虛擬精紡毛織物的懸垂性能模擬研究

周琦 張輝

摘 要：利用三維虛擬試衣軟件模擬虛擬織物的懸垂性能試驗，測量虛擬織物的各懸垂性指標(biāo)。選取并測量具有代表性的41塊精紡毛織物的懸垂性能，篩選出這些精紡毛織物懸垂系數(shù)和波紋數(shù)所在區(qū)間相近的試驗數(shù)據(jù)，進行相關(guān)分析和回歸分析，建立虛擬織物主要屬性參數(shù)與真實精紡毛織物3個主要懸垂性指標(biāo)的回歸方程，并對方程進行驗證，驗證結(jié)果與預(yù)期結(jié)果相符。通過回歸方程，可以根據(jù)真實精紡毛織物的3個懸垂性指標(biāo)得到在計算機三維環(huán)境中虛擬精紡毛織物的主要屬性參數(shù)值，更加真實地模擬虛擬織物的垂感。

關(guān)鍵詞：三維模擬;虛擬織物;精紡毛織物;懸垂指標(biāo);回歸分析

中圖分類號：TS941.19

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1009-265X（2020）02-0029-06

Abstract：3D virtual apparel fitting system was applied to simulate drapability test of virtual fabrics， to test the drapability indexes of virtual fabrics.41 pieces of representative worsted fabrics were sampled for testing the drapability， and the test data of the fabrics within a similar range in terms of draping coefficient and ripple was filtered out for correlation analysis and regression analysis.The regression equation of main attribute parameters of virtual fabrics and the three main drapability indexes of real fabrics was established， and the equation was verified to be in agreement with the expected result.With the regression equation， the main attribute parameters of virtual worsted fabrics in three-dimensional computer environment can be obtained according to the three drapability indexes of real worsted fabrics， to simulate the drapability of virtual fabrics better.

Key words：3D simulation; virtual fabric; worsted wool fabric; drapability index; regression analysis

三維虛擬試衣技術(shù)是服裝數(shù)字化技術(shù)發(fā)展的產(chǎn)物，已有多家軟件供應(yīng)商推出該類軟件。但是通過查閱文獻發(fā)現(xiàn)，目前針對如何提高虛擬服裝的真實感方面的研究并不多[1]。由于織物的懸垂性能[2]是影響服裝外觀效果的重要因素之一，因此研究虛擬織物的懸垂性能有助于提高虛擬服裝的真實感。在計算機三維環(huán)境中，主要以粒子網(wǎng)格的方式表現(xiàn)虛擬織物，而且虛擬織物的屬性參數(shù)并沒有單位，雖然個別參數(shù)的名稱相似，仍然無法直接使用真實織物的屬性參數(shù)值[3]。因此，研究計算機三維環(huán)境下虛擬織物的屬性參數(shù)與虛擬織物懸垂性能的關(guān)系，將有助于更準(zhǔn)確地在三維環(huán)境下模擬服裝。王會威等[4]研究分析了CLO3D里織物懸垂性模擬影響因素，建立基于三維系統(tǒng)的織物屬性參數(shù)的織物懸垂系數(shù)和懸垂波紋數(shù)的回歸模型，并通過8塊織物對回歸方程進行驗證。云暢等[5]研究虛擬織物屬性參數(shù)經(jīng)緯向的差異對其懸垂性能的影響，并初步建立了經(jīng)緯異性虛擬織物屬性參數(shù)與其懸垂指標(biāo)的回歸模型。韓新葉等[6]將表征虛擬織物懸垂性能的多個指標(biāo)簡化為2個因子，簡化了其評價體系;同時將虛擬織物與真實織物的懸垂性能參數(shù)主因子分析結(jié)果進行了一致性對比。本研究在之前研究的基礎(chǔ)上，更加全面地對三維系統(tǒng)中虛擬織物的各屬性參數(shù)取值，選取影響服裝模擬的主要懸垂性指標(biāo)，并針對精紡毛織物類型的面料建立回歸方程，研究結(jié)果希望能夠?qū)μ岣呔徝椢锾摂M服裝懸垂效果有幫助，進而提高三維環(huán)境下虛擬服裝的真實感，為其他三維虛擬服裝模擬軟件的應(yīng)用提供參考。

