個體化女褲襠彎線的松量分布計算

章玉銘， 徐步高,2

(1. 浙江大唐紡織科技開發(fā)有限公司，浙江 諸暨 312000；2. 西安工程大學(xué) 紡織科學(xué)與工程學(xué)院,陜西 西安 710048)

服裝合體性是影響消費者對服裝質(zhì)量信任度和滿意度的重要因素。據(jù)調(diào)查顯示，50%的女性和62%的男性不能買到非常合體的服裝[1-3]。尤其是褲子，由于其襠部的不規(guī)則性，大多數(shù)人在運動過程中都會有不舒適的感覺[4-5]。為了制成能滿足不同人體體型的合體性褲裝，需要研究人體襠彎線和服裝襠彎線之間的關(guān)系[6]。

根據(jù)ISO/TR 7250-2標準[7]，人體襠線是從腰部的前中心點向下穿過襠點(兩腿之間軀干的中心點)，到達人體腰部的后中心點。利用手動測量法測量人體襠部區(qū)域的尺寸是非常困難的，因為兩腿之間的襠點是很難確定的。而且，人體襠線的形狀會受其他部位(如腰線、突出的腹部和臀部曲線、襠點等)的影響，這大大增加了樣板檔線設(shè)計過程中結(jié)構(gòu)參數(shù)設(shè)計的難度。

Henson S K提出了一種確定男褲襠線的最佳擬合形狀的方法，并制作了一種工具可以識別男體襠點并再現(xiàn)襠線形狀[4]。Mckinney E C利用三個不同的變量(腰部、腰部至襠部的高度、襠長和大腿根部的松量；省量和側(cè)縫撇量；人體襠線與樣板襠彎線的對應(yīng))，分析了人體尺寸、女體下半身體型和女褲樣板結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系。但是，這些研究沒有發(fā)現(xiàn)人體襠線與樣板襠彎線之間的明確關(guān)系[5]。其他的研究表明，襠部的距離松量是確保褲子合體度的決定性因素[8-11]。

隨著三維人體掃描技術(shù)的出現(xiàn)[12-14]，人體襠線可利用三維人體點云數(shù)據(jù)進行擬合，這種方法可用來研究襠彎線的松量分布形態(tài)，以改善褲裝的合體性。目前通過三維人體掃描儀來分析人體與服裝之間的距離松量分布情況的方法主要有兩種：法向距離松量和縱向距離松量。其中法向距離松量是以垂直于人體和服裝曲線的法線為基礎(chǔ)來測量人體與服裝之間距離松量的。Xu J H等基于標準人臺和不同放松量服裝的三維掃描數(shù)據(jù)，使用最小二乘法和立方多項式函數(shù)來模擬人體不同位置橫截面的曲線形狀[15]。而縱向距離松量是指人體與服裝表面的垂直距離松量。Su J Q等基于三維掃描數(shù)據(jù)研究了褲裝四個關(guān)鍵部位(腹部、臀部、大腿和膝蓋)橫截面的距離松量分布和應(yīng)用[16]。目前為止，大部分研究只集中對幾個常見位置的松量分布情況進行研究，而關(guān)于襠部曲線的距離松量的研究比較缺乏。

本文的研究目的是確定給定松量下襠線距離松量的分布情況，并基于襠部松量分布提出了褲裝樣板襠彎線的修正方法，從而實現(xiàn)基于人體三維掃描數(shù)據(jù)的女褲襠彎線的自動修正。

1 實 驗

1.1 人體三維掃描系統(tǒng)

本文選擇8號人體模型(Wolf Form CO，Englewood，NJ, USA)作為設(shè)計定制褲子的模型[17-18]。整個人臺的點云數(shù)據(jù)由基于Microsoft Kinect的人體成像系統(tǒng)(KBI)捕獲，該系統(tǒng)是由德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的人類尺寸研究實驗室開發(fā)。KBI系統(tǒng)中的4個Kinect傳感器通過在指定矩形區(qū)域內(nèi)對目標的校準，用不到0.5 s的時間來捕獲和融合4個單獨的深度圖像。圖1(a)是人臺上身(深灰區(qū)域)和下身(淺灰區(qū)域)的點云圖。在人體建模之前，在人臺兩條腿之間加入一隔離板，以保證建模過程中兩腿分離(見圖1(b))。因為靠近襠部的人體表面很難直接通過傳感器捕獲，本文使用曲線擬合算法來生成完整光滑的三維人體模型[19](圖1(c))。在三維人體模型上，襠線就是過腰部前中心點(FW)向下穿過襠點(CR)到達腰部后中心點(BW)的一條曲線，可以通過系統(tǒng)進行自動輸出用于后期的測量[20]。

