三維參數(shù)化技術(shù)在構(gòu)建現(xiàn)代服裝新形態(tài)中的應(yīng)用

沈奕君， 張婷婷， 柯 瑩， 王宏付

(1. 江南大學(xué) 紡織服裝學(xué)院， 江蘇 無錫 214122； 2. 生態(tài)紡織教育部重點實驗室(江南大學(xué))， 江蘇 無錫 214122)

現(xiàn)代服裝設(shè)計更加強調(diào)新技術(shù)、新工藝，從而形成全新的實用性與藝術(shù)性相平衡的現(xiàn)代服裝?，F(xiàn)代服裝新形態(tài)崇尚更加多元化的非線性自由形態(tài)，其構(gòu)建需要打破現(xiàn)有服裝單調(diào)單一的片面結(jié)構(gòu)，賦予現(xiàn)代服裝更多的立體空間可能性。為構(gòu)建現(xiàn)代服裝新形態(tài)，不再只是對現(xiàn)有傳統(tǒng)服裝面料通過扭曲、抽縮或涂層等工藝進行裝飾，也需要利用機械處理技術(shù)對面料進行加壓或者高溫處理而形成肌理、褶皺等形態(tài)。在科技發(fā)展迅猛的現(xiàn)代社會，可通過參數(shù)化設(shè)計為服裝提供更多有變化的邏輯結(jié)構(gòu)形態(tài)。參數(shù)化設(shè)計打破了不加任何裝飾，僅依靠簡單幾何形狀的現(xiàn)代主義設(shè)計，通過邏輯建模調(diào)節(jié)參數(shù)，迅速得到相應(yīng)變化的模型結(jié)構(gòu)，從而可在短時間內(nèi)生成大量結(jié)果，用以對比分析優(yōu)選設(shè)計結(jié)果，有效地提高了設(shè)計效率。其最大的優(yōu)勢在于直觀，模型的生成邏輯全部以圖形的形式展示，大大降低了學(xué)習(xí)成本[1]。

本文首先回顧了參數(shù)化設(shè)計在服裝領(lǐng)域的發(fā)展現(xiàn)狀，然后運用三維軟件Rhino和Grasshopper對服裝整體造型和衣片三維立體結(jié)構(gòu)進行參數(shù)調(diào)整，獲得高精確度的三維模型，利用3D打印技術(shù)為構(gòu)建服裝新形態(tài)提供了先進新穎的技術(shù)支撐，在現(xiàn)代服裝服飾產(chǎn)品的原型設(shè)計上有極大的發(fā)展前景。

1 參數(shù)化設(shè)計在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用現(xiàn)狀

近些年，參數(shù)化設(shè)計大都運用在建筑領(lǐng)域，并且引起強烈的反響。首飾、鞋品、服裝設(shè)計等時尚行業(yè)也逐漸向參數(shù)化獨有的科技未來感造型風(fēng)格靠攏。且隨著3D打印技術(shù)的日漸成熟，參數(shù)化風(fēng)格的產(chǎn)品設(shè)計在未來具有巨大的研究價值和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

在國內(nèi)，由于參數(shù)化設(shè)計需要利用3D軟件的技術(shù)支撐，對于服裝領(lǐng)域的研究學(xué)者來說是一大難點，但隨著跨界學(xué)術(shù)的提出，學(xué)科間的交流與合作給了學(xué)者們大膽創(chuàng)新的機會。在2016年，“Inter-fashionality(可能的互置)——3D打印服裝作品展”在倫敦英國皇家藝術(shù)學(xué)院Hockney gallery展出[2]。此作品為清華美院染織服裝藝術(shù)設(shè)計系副教授李迎軍與英國皇家藝術(shù)學(xué)院博士生藺明凈合作研究的階段性成果。他們利用3D打印的參數(shù)建模增量設(shè)計來制作整套服裝，其制作模型采用參數(shù)化設(shè)計方法，從基本的六邊形單元出發(fā)，無線延展到設(shè)計理念要表達的最佳服裝形態(tài)。提取其單元元素六邊形如圖1 所示。六邊形結(jié)構(gòu)連續(xù)性排列，然后通過參數(shù)化設(shè)計的干擾方法對其進行變化，可得出緊密或稀疏的不同效果。這既是參數(shù)化設(shè)計表現(xiàn)的魅力，也是豐富服裝造型結(jié)構(gòu)的科技化方式。