1 實 驗

1.1 實驗原理

首先利用三維軟件創(chuàng)建的虛擬織物懸垂測試儀模型，見圖1。虛擬織物為直徑24 cm的圓形，夾持盤直徑為12 cm。將該模型導(dǎo)入到三維虛擬試衣軟件中，調(diào)節(jié)三維系統(tǒng)中虛擬織物的屬性參數(shù)，進行虛擬織物的懸垂性試驗，見圖2。待懸垂形態(tài)穩(wěn)定后，利用張輝博士研發(fā)的虛擬織物懸垂性能測試軟件Draping Tester求出虛擬織物的各項懸垂性指標(biāo)。指標(biāo)包括懸垂系數(shù)、波紋數(shù)、投影面積、平均波谷夾角、波谷夾角不勻率、平均波峰夾角、波峰夾角不勻率、平均峰寬、峰寬不勻率、平均峰高、峰高不勻率、平均谷高、谷高不勻率、方向不對稱度、形狀因子[7]。

1.2 實驗方法

1.2.1 虛擬織物懸垂性能測試

參考三維虛擬試衣系統(tǒng)中虛擬織物的預(yù)設(shè)屬性參數(shù)，通過前期的預(yù)試驗及查閱相關(guān)文獻，對影響虛擬織物懸垂性能的屬性參數(shù)進行分段取值，見表1。如果每個參數(shù)所有取值均進行試驗，試驗量將達(dá)55 125次。因此，對除了對虛擬織物懸垂性影響最大的2個參數(shù)彎曲和密度以外的其他4個參數(shù)進行正交試驗設(shè)計，共得到49種組合。將這49種組合與彎曲和密度排列組合取值結(jié)果再進行排列組合，共得到2 205種取值組合。按照2 205種取值結(jié)果，調(diào)節(jié)三維系統(tǒng)中虛擬織物的屬性參數(shù)后進行虛擬織物懸垂性模擬試驗，待虛擬織物懸垂形態(tài)穩(wěn)定后（10 min左右），測量虛擬織物的各懸垂性指標(biāo)。

1.2.1 精紡毛織物懸垂性能測試

針對精紡毛織物，選擇具有代表性的41塊精紡毛織物，用YG811L型織物動態(tài)懸垂性風(fēng)格儀[8]在靜態(tài)下測量織物，YG811L型織物動態(tài)懸垂性風(fēng)格儀測量的織物靜態(tài)指標(biāo)，包括懸垂系數(shù)、懸垂度、投影等效圓直徑、投影周長、織物兩波谷之間面積的平均差率、織物波峰（或波谷）處半徑的平均差率、懸垂曲線（或波紋）形態(tài)系數(shù)、懸垂波數(shù)、懸垂曲線（波紋）均勻度、波峰與波谷之間夾角的平均差率、美感系數(shù)、活潑率。由于儀器所提供的指標(biāo)有限，本研究采用張輝博士研發(fā)的Draping Image Processing程序，利用YG811L型織物動態(tài)懸垂性風(fēng)格儀產(chǎn)生的圖像，補充求得41塊精紡毛織物的其他懸垂性指標(biāo)。

2 結(jié)果與討論

2.1 虛擬織物懸垂指標(biāo)與其屬性參數(shù)的相關(guān)分析

由41塊精紡毛織物懸垂性能指標(biāo)試驗結(jié)果得知，懸垂系數(shù)集中分布在24～53，波紋數(shù)集中分布在4.8～6。由于不同種類的織物懸垂性能存在差異，懸垂系數(shù)與波紋數(shù)集中分布的范圍也不一樣，為了準(zhǔn)確地模擬精紡毛織物的懸垂性通式，從最初的2 205組虛擬織物實驗數(shù)據(jù)中篩選出符合精紡毛織物懸垂系數(shù)和波紋數(shù)的實驗組，共198組。利用這198組數(shù)據(jù)對虛擬織物懸垂性指標(biāo)與其屬性參數(shù)進行相關(guān)分析，分析結(jié)果見表2。