(a)前視圖 (b)側(cè)視圖 (c)三維人臺模型圖1 人體模型

1.2 褲子制作與試穿

基于KBI系統(tǒng)獲得的人體數(shù)據(jù)，本文采用褲裝制版法，使用Accumark CAD系統(tǒng)制作了4條在襠部具有不同放松量的褲子，代表由緊到松4種常用的放松量[21]。褲裝襠線放松量尺寸具體見表1。

表1 4條褲裝襠彎線放松量 mm

褲裝直接用白坯布制成，并將其穿著在8號人體模型上觀察是否符合人臺體型。在試衣過程中必須考慮五個重要因素，即松量、線、紋理、外觀和平衡[22]。試衣評估的具體細則為：(1)人體活動需要的充足放松量；(2)褲裝輪廓能符合人體體型，尤其是前后襠部、腰部和臀部；(3)縱向條紋要與褲子前后中線平行；(4)沒有因拉伸或折疊面料引起的皺褶或?qū)捤桑?5)前后側(cè)面輪廓對稱并具有美感。

1.3 試衣問題

在試衣過程中，我們發(fā)現(xiàn)這4條褲子在一些重要位置處不能與8號人體模型完美匹配，例如襠部和高度。圖2顯示了#1號褲子的穿著外觀，可以看出臀圍線之上的部位能很好地貼合人臺，而在臀圍線以下，面料出現(xiàn)了明顯因拉伸而導(dǎo)致的臀部和襠部的褶皺。此外，褲子的腰線略低于人臺腰線位置12.7 mm。

(a)褲裝前端 (b)褲裝后端圖2 修正前#1號褲裝的穿著外觀

在一位制版專家的幫助下針對本次試衣過程中出現(xiàn)的問題進行了分析。首先，臀部以下面料出現(xiàn)拉伸的主要原因是襠彎線長度過短；其次，臀部附近出現(xiàn)了許多褶皺，是由于為拉長襠彎線總長度而設(shè)置的后片襠彎線起翹太大；最后，襠彎線放松量太小導(dǎo)致褲裝腰圍線稍低12.7 mm。

為解決以上問題，通過如下步驟對褲裝樣板進行了預(yù)調(diào)整：(1)改變后片襠彎線起翹度；(2)使兩腿之間的襠部區(qū)域沿水平方向延展以增加襠彎線長度，即后片延展19.05 mm，前面延展12.7 mm；(3)襠部放松量加大12.7 mm，使褲子腰圍線與人臺腰圍線吻合；(4)后片襠彎線拉伸6.35 mm，使襠彎線更加光滑。修正之后，將#1修正前后的褲子重新穿在人臺上，穿著效果如圖3所示，由圖3可知，褲子外觀比之前更平整。

(a)修正前 (b)修正后 圖3 #1號褲子修正前后的穿著效果對比

2 結(jié)果與討論

2.1 距離松量測量

經(jīng)過試衣之后，還需更加精準的修正，為此建立松量分布計算模型，建立模型的第一步為計算褲裝樣板的距離松量。用KBI系統(tǒng)分別掃描未著裝的人臺和穿著這4條褲子的人臺，并基于三維點云數(shù)據(jù)自動生成虛擬人臺以獲得人體尺寸。提取人臺點云數(shù)據(jù)并輸入到Accumark CAD 系統(tǒng)中，連接相關(guān)點重新生成襠彎線。將著裝前后的襠彎線重疊在一起，可以顯示出其中的距離松量分布。根據(jù)輻射角度可以確定出一些關(guān)鍵點，每一點的距離松量即為人體輪廓與褲裝輪廓之間的距離長度。