圖1 六邊形結(jié)構(gòu)分布Fig.1 Hexagonal structure distribution

在國外，三維參數(shù)化設(shè)計在服裝領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛，發(fā)展成熟且具有一定實用性。建筑設(shè)計師Jenny Wu將建筑美學(xué)應(yīng)用在LACE系列的首飾作品上[3]。在此系列作品中，大都以幾何線條為基礎(chǔ)元素，加入具備參數(shù)化特征的規(guī)律趨勢，二者相結(jié)合創(chuàng)造出時尚前衛(wèi)的設(shè)計作品。該作品通過參數(shù)化建模設(shè)計實現(xiàn)，其中有多個相互鎖扣的小結(jié)構(gòu)串聯(lián)而成，最終利用柔性錦綸材料3D打印而成，結(jié)構(gòu)繁復(fù)且驚艷。

2 參數(shù)化設(shè)計在服裝領(lǐng)域的創(chuàng)新

從設(shè)計思維抽象概念到設(shè)計具象形態(tài)是一個轉(zhuǎn)變實踐的過程[4]。為構(gòu)建現(xiàn)代服裝新形態(tài)，首先從精神層面思考現(xiàn)代服裝創(chuàng)新所需的表現(xiàn)形式?？赏ㄟ^對生活中自然形態(tài)的歸納從而形成服裝的自然流線廓形，亦可抽象出自然形態(tài)中的結(jié)構(gòu)特征形成服裝的組織元素，例如可利用建筑表皮、水流波紋、植物脈絡(luò)等結(jié)構(gòu)紋理進行創(chuàng)新實踐。然后需要利用技術(shù)手段完成創(chuàng)新實踐，以上這些具有獨特形態(tài)的結(jié)構(gòu)都可利用參數(shù)化技術(shù)來實現(xiàn)，而其中Grasshoppe的應(yīng)用已經(jīng)成熟，且能夠賦予更多變化的可能性。Grasshopper是一款在Rhino環(huán)境下運行的采用程序算法生成模型的插件，利用Grasshopper對服裝整體造型和衣片表皮局部結(jié)構(gòu)進行參數(shù)調(diào)整，根據(jù)曲線曲面造型的審美需求逐步做出調(diào)整，最后達到較為滿意的具有參數(shù)化風(fēng)格的現(xiàn)代服裝新形態(tài)。

2.1 廓形確定

蘇聯(lián)物理學(xué)家米格爾指出科學(xué)的美在于其邏輯結(jié)構(gòu)的合理勻稱和相互聯(lián)系的豐富多彩[5]。為使整件服裝擁有流暢有型的線條，合理勻稱的造型特點，本文初步對服裝廓形草圖進行設(shè)計繪制，如圖2所示。服裝上身外輪廓曲線貼合人體胸部及腰部位置，且腰部兩側(cè)收攏收腰，充分體現(xiàn)女性柔美身形。肩部造型采用夸張法聳立有型并向兩側(cè)外延伸且微微翹起，靈感來源于江南建筑四角翹伸的屋檐造型。裙擺呈傘狀支撐挺立，大裙擺廓形塑造空間立體感。

圖2 廓形草圖Fig.2 Outline sketch. (a)Front;(b)Lateral front;(c)Lateral;(d)Lateral back;(e)Back

擁有服裝外輪廓后，利用三維建模軟件Rhino建立各衣片面作為基礎(chǔ)造型形態(tài)如圖3所示。該衣片面需跟隨胸凸腰凹的女性人體曲線達到符合人體光滑的布面曲面，實現(xiàn)完美曲面曲率，才能保證在此基礎(chǔ)上繼續(xù)深入探索服裝表面肌理參數(shù)化上的各種變化形式。本文設(shè)計服裝為露背款式，由胸肩、腰部及裙擺3部分組成。

圖3 服裝衣片面視圖Fig.3 Views of each part garment. (a)Overlook view;(b)Lateral front view;(c)Orthographic view;(d)Lateral view

2.2 網(wǎng)格建立

將得到的衣片曲面作為參數(shù)化基本元素后即可命令控制板中的菱形四邊形生成網(wǎng)格。該網(wǎng)格曲面結(jié)構(gòu)線代表了曲面的幾何方向，網(wǎng)格均分在上身衣片并隨曲面變化而變化。輸入衣片曲面及經(jīng)緯數(shù)量參數(shù)，選擇控制板中“Diamonds”即可輸出如圖4的衣片均分網(wǎng)格。其網(wǎng)格都是由菱形四邊形組成的單層立體面，在此獲得的菱形數(shù)量為U×V(其中U為經(jīng)向曲面數(shù)量，V為緯向曲面數(shù)量)。其次，通過“Triangles”可將衣片廓形邊緣進行修剪，過渡更加自然碎片化，增加形體自由感。通過計算機生成的邏輯結(jié)構(gòu)確保了設(shè)計結(jié)果的可實施性，節(jié)奏韻律更加理性化，科技感十足。

