服裝數(shù)字技術(shù)的發(fā)展與現(xiàn)狀

李曉喆 程哲

摘 要：服裝業(yè)作為全球重要支柱產(chǎn)業(yè)之一，引入新科學(xué)技術(shù)已成為必然趨勢(shì)。早期的二維服裝設(shè)計(jì)技術(shù)促進(jìn)了服裝產(chǎn)業(yè)的高效發(fā)展，同時(shí)也將計(jì)算機(jī)應(yīng)用帶入了新的領(lǐng)域。如今三維服裝設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展，逐漸提高了服裝業(yè)的科技水平與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)能力，且發(fā)揮了顯著的作用。

關(guān)鍵詞：服裝數(shù)字化；CAD；虛擬服裝設(shè)計(jì)；三維人體掃描；3D打印

中圖分類號(hào)： TS941.26 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-2346（2016）04-0030-04

傳統(tǒng)的二維服裝CAD已相當(dāng)成熟，早已在企業(yè)生產(chǎn)、高校教學(xué)中廣泛使用。而三維服裝技術(shù)大部分功能目前仍沒(méi)有較好的實(shí)現(xiàn)商業(yè)化，部分軟件系統(tǒng)還處于開(kāi)發(fā)試驗(yàn)階段，其關(guān)鍵問(wèn)題就在于三維人體模型構(gòu)造及仿真技術(shù)問(wèn)題。[1]

1 二維服裝設(shè)計(jì)系統(tǒng)

服裝CAD（Computer Aided Design）最早出現(xiàn)于上世紀(jì)60年代。早在1963年Ivan Sutherland發(fā)表了名為《畫板》的博士論文，這是有史以來(lái)第一個(gè)交互式繪圖系統(tǒng)，它標(biāo)志著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)的正式誕生。[2]此后隨著計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、計(jì)算機(jī)圖像學(xué)的應(yīng)用，人們后來(lái)在此基礎(chǔ)上相繼開(kāi)發(fā)了CAD和CAM；在1972年，美國(guó)研制出了MARCON系統(tǒng)；隨后，美國(guó)格柏公司研制出一系列服裝CAD產(chǎn)品，并推向國(guó)際市場(chǎng)，使服裝CAD技術(shù)得以迅速推廣。在此影響下，一些發(fā)達(dá)國(guó)家相繼推出了自己的服裝CAD系統(tǒng)，如：美國(guó)格柏（Gerber）、法國(guó)力克（Lectra）、西班因維斯特（Investronic）、德國(guó)艾斯特（Assyst）、瑞士Alexjs、日本東麗（TORAY）、加拿大派特（Pad）、日本YUKA、以色列Optitex。到了80年代，我國(guó)的服裝業(yè)才開(kāi)始試著引進(jìn)使用國(guó)外先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備，但大部分企業(yè)至今仍然以手工平面設(shè)計(jì)為主。目前較為成熟的國(guó)產(chǎn)服裝二維設(shè)計(jì)系統(tǒng)有深圳ET、北京日升天辰、深圳富怡、上海德卡、浙江愛(ài)科、上海PGM、臺(tái)灣度卡軟件、北京智尊寶紡、北京航天等。當(dāng)今，服裝CAD系統(tǒng)都已經(jīng)日漸成熟，大部分軟件都可實(shí)現(xiàn)紙樣設(shè)計(jì)、款式設(shè)計(jì)、放碼、排料等基本的功能。

1.2 服裝CAD的技術(shù)展望

隨著互聯(lián)網(wǎng)科技的發(fā)展，服裝設(shè)計(jì)電子商務(wù)領(lǐng)域的普及，消費(fèi)者購(gòu)買產(chǎn)品手段多元化以及需求品質(zhì)的提升，使得服裝二維系統(tǒng)不能滿足現(xiàn)狀，隨之而生的三維服裝系統(tǒng)則能提供許多技術(shù)支持。[3]例如，美國(guó)CDI公司的時(shí)裝設(shè)計(jì)功能，加拿大PAD的樣板設(shè)計(jì)與管理功能，以色列Browzwear公司的Lotta 3D設(shè)計(jì)軟件，德國(guó)的Vidya等。目前，國(guó)內(nèi)外三維服裝CAD系統(tǒng)的研究開(kāi)發(fā)尚處于探索實(shí)驗(yàn)階段，[5]在實(shí)際應(yīng)用中還存在多種問(wèn)題，需要時(shí)間來(lái)驗(yàn)證與解決。對(duì)于現(xiàn)有三維服裝CAD技術(shù)的發(fā)展，大致可以有以下幾個(gè)方向：1）立體化：迄今為止，高校及企業(yè)所采用的服裝CAD都是以二維平面設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的軟件，只能適用于對(duì)于服裝的平面圖形設(shè)計(jì)。但隨著科技、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，人們開(kāi)始對(duì)服裝的舒適性、功能性有著不斷的提升，實(shí)體試衣評(píng)價(jià)模式會(huì)加大企業(yè)研發(fā)生產(chǎn)成本，而且效率較低，這樣就促使了三維技術(shù)的發(fā)展應(yīng)用需求。2）智能化：目前服裝CAD系統(tǒng)還只被稱作輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，是由于其設(shè)計(jì)方式仍由設(shè)計(jì)師思想為主導(dǎo)，借助CAD系統(tǒng)進(jìn)行單一的制圖。所以，加大服裝智能化的發(fā)展，就是使服裝CAD系統(tǒng)能夠更主動(dòng)更智能地自動(dòng)生成紙樣、自動(dòng)排料，且具有學(xué)習(xí)、應(yīng)用專家的經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)的能力。[4]3）多元化：隨著計(jì)算機(jī)集成制造ClMS（Computer Integrated Manufacturing System）概念的提出，服裝CAD技術(shù)將使設(shè)計(jì)、生產(chǎn)走向全面自動(dòng)化和現(xiàn)代化的方向。[5]例如計(jì)算機(jī)輔助制造（CAM）、計(jì)算機(jī)輔助工藝規(guī)程設(shè)計(jì)（CAPP）、綜合管理系統(tǒng)（MIS）等都將得到迅速的發(fā)展。