從表2數(shù)據(jù)可知，懸垂系數(shù)、波紋數(shù)、平均波谷夾角、平均峰高、平均谷高5個指標(biāo)與虛擬織物屬性參數(shù)中的彈力、剪切剛度、彎曲、曲率、彎曲剛度、密度存在相關(guān)性，顯著性均小于0.05，且除了平均峰高與彎曲中度相關(guān)，其他指標(biāo)均與彎曲高度相關(guān)，各懸垂性指標(biāo)與彈力、剪切剛度、密度弱相關(guān)或非常弱相關(guān)，與曲率、彎曲剛度非常弱相關(guān)。由此可推斷，在三維模擬軟件中，彎曲是影響虛擬織物懸垂性能的重要參數(shù)。

2.2 建立虛擬織物屬性參數(shù)與懸垂性指標(biāo)的回歸方程

分別以懸垂系數(shù)、波紋數(shù)、形狀因子、平均波峰夾角、平均波谷夾角、平均峰高、平均谷高、平均峰寬為因變量，以彈力、剪切剛度、彎曲、曲率、彎曲剛度、密度為自變量進行線性回歸分析[9]，回歸方程見式（1）—式（8），線性回歸方程修正R2見表3。由于本研究主要針對經(jīng)緯相近虛擬織物的懸垂模擬實驗，虛擬織物經(jīng)緯參數(shù)數(shù)值相同，所以得到的懸垂形態(tài)非常接近對稱，從而虛擬織物所建立的懸垂參數(shù)線性方程不考慮波峰夾角不勻率等懸垂參數(shù)。

2.3 織物懸垂系數(shù)驗證試驗

應(yīng)用三維服裝虛擬軟件模擬服裝時，這些懸垂性參數(shù)指標(biāo)中，懸垂系數(shù)、波紋數(shù)以及平均峰高是評價服裝的懸垂性主要指標(biāo)。將41塊精紡毛織物的懸垂系數(shù)、波紋數(shù)和平均峰高數(shù)值帶入到線性方程組（式（10）—式（12））中，求得41塊精紡毛織物在三維服裝虛擬軟件中對應(yīng)的各屬性參數(shù)值見表4。并將相應(yīng)值輸入到服裝三維虛擬軟件中，對每塊織物（組數(shù)據(jù)）進行6次懸垂性模擬實驗，求取平均值和標(biāo)準(zhǔn)差，得出虛擬織物的3項主要懸垂性描述指標(biāo)，并與真實織物的相應(yīng)懸垂性指標(biāo)測量結(jié)果對比，見表5。

配對樣本t檢驗是用來檢驗兩個相關(guān)樣本總體的均值是否存在顯著差異性的常用方法。利用SPSS對41塊虛擬精紡毛織物的懸垂系數(shù)、波紋數(shù)及平均峰高與41塊精紡毛織物的對應(yīng)懸垂性指標(biāo)進行均值比較。經(jīng)t檢驗，除5、7、8、15、16、29、33號織物外，大多數(shù)虛擬織物的懸垂系數(shù)與真實精紡毛織物的懸垂系數(shù)均無顯著性差異（P<0.05）;除3、12、21、33、34及38號外，大多數(shù)虛擬織物的波紋數(shù)與真實精紡毛織物的波紋數(shù)均無顯著性差異（P<0.05）。除5、10及35號外，大多數(shù)虛擬織物的平均峰高與真實精紡毛織物的平均峰高無顯著性差異（P<0.05）。

由真實精紡毛織物與虛擬精紡毛織物的主要懸垂性指標(biāo)的t檢驗結(jié)果可以看出，本研究對精紡毛織物的主要懸垂性指標(biāo)模擬效果比較好，僅有7塊織物的懸垂系數(shù)有顯著差異，6塊織物波紋數(shù)存在顯著差異，3塊織物平均峰高存在顯著差異，大多數(shù)織物的3個懸垂性指標(biāo)模擬無顯著差異。多數(shù)產(chǎn)生顯著差異的數(shù)據(jù)出現(xiàn)在彈力、剪切剛度、密度這3個虛擬織物的屬性參數(shù)值在取值范圍兩端的情況下（5或95）。由于計算機是以粒子網(wǎng)格方式來模擬織物，必然會與真實驗織物有一定的差異。同時粒子間距也是影響模擬效果的重要素因。粒子間距越小，模擬越精細(xì)，但模擬速度越慢。本研究采用的粒子間距為5 mm。當(dāng)粒子間距小于5 mm時，模擬速度會非常緩慢，試驗時間會成指數(shù)倍增加。