以#4號褲子為例，圖4顯示了襠彎線的距離松量測量方法。里面的曲線代表未著裝人臺的襠彎線，外側(cè)的曲線代表#4號褲裝的襠彎線?；谖粗b人臺曲線建立坐標軸，以臀部厚度線為X軸，過襠點做臀部厚度線的垂直線為Y軸，然后基于坐標原點(即點O)每間隔15°做輻射線。距離松量為每一條輻射線上dj和db的差值，見公式(1)。

DE=dj-db

(1)

式中：DE為距離松量；dj為從坐標原點O到褲裝襠彎線的距離；db為從坐標原點O到未著裝人臺襠彎線的距離。

因為腰圍線的前中點和后中點分別是襠彎線的起點和終點，這兩點的距離松量也需要進行測量。未著裝人臺和褲子的腰圍線應(yīng)該在同一位置，因此，腰圍線上前中點和后中點的距離松量可以認為是未著裝人臺和褲子前腰厚和后腰厚的差值。

圖4 未著裝的人臺和#4號褲子襠彎線距離松量測量

4條不同放松量褲裝的距離松量如圖5所示，松量單位為mm，不同角度下每一點距離松量的分布情況見圖6。

(a)褲裝#1 (b)褲裝#2

圖6 4條褲子距離松量分布情況

由圖6可知， #1號褲子距離松量的變化范圍最小，為-3.34～11.97 mm，而#4號褲子的變化范圍最大，為-5.32 ～52.61 mm。因為輻射角度為90°和270°的兩個點為臀部以上區(qū)域和襠部的分界點，所以它們是距離松量分布的轉(zhuǎn)折點。從輻射角度90°開始，距離松量顯著變化，直到輻射角度270°，這一范圍內(nèi)的距離松量變化量顯著高于其他區(qū)域。因為腹部和臀部的形狀比較突出，所以面料會比較貼合人體表面，因此從腰線前中點到輻射角度90°之間和從輻射角度270°到腰線后中點之間的距離松量變化量并不顯著。對于#1號和#3號褲子，輻射角度為135°時的距離松量值最大，而對于#3號和#4號褲子，輻射角度為150°時的距離松量最大，因為這兩個角度所對應(yīng)的點已經(jīng)接近襠點。

2.2 松量分布計算模型

在建立松量分布計算模型之前，需要驗證距離松量和給定放松量之間是否存在顯著的線性關(guān)系。首先使用相關(guān)性分析來確定襠彎線距離松量和給定松量之間的相關(guān)性，結(jié)果見表2。

表2 距離松量和給定松量之間的相關(guān)性分析

注: * 顯著相關(guān)；**非常顯著相關(guān)

表2顯示輻射點在105°至240°之間以及腰線后中點的距離松量和給定松量在95%或99%顯著水平上能顯著相關(guān)，且它們的皮爾森相關(guān)系數(shù)都大于0.91。但是其他角度的輻射點相關(guān)性并不顯著，它們的皮爾森相關(guān)系數(shù)都小于0.66，這是因為這些點都在腰部和臀部之間，這個區(qū)域內(nèi)的面料基本都會貼合人體表面，故引起的距離松量變化極小。

基于相關(guān)性分析結(jié)果，高度相關(guān)的輻射點為105°、120°、135°、150°、165°、180°、195°、210°、225°、240°和腰部后中點，據(jù)此建立松量分布計算模型。使用回歸分析法建立每一點距離松量和給定松量之間的數(shù)學(xué)模型。自變量x為襠部給定松量，因變量y則為每一點的距離松量，回歸計算模型可以假設(shè)為：

y=A0+A1x

(2)

式(2)中，A0、A1表示回歸模型的系數(shù)。

這些具有高度相關(guān)性的點的距離松量的計算模型見表3，在將距離松量模型應(yīng)用到樣本修正之前還需要對其進行驗證。為了檢驗這些模型的精確度，本文進行了對照實驗。分別將4條褲子的給定松量輸入到計算模型中，得出每一點距離松量的預(yù)測值。

將每一點距離松量的預(yù)測值和實際測量值進行比較，用散點圖進行表示。圖7給出了輻射角度為105°和180°的對照結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)預(yù)測結(jié)果與實際測量結(jié)果的變化趨勢一致。并且給定放松量越大，預(yù)測值越接近實際值；反之，給定放松量越小，測量的難度越大，預(yù)測值和實際值相差就越大。