圖4 衣片面均分網(wǎng)格示意圖Fig.4 Uniform mesh sketch map

2.3 曲面生成

僅有簡單的四邊形網(wǎng)格遠遠不夠，需賦予其一定厚度，使其空間立體感更強，從而增顯三維技術(shù)的優(yōu)勢與魅力。以上半身為例，形成四邊形結(jié)構(gòu)的為3部分曲線，分別是四邊形中間圓孔、四邊形邊線及放樣縮放邊線。對形成四邊形體面的3組曲線進行放樣，從而得到具有厚度的立體表皮結(jié)構(gòu)，使肌理感更強，造型風(fēng)格更加豐富。

提取第2組曲線即菱形四邊形邊界線，輸入命令生成菱形曲面，在曲面上生成菱形，緊接著將菱形曲面數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成樹形數(shù)據(jù)，求菱形曲面邊界曲線并封閉，此動作結(jié)束即獲得菱形曲面。將建模軟件Grasshopper中電池圖的相關(guān)功能進行簡單概括，對應(yīng)電池圖功能下的模型輸出效果如圖5所示。

圖5 提取邊界線過程Fig.5 Process of extracting boundary lines.(a)Grasshopper battery diagram;(b)Output effect diagram

進行調(diào)整的第3組曲線即四邊形邊線的放樣縮放，其放樣過程如圖6所示。以胸口坐標(biāo)中心點為基準，對菱形曲面邊界進行縮放，縮放比是點干擾后的結(jié)果，由圖6(a)Grasshopper電池圖可知，此放樣距離參數(shù)為0.85，其中使此距離小于1，才能得到符合邏輯的圖形[6]。此放樣縮放動作為服裝胸部以上造型整個模型的結(jié)束動作，模型輸出效果如圖6(b)所示。

圖6 放樣縮放過程Fig.6 Scaling process. (a)Grasshopper battery diagram； (b)Output effect diagram

其中，提取菱形邊界，去除重復(fù)的點，閉合成類似圓的封閉曲線。圖7示出放樣成面過程。由圖7(a)所示整合3組曲線，其中D1為菱形原始邊界線，D2為縮放邊界線以及類似圓的邊界線。最終放樣成面得到如圖7(b)輸出效果的造型結(jié)構(gòu)，上半身的模型建立及參量變化基本完成。

圖7 放樣成面過程Fig.7 Process of forming an surface. (a)Grasshopper battery diagram;(b)Output effect diagram

2.4 參量變化

參數(shù)化設(shè)計的核心是邏輯建模[7]。比如說兩點相連成一條直線這句話本身的邏輯為：2個有距離的坐標(biāo)點(參量)互相連結(jié)(關(guān)系)可形成1條直線(結(jié)果)。邏輯建模就是將建模過程中的3個因素分解開來：參量-關(guān)系-模型，而參量與關(guān)系都可隨時改變，當(dāng)坐標(biāo)點發(fā)生位移時，直線的長度、位置隨之改變。例如服裝上半身網(wǎng)格結(jié)構(gòu)是利用點干擾的方式進行變化，下半身裙擺則是利用曲線來進行干擾變化的。以上半身為例，形成四邊形結(jié)構(gòu)的是 3部分曲線，分別是四邊形中間圓孔、四邊形邊線及放樣縮放邊線。受圖8所示5個坐標(biāo)點的影響，每個四邊形的中心圓孔到5個坐標(biāo)點的距離不同而產(chǎn)生參量變化。

圖8 四邊形圓孔參數(shù)變化Fig.8 Parameter change of quadrangular round hole

在進行參量變化時，上衣網(wǎng)格曲面U×V細分的數(shù)值大小決定了對應(yīng)上半身菱形格數(shù)量的多少[8]：當(dāng)上衣U×V細分數(shù)值較小，菱形格數(shù)量減少、稀疏分布；曲面U數(shù)值減小，菱形格數(shù)量減少；曲面V數(shù)值增大，菱形格數(shù)量增多；曲面U數(shù)值增大，菱形格數(shù)量增多；曲面U數(shù)值不變，曲面V數(shù)值增大，菱形格數(shù)量增多；曲面V數(shù)值翻倍增大，菱形格數(shù)量密集；因此可以得出結(jié)論，U×V細分數(shù)值與菱形格的數(shù)量關(guān)系成正比。