事實上，真實織物測量時懸垂系數(shù)也存在差異較大的情況，有時可高達(dá)10%。而且，在對服裝進行三維模擬時，客觀評價指標(biāo)如懸垂系數(shù)和平均峰高的較小差異無法用肉眼看出對服裝所產(chǎn)生的細(xì)微差異，因此，對服裝進行三維模擬時懸垂性指標(biāo)允許在一定范圍波動。本研究通過懸垂系數(shù)、波紋數(shù)及平均峰高3個參數(shù)，利用回歸方程求解計算機三維環(huán)境下的虛擬織物物理指標(biāo)的方法，可以比較好地在三維服裝CAD軟件中模擬大多數(shù)精紡毛織物的懸垂形態(tài)，進而為在計算機三維環(huán)境下更準(zhǔn)確地模擬精紡毛織物的服裝形態(tài)提供幫助。

3 結(jié) 論

通過在三維服裝CAD軟件中建立虛擬織物，并調(diào)節(jié)虛擬織物在軟件中6個屬性參數(shù)，進行虛擬織物的垂懸性試驗。對虛擬織物的屬性參數(shù)與虛擬織物的懸垂系數(shù)、波紋數(shù)、形狀因子、平均波峰夾角、平均波谷夾角、平均峰高、平均谷高、平均峰寬這8 個織物懸垂性指標(biāo)進行線性回歸分析，并得到虛擬織物屬性參數(shù)彈力、剪切剛度、彎曲、密度間的回歸方程。最終推導(dǎo)出虛擬織物的懸垂性描述指標(biāo)與虛擬織物屬性參數(shù)彈力、剪切剛度、彎曲、密度的線性關(guān)系，得到3個線性回歸方程。針對精紡毛織物，將真實精紡毛織物的懸垂指標(biāo)與虛擬精紡毛織物對應(yīng)的懸垂性指標(biāo)進行對比檢驗，虛擬精紡毛織物的懸垂性能模擬結(jié)果基本符合預(yù)期，可以為在計算機三維環(huán)境中比較真實地模擬精紡毛織物的服裝提供有價值參考。

本研究中的虛擬織物粒子間距設(shè)置為5 mm，更小的粒子間距是否能夠進一步提高虛擬織物垂懸性能的模擬效果，還需要在計算機運算速度有較大提升后，再進一步研究與驗證。

參考文獻：

[1]陳鳳文.基于DC Suite的毛皮服裝三維虛擬可行性研究[D].上海：東華大學(xué)，2015.

[2]紀(jì)峰，李汝勤，郭永平，等.織物懸垂性研究的追蹤與展望[J].紡織學(xué)報，2003，24（1）：72-73.

[3]郭瑞良，張輝.三維服裝模擬與設(shè)計[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2014：51-55.

[4]王會威，張輝，郭瑞良.基于三維服裝CAD系統(tǒng)的織物懸垂性模擬研究[J].北京服裝學(xué)院學(xué)報，2015，35（3）：26-32.

[5]云暢，張輝.CLO3D下的經(jīng)緯異性織物懸垂性模擬研究[J].北京服裝學(xué)院學(xué)報，2017，37（2）：33-39.

[6]韓新葉，張輝.基于CLO3D的虛擬織物懸垂性能評價主因子分析[J].紡織科技進展，2017（2）：32-34.

[7]齊紅衢，沈毅.織物懸垂性能評價的主因子分析[J].現(xiàn)代紡織技術(shù)，2010，18（4）：49-52.

[8]匡才遠(yuǎn)，秦芳.織物懸垂性測試及模擬研究[J].廣西輕工業(yè)，2010，26（11）：89-91.

[9]汪榮鑫.數(shù)理統(tǒng)計[M].西安：西安交通大學(xué)出版社，1986.

[10]滕沖，汪同慶.SPSS統(tǒng)計分析[M].武漢：武漢大學(xué)出版社，2014.