表3 距離松量的計算模型

(a) 105°時預(yù)測值與測量值對比

(b) 180°時預(yù)測值與測量值對比

2.3 樣板修正

圖像展開方法是一種了解人體體型和服裝樣板關(guān)系的方法。Nakazawa S通過展開腰線、臀線和側(cè)縫線給出了人體表面和原型樣板之間的對應(yīng)關(guān)系，從而形成了褲裝原型樣板[23]。人體襠彎線和褲裝襠彎線見圖8，從圖8可以看出人體襠彎線可以直接與褲裝襠彎線相匹配。因此，本文給出了基于襠彎線松量分布的樣板修正參考方法。當(dāng)給定放松量時，利用11個輻射點的松量分布計算模型可直接計算獲得人體襠彎線的距離松量。通過添加距離松量，可以在人體輪廓線的基礎(chǔ)上獲得一系列新的樣板曲線結(jié)構(gòu)點，從而利用B樣條曲線形成新的褲裝襠彎線(如圖9所示)。

圖8 人體表面和服裝制版的關(guān)系

圖9 新的襠彎線

圖10 基于松量分布模型的樣板修正

為了使修正后的樣板更好地貼合人體，將襠部曲線分為四部分：(1)前腰點(FW)至前臀點(FH);(2)前臀點到襠點(CR);(3)襠點到后臀點(BH);(4)后臀點到后腰點(BW)。依據(jù)樣板增量可以調(diào)整4條褲子的襠彎線，從而修正最終樣板。根據(jù)測量出的人體三維尺寸，利用圖像展開法繪出褲裝基本原型樣板(如圖10所示的黑線部分)，結(jié)合四個部分的樣板增量修正原型樣板。在修正過程中，根據(jù)樣板平衡決定襠彎線各部分調(diào)整的方向。例如，由于原型樣板中襠彎線上的襠點高度比人體襠彎線低，因此應(yīng)根據(jù)襠點距離松量將襠彎線向下調(diào)整。在總松量相同的前提下，人體各個部分(前部和后部)的松量因人體體型不同而不同。樣板襠彎線形狀和各個部分的松量分布直接決定褲子襠彎線的形狀，在人臺(人體)襠彎線的基礎(chǔ)上加入各個部分的應(yīng)有松量，能直接生成褲子(前片和后片)的襠彎線，從而實現(xiàn)定制化的合體。該方法解決了在松量相同情況下，無法按各個部位的需要分配總松量的問題。通過以上方法，給定放松量可以很合理地分布到褲裝襠彎線各處，使褲裝能更好地符合人體體型。

3 結(jié) 語

本文提出了一種基于襠彎線距離松量計算模型的褲裝樣板修正方法。根據(jù)標準人體模型尺寸，共制作了4條相同款式不同放松量的女褲來獲取不同條件下的距離松量分布情況。利用人體掃描儀分別掃描了未著裝人臺和穿著4條褲子的人臺，并分別測量每一個輻射點處人體輪廓線和褲子襠彎線處的距離松量。發(fā)現(xiàn)輻射角度在105°～240°之間襠彎線的距離松量與給定襠彎線放松量顯著相關(guān)。通過回歸分析建立了距離松量與給定放松量之間的數(shù)學(xué)計算模型，用于距離松量的預(yù)測。通過在標準人體襠彎線各點加入距離松量值可進行原型樣板的修正，使放松量可以按形體合理地分布至各部分，從而實現(xiàn)褲裝的定制化。本研究方法可用于今后的男褲或其他服裝樣板修正。

由于本文實驗對象是標準的女性人體模型，建立的用于預(yù)測距離松量的計算模型僅適用于身材與其相似的對象。為了獲得其他體型的預(yù)測模型，需要進行更大規(guī)模的人體掃描，包括不同的年齡和民族。此外，在研究中使用的褲子是由白坯布制成，而不同的面料也會對松量分布產(chǎn)生很大的影響。因此，本研究中的松量計算模型也僅適用于與白坯布性能相似的面料。

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