基于三维人体测量的服装工业技术数字化研究

　　从技术层面上，总结了目前基于非接触式三维人体测量技术的服装工业技术数字化研究的方法和成果，以期为服装产业结构升级提供参考和技术支持。

 

　　三维人体自动测量为现代图像测量技术的一个分支， 是以现代光学为基础，融光电子学、计算机图像学、信息处理和计算机视觉等科学技术为一体的测量技术，具有扫描迅速、非接触、重现尺寸准确等优点。

 

　　1基于三维人体测量技术的服装工业技术数字化研究

 

　　目前，服装行业基于三维人体测量技术的研究方向主要有以下几个方面。

 

　　1.1服装号型的修订和完善

 

　　当前批量生产的服装的适体性及合体性差的重要原因，就是所使用的号型标准不能精确反映目标客户人群的体型特征，这主要是由测量方法和目标人群的体型特征发展变化等原因造成的。现有的号型标准已无法更好地满足服装制造业的需要，亟需修订和完善。

 

　　非接触式三维人体扫描技术应用于服装人体测量领域，有其显著的优势：可在数秒内产生人体的几十个线性和非线性测量数据;比传统的身体测量更精确;能产生数字化的结果，易于集成到服装CAD系统中;可建立人体数据库，追踪研究客体群组的整体变化情况，为服装号型的更新、修订及人体体型细分提供理论依据。

 

目前我国已认识到修改和完善服装号型标准的重要性，并开展了相关研究。广州大学纺织服装学院的赛博服装科研中心开展的“中国三维人体数据库”项目，成为国内规模较大、设备先进、专业技术水平较高的服装研究实体。

 

东华大学、西安工程大学等相继建立起人体数据库的研究，开展了服装人体测量和号型标准修订的相关工作。苏州大学纺织与服装工程学院已连续多年进行了“基于人体体表角度的人体体型分类研究”工作。北京服装学院爱慕人体工学研究所自2003年开始，进行了人体数据库建立及相关项目的持续研究。这些研究工作正在和必将为我国服装号型的修订和完善工作做出巨大的贡献。

 

　　1.2虚拟三维人台

 

　　为满足消费者的个性化需求和定制服装的发展，虚拟三维人台成为热点研究方向。其中，人体体型分类是基础问题。目前，研究思路主要有以下几方面。

 

　　1.2.1将人体按照体型特征分类

 

　　目前国内外体型分类指标大体上可分以下 5 类。

 

　　(1)围度差。人体围度的差值，可用作划分体型的依据。例如国标以胸腰差为划分依据，ISO标准以臀胸差为标准，日本和德国先定出标准臀围，与之相差一定数值的为其他体型。

 

　　(2)人体尺寸的比指数。例如体重与身高的比、某种围度与身高的比、不同围度的比等。

 

　　(3)前、后腰节差。前、后腰节差最能表示出正常人与挺胸或驼背等体型的差别。

 

　　(4)关键值。直接以身高、体重、胸围、年龄等条件来划分，如美国女子体型分类标准。

 

　　(5)聚类分析。挑选出相应指标进行配组分析。

 

　　1.2.2将人体划分为不同截面，通过截面上各点坐标变化来描述人体特征

 

　　根据人体对服装外观质量影响的主要因素，提取主要特征截面和特征点进行分析成为目前服装人体研究的主流。国内外代表性的研究如下。

 

　　(1)瑞士日内瓦大学MIRA实验室的Seo等采用三维扫描获取人体三维数据，并建立人体骨骼、皮肤可调模型。他选择了颈围、胸围、下胸围、腰围、臀围、身高、会阴到脚踝高、臂长等 8 个测量值作为特征量进行主成分析，给出各个特征量权系数，通过调节三维扫描数据调节人体骨骼，然后细化为人台模型。

 

　　(2)香港中文大学Charlie C.L. Wang可调模型的思路是利用多个模型加权获得新模型。Wang采用主成分分析方法给出 n 个模型权系数，对这 n 个模型进行加权得到目标模型。

 

