭代的方式计算出变量值。在求出O1F、O1H、O2D 的变量值后，胸围线AB 中间点变化和位置可与O1 的角度插值计算得出。D、E 中间的点沿着O2D 的方向变化值可借助O1E 和O2D的变化插值得出。

2.5 臀部

（1）臀部变形原理

臀部主要处于上臀围线与下臀围线之间，在构建参数化人体模型的过程中，将该区域的上部水平切割成多个层次的臀部轮廓，并将相邻的臀部轮廓重新组合连接，形成臀部的参数化模型。臀部的参数影响着臀部围线的变形，臀部围线的变形也可引发其他臀部围线的变形，从而完成臀部变形[7]。

仔细观察臀部的变化不难发现，臀部围线变化中后臀凸点变化最为明显，前面、侧面、臀凸点和后面对臀围线的变化起到了决定性的作用，其中间点可借助对应未知的插值来确定，这也成了臀部水平围度变化的基本特点[8-9]。

（2）臀部算法，b 中的EBCD 点为臀部围线的凸包，ABCD 为臀部围线，O1 是左右剖面与前后剖面的焦点，而O2 是过B 点的垂线与左右剖面的交点，O2B 与O1A 平行，E 为前后剖面与凸包点的后交点，若O11A、O2B、O2C 和O1D 的变化量比值为0.5D12∶D12∶D02∶0.5D12则可以迭代法得到臀围线变化量值，明确O1A 和O2B 的变化量后，应确保AB 中间的点可沿z 轴移动，以z 值变化明确中间点的变化程度和变化趋势，此时，ABCD组成全新的臀围线。