基于符合現(xiàn)代服裝形態(tài)的美學(xué)特征下，菱形體面的大小之分隨女性人體柔美曲線進行順勢變化。正如亞里士多德認為的，美的主要形式是“秩序、勻稱和明確”[3]。越靠近頸部位置，流動趨勢更為緊密，越往胸部凸出位置流動，曲面變大，趨勢分布愈加舒緩。反之，越往肩部外舒展延伸的流動趨勢愈加疏松。微妙的疏密變化使得服裝造型更加生動自如。

服裝上身結(jié)構(gòu)通過5個坐標(biāo)點的干擾進行變化而產(chǎn)出，而下半身裙擺是利用曲線進行干擾作由上至下的線性變化，如圖9所示。使用線性變化干擾方式可使服裝裙擺線條更加流暢且廓形延展性強，展現(xiàn)了有條不紊的節(jié)奏韻律感，使得服裝層次感強，空間感十足[9]。

圖9 裙擺曲線干擾關(guān)系Fig.9 Skirt curve interference relationship. (a)Schematic diagram of curve interference;(b)Generating result diagram

綜上為服裝模型的建立及進行參數(shù)化干擾的過程，其過程為：廓形確立—網(wǎng)格建立—曲面生成—參量變化。

2.5 渲染成品

將服裝胸肩部分、腰部及裙子3部分整合，放置于人體模型上，再進行微調(diào)使其更加貼合人體尺寸。渲染過程中，加入白色的漫反射材質(zhì)，通過渲染得到更加生動、逼真的服裝造型。Rhino獲得的三維模型精度高，可為實物模型的3D打印提供良好的模型基礎(chǔ)[10]。整套三維服裝利用先進的參數(shù)化技術(shù)生成了具有變化的幾何聯(lián)結(jié)的立體結(jié)構(gòu)，不僅節(jié)省制作時間、人工成本，并且數(shù)據(jù)精準、尺寸標(biāo)準。圖10 示出最終渲染效果圖。

圖10 成衣效果圖Fig.10 Clothing effect diagram. (a)Front; (b)Lateral front;(c)Lateral back;(d)Back

3 參數(shù)化技術(shù)衍生

為滿足設(shè)計師構(gòu)建服裝形態(tài)的獨特個性化需求，也可利用Grasshopper編程式的建模方法，通過修改相應(yīng)參數(shù)，使方案快速匹配定制要求[11]。同時，編程化的建模方式還可通過干擾、編織、Voronoi、隨機、生長循環(huán)等計算機運算方式生成新穎、奇特的造型，給人們帶來不同的視覺感受。在變化干擾方式上，不僅可通過點干擾、曲線干擾或圖像干擾的基本方式，還可通過自然界中水滴波紋、聲音頻率等自然變化進行干擾。例如在建立好的基本網(wǎng)格形態(tài)中加入水滴干擾，可根據(jù)水滴大小、水滴是否密集形成的水面波紋而擁有不同變化，這些變化可作為輸入命令體現(xiàn)生成在網(wǎng)格衣面形態(tài)上，從而形成變化豐富的靈動結(jié)構(gòu)[12]。

4 結(jié)束語

參數(shù)化設(shè)計能夠?qū)⒏行运季S與理性邏輯相結(jié)合，解放設(shè)計師們在傳統(tǒng)設(shè)計中的思想束縛，將藝術(shù)與技術(shù)相互碰撞，為現(xiàn)代產(chǎn)品、現(xiàn)代服裝新形態(tài)提供更多的可能性。在構(gòu)建現(xiàn)代服裝新形態(tài)中，設(shè)計師更多追求非線性自由形態(tài)，亦或是變化豐富的立體結(jié)構(gòu)，目前利用參數(shù)化技術(shù)Grasshopper結(jié)合Rhino可基本實現(xiàn)其設(shè)計想法。數(shù)字化時代下，設(shè)計者賦予現(xiàn)代服裝新形態(tài)以參數(shù)化設(shè)計技術(shù)，可讓服裝領(lǐng)域擁有更廣闊的未來。

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