2 三維人體測(cè)量與模擬技術(shù)

服裝設(shè)計(jì)是以人為本的三維設(shè)計(jì)過(guò)程，平面的服裝設(shè)計(jì)無(wú)法表達(dá)服裝的三維形態(tài)，無(wú)法滿足服裝設(shè)計(jì)本質(zhì)的需要。在服裝設(shè)計(jì)的開(kāi)始與結(jié)束，都離不開(kāi)人體的數(shù)據(jù)，人體測(cè)量是服裝設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中重要的基礎(chǔ)性工作。[6]利用不同技術(shù)手段的三維人體測(cè)量設(shè)備，首先可以提高測(cè)量的精度，其次能獲取龐大的尺寸數(shù)據(jù)，而且能隨時(shí)取出人體表面每個(gè)部位的數(shù)據(jù)。因此，結(jié)合三維人體測(cè)量技術(shù)，將數(shù)據(jù)應(yīng)用于設(shè)計(jì)之前，以準(zhǔn)確的表達(dá)各個(gè)部位的變量，使得服裝更符合于人體，以及在設(shè)計(jì)結(jié)束后對(duì)于服裝舒適性的檢驗(yàn)——虛擬試衣，都是目前的三維服裝技術(shù)發(fā)展的目的。[7]當(dāng)今三維服裝系統(tǒng)的研制在三維人體的測(cè)量和繪制技術(shù)、二維圖形轉(zhuǎn)三維之間的技術(shù)、三維虛擬仿真技術(shù)等方面還存在著一些問(wèn)題。

2.1 三維人體測(cè)量

早期的手工人體測(cè)量方法，是利用測(cè)量工具與人體直接接觸測(cè)量。但是這種傳統(tǒng)的測(cè)量方法效率低下，測(cè)量精度低，測(cè)量數(shù)據(jù)不豐富，不能隨時(shí)調(diào)取所需要部位的數(shù)據(jù)。因此三維人體掃描測(cè)量技術(shù)能填補(bǔ)這一不足，目前的三維測(cè)量手段有：1）立體攝影法：運(yùn)用一組攝影機(jī)，在不同角度同時(shí)對(duì)人體攝影，人體依據(jù)背景參考物（比例尺）定點(diǎn)站立，通過(guò)攝影后的照片來(lái)計(jì)算人體各部位尺寸，這種方法符合人的視覺(jué)特點(diǎn)，但對(duì)于視覺(jué)上被遮擋的部位測(cè)量較難，精度也不高。2）激光測(cè)量法：用單個(gè)或多個(gè)紅外激光儀對(duì)站立在測(cè)量暗室內(nèi)的被測(cè)者進(jìn)行由上至下的水平掃描，從而測(cè)得人體表面的全部數(shù)據(jù)，如德國(guó)VitusSmart XXL。3）莫爾條紋測(cè)量法：利用平行光照射光柵，將光柵成像在被測(cè)物體上形成變形光柵，變形光柵便攜帶了物體的形貌信息，再用透鏡對(duì)變形光柵成像，在變形光柵像的位置放置參考光柵，在參考光柵表面可以看到莫爾條紋。[8]4）白光分層輪廓測(cè)量法[9]：利用單個(gè)或多個(gè)白色光源由上至下向人體表面投射，當(dāng)遇到人體表面后令投射的光柵變形，產(chǎn)生的圖像將可以表示物體表面的輪廓，[10]其缺點(diǎn)是對(duì)于反射效果較差的表面測(cè)量不準(zhǔn)。如美國(guó)[TC2]，法國(guó)Telmat。