　　(3)韩国汉城国立大学TAE J Kang与Sung Min Kim认为在某一截面，前、后、横向分别有一定的增长比例，其他方向的增长比例将是这些方向的矢量叠加，可以通过插值求得。他们利用滑动量规测得一系列的人体横截面图像，根据截面尺寸重建可视人体模型。

 

　　(4)天津工业大学和西安工程大学在三维截面参数拟合方面都做了相当多的工作。其中天津工业大学采用滑动量规测量截面高度及绘制截面形状，根据截面上各点坐标拟合三维曲线;西安工程大学采用三维扫描数据，并根据各截面特性对各截面取一定数量特征点，通过这些点参数拟合截面曲线。

 

　　1.3虚拟三维服装设计与服装样板自动生成

 

　　虚拟服装三维设计是采用三维人体扫描仪所得到的人体数据，先生成经过优化的人体模型，再利用相应的设计软件，在人模上勾勒出服装外形(即结构线)来完成服装的三维设计。

 

　　与三维服装设计紧密相连的是服装样板的自动生成，即三维服装到二维衣片的自动转化。该领域是一个研究的热点, 现有方法主要包括几何展开法、网格平面法和物理模型法等。

 

　　1.3.1几何展开法

 

　　该方法将人体特定的区域抽象成基本几何模型，然后利用几何造型原理，将其分步骤、近似地展开成平面。大连轻工业学院的杨继新等、浙江理工大学的李旭等采用该类方法进行了研究。

 

　　1.3.2网格平面法

 

　　该方法将服装曲面划成四边形网格面，将每一个单元用相应的四边形来代替，并考虑面料的弹性和压缩性能等，由省道线开始逐一向外扩展，直至形成衣片平面网格映射图，再用样条函数方法拟合出衣片边界。这类方法的优点是简洁、直观，缺点是定义切割线缺少依据，具有一定的随意性，随着曲面形状复杂性的增加，形状变形加剧将使展开结果变得不合理。

 

　　1.3.3物理模型法

 

　　主要是能量模型。樊劲提出的基于弹簧质点变形模型，能较好地解决计算机辅助服装设计中二维三维映射问题。香港中文大学Wang等采用三角片模型来表达一个曲面，然后建立一个基于能量的模型将三维曲面展开为二维衣片。东华大学陆永良等利用基于能量模型的曲面展开算法，研究了服装曲面上省道的添加方法，解决曲面的展开问题。

 

　　1.4虚拟服装展示

 

　　虚拟服装展示分为静态模拟与动态模拟两种，前者将设计好的二维衣片，在三维人台上进行自动缝合、面料填充并展示三维成衣穿着效果。后者在前者的基础上，进行虚拟的、动态的时装表演。

 

　　在虚拟服装展示过程中衣片的物理模型建立、二维衣片的缝合以及碰撞检测技术是虚拟服装展示的关键点。目前，服装模拟研究中的建模方法主要有几何建模、物理建模和混合建模 3 个大类。

 

　　1.4.1几何建模

 

　　几何建模就是在己建立的人体模型上，按一定的规律在人体表面上进行经纬线划分，在某一纬度上截取平面，得到该截面各造型点的三维数据。根据其服装与人体间的空隙度的大小，由几何方法求得服装表面各造型点的数据，再利用曲面造型方法即可得到服装模型，达到几何建模的目的。

 

　　1.4.2物理建模

 

　　物理建模对服装进行三角、网格或粒子划分，进行能量、受力分析，能较真实地模拟柔性物体的特性，不足之处是运算速度较慢。 但是随着计算机硬件的发展和织物模型中算法的改进，物理建模前景广阔。

 

　　1.4.3混合建模法

 

　　混合建模法吸取了上述几何法和物理法的优点，通常先用几何方法获得大致的轮廓，再用物理约束对局部结构进行细化，从而获得逼真、快速的模拟结果。在实际应用中，这种建模是目前较好的选择。

 

　　2结语

 

　　综上所述，基于非接触式三维人体扫描技术的服装工业技术数字化研究可以为服装行业的产业结构升级提供技术支持，对广大服装企业产生有益的帮助。

 

　　作者：苏军强　刘国联　袁卫娟 来源：纺织导报 2009年6期

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