2.2 三維人體建模

三維人體及服裝建模始終是計(jì)算機(jī)圖形學(xué)和服裝CAD領(lǐng)域的熱點(diǎn)和難點(diǎn)。[11]長(zhǎng)期以來(lái)，針對(duì)該領(lǐng)域的研究主要形成了以下幾種建模方法：采用點(diǎn)構(gòu)造三維模型；采用網(wǎng)格小平面法構(gòu)造三維模型，基于物理方式進(jìn)行三維建模。由于服裝是一種柔性體，其形態(tài)既受款式造型的影響，又受到面料性態(tài)的影響，[12]這些方法在運(yùn)算速度、模型可控性和模型光滑性等方面各有所長(zhǎng)，但也各有局限性。[13]例如，一套三維人體測(cè)量、二維設(shè)計(jì)、三維試衣系統(tǒng)：利用三維人體掃描儀Vitus Smart XXL掃描，隨后通過(guò)模型數(shù)據(jù)分析軟件AnthroScan導(dǎo)出人體數(shù)據(jù)與模型，結(jié)合Assyst制圖系統(tǒng)（圖1a），設(shè)計(jì)服裝二維平面圖，隨后導(dǎo)入Vidya三維試衣軟件（圖1b），進(jìn)行虛擬試衣，可以通過(guò)模型試穿直觀的發(fā)現(xiàn)結(jié)構(gòu)樣板問(wèn)題所在，以及調(diào)整服裝設(shè)計(jì)外觀（面料種類、色彩等）。同樣，也可以用數(shù)學(xué)軟件Matlab編程得到服裝二維平面圖的自動(dòng)生成系統(tǒng)。

3 3D打印服裝設(shè)計(jì)

3D打印技術(shù)是由麻省理工學(xué)院Sachs等人首先提出的，是一種將構(gòu)建材質(zhì)分解后，由微噴射噴嘴噴出，按設(shè)定的路徑逐層堆成形的技術(shù)。[14]從2010年荷蘭伊里斯·凡·赫本Iris Van Herpen首度發(fā)表3D打印服裝之后，目前在服飾的設(shè)計(jì)中的是一種發(fā)展潮流，經(jīng)過(guò)幾年的飛速發(fā)展，3D打印技術(shù)在服飾設(shè)計(jì)中的應(yīng)用日漸成熟。2014年，美國(guó)Nervous System工作室設(shè)計(jì)的“柔性”連衣裙，將3D打印技術(shù)與折紙工藝結(jié)合起來(lái)，將大小各異的塊狀化的打印碎片，通過(guò)鉸鏈設(shè)計(jì)連結(jié)起來(lái)，使得由硬塑料材質(zhì)打印的連衣裙能在穿著后像軟織物懸垂、晃動(dòng)（圖2a）；2017春夏紐約時(shí)裝周中，美國(guó)的Three As Four團(tuán)隊(duì)展示了他們?cè)O(shè)計(jì)作品——“Oscillation”（圖2b），它由早期的硬性材質(zhì)改變?yōu)槿嵝?，并且改進(jìn)了單一的材質(zhì)顏色為漸變色。3D打印技術(shù)相比于傳統(tǒng)的服裝設(shè)計(jì)有著一定的優(yōu)勢(shì)：設(shè)計(jì)方面?zhèn)€性化、沒(méi)有局限；工藝上一次成型；制作上采用增法原則、沒(méi)有廢料產(chǎn)生。不足在于設(shè)備普及型與原材料的問(wèn)題。

4 總結(jié)

服裝設(shè)計(jì)的數(shù)字化能降低企業(yè)的設(shè)計(jì)成本，提高開(kāi)發(fā)效率，并且能夠精確的解決服裝的合體性、舒適性等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)虛擬試衣、量身定制效果。至今服裝數(shù)字化設(shè)計(jì)系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)還沒(méi)有完全成熟，大部分功能沒(méi)有實(shí)現(xiàn)較好的智能化，以至于不能完全實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。如軟件系統(tǒng)中的各個(gè)步驟間自動(dòng)性、連貫性不強(qiáng)，操作復(fù)雜；二維與三維技術(shù)系統(tǒng)之間的結(jié)合與相互轉(zhuǎn)化使用中，也存在著根本問(wèn)題；各個(gè)生產(chǎn)商使用的不同開(kāi)發(fā)系統(tǒng)的不兼容性、知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)等問(wèn)題，在目前也較難解決。因此，首先要解決軟件開(kāi)發(fā)階段的種種問(wèn)題，降低使用難度，提高智能型、兼容性，從而才能更好的將服裝數(shù)字技術(shù)普及，從而提高設(shè)計(jì)生產(chǎn)效率，降低創(chuàng)建與產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程的成本，這也是服裝數(shù)字化技術(shù)發(fā)展的主要目標(biāo)。

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