基于重力平衡的定制上衣“2A”原理

高光， 高暢， 高麗

(1. 成都服道衣品技術(shù)服務(wù)有限公司，四川 成都 610000; 2. 北京高紅國際服飾設(shè)計有限公司，北京 100000)

國內(nèi)外服裝設(shè)計制板相關(guān)書籍[1-2]大多用幾何學方法研究上衣結(jié)構(gòu)理論，不夠重視服裝結(jié)構(gòu)物理屬性，對服裝在人體上受到的重力影響預(yù)判不足[3-4]。根據(jù)幾何原理制作的服裝穿在人體上會出現(xiàn)變形，使服裝顯得不合體、不美觀。只有通過實際消費者的試穿，找到重力對服裝與人體關(guān)系的不利因素，才能使制作的服裝更加合體。

由于人體表面呈現(xiàn)立體形態(tài)，服裝在人體上受到的重力影響與其所處空間位置有關(guān)，也與人體對服裝的支撐力有關(guān)。因此，合體服裝只能根據(jù)人體在重力場中某種姿態(tài)下身體表面的空間形態(tài)制作。如運動服裝的設(shè)計要基于人體運動時身體的最大伸張狀態(tài)，其他服裝可依據(jù)人體自然站立狀態(tài)進行設(shè)計。

文中從重力平衡的視角探究上衣幾何形態(tài)的結(jié)構(gòu)力學原理[5-6]，以人體工學角度分析袖結(jié)構(gòu)與形體的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)影響上衣結(jié)構(gòu)設(shè)計的關(guān)鍵因素，研究定制上衣結(jié)構(gòu)設(shè)計原理。

1 上衣的結(jié)構(gòu)重力平衡

1.1 上衣的重力平衡狀態(tài)

人體承重區(qū)與上衣的重力平衡如圖1所示。圖1中的上衣被分為承重段和懸垂段，承重段是覆在人體承重區(qū)的部分，懸垂段是自重下垂部分。服裝結(jié)構(gòu)的重力由材料傳導到承重段，當人體承載力和上衣結(jié)構(gòu)材料強度能夠抵抗上衣重力時，上衣處于重力平衡狀態(tài)。

注：紅色為主承重區(qū)；黃色為次承重區(qū)；藍色為上衣懸垂段；玫紅色為承重體，其上輪廓線是上衣承重段，下輪廓線是下承重線。圖1 人體承重區(qū)與上衣的重力平衡Fig.1 Weight-bearing area of body and gravity balance of garmen

各種形體上衣重力平衡狀態(tài)如圖2所示。由圖2可知，頸胸傾角是頸部到胸部的近似斜面與鉛垂面之間的夾角；項背傾角是頸椎點到背部最高點間的近似斜面與鉛垂面之間的夾角；腰背傾角是腰背斜面與鉛垂面的夾角。圖2中的9類女性人體側(cè)面形態(tài)由于體型不同，上衣承重段和懸垂段形態(tài)也不同，以門襟為例，多數(shù)形體門襟下垂能過腹部，也有突出的大腹形成支撐點阻礙門襟自然下垂，上衣過支撐點形成新的重力平衡狀態(tài)又自重下垂。

注：玫紅色為人體承重區(qū)；綠色為門襟垂線；藍色為后背垂線;QA為頸胸傾角；QB為項背傾角；QD為腰背傾角。圖2 各種形體上衣重力平衡狀態(tài)Fig.2 Gravity balance of garments of rarious shapes

目前服裝結(jié)構(gòu)平衡研究一般被限于立體幾何范疇[7-9]，門襟結(jié)構(gòu)缺陷比較常見，例如大腹體的門襟下擺向前外側(cè)分開、支翹，而不是自然下垂。這類結(jié)構(gòu)缺陷的成因就是服裝結(jié)構(gòu)平衡和重力平衡不同步。服裝到腹凸點后上部重力平衡系統(tǒng)被打斷，腹凸點上下的重力平衡狀態(tài)在空間上不連續(xù)，用幾何方法構(gòu)建的服裝結(jié)構(gòu)不能適應(yīng)這樣的空間狀態(tài)轉(zhuǎn)變，造成門襟在人體上不平順、不自然。

1.2 上衣在人體上的受力分析

上衣在人體上的受力分析如圖3所示。人體肩背部承重區(qū)側(cè)面呈山形(見圖2)，上衣受到山形體表面向上支撐力和摩擦力，如果服裝纖維(材料)的破斷力能夠承受服裝自身重力產(chǎn)生的向下拉力，此時G1=N2，G2=F2，上衣處于重力平衡狀態(tài)。

注：Z1為承重段；Z2為懸垂段；G1為承重段重力；G2為懸垂段重力；F1為肩部向上拉力和體表摩擦力的合力；F2為承重段對懸垂段的向上拉力；N1為體表支撐力；N2為F1與N1向上的合力；T1，T2，T3，T4 為水平張力。圖3 上衣在人體上的受力分析Fig.3 Stress analysis of garment on body

1.3 衣身結(jié)構(gòu)重力平衡機制

上衣結(jié)構(gòu)重力平衡是建立在重力平衡基礎(chǔ)上的結(jié)構(gòu)平衡，表現(xiàn)為承重段均衡包覆人體承重區(qū)突出部位，懸垂段自重平行下垂。

上衣承重段受到人體表面支撐力、摩擦力和懸垂段拉力共同作用，如果設(shè)計不當，易造成局部應(yīng)力集中或失控，出現(xiàn)衣身堆褶、門襟歪斜等問題，因此上衣承重段是上衣結(jié)構(gòu)重力平衡的設(shè)計重點。

人體承重區(qū)是復(fù)雜而個性化的立體結(jié)構(gòu)，平肩挺胸、溜肩駝背、平胸大腹和大胸平腹等體型對應(yīng)不同的人體承重區(qū)形態(tài)。肩斜角是肩斜面與水平面的夾角。平肩體和溜肩體的肩斜角如圖4所示。圖4示意了適合正常體肩斜角的上衣穿在溜肩體或平肩體的人身上，衣身特定部位出現(xiàn)扯綹或堆褶。這種不美觀的形態(tài)變化，是由于不同的肩斜角對應(yīng)的人體承重區(qū)形態(tài)不同而產(chǎn)生的。

注：QD為平肩體肩斜角；QE為溜肩體肩斜角；QF為正常體肩斜角。圖4 平肩體和溜肩體的肩斜角Fig.4 Angle of flat and sliding shoulder

同理，分析圖2中的各種體型，可以發(fā)現(xiàn)頸胸傾角、項背傾角、腰背傾角對上衣結(jié)構(gòu)重力平衡的影響[10]。因此，制板師必須采集穿著者身體上這些關(guān)鍵角和關(guān)鍵點三維數(shù)據(jù)[11]，并科學地應(yīng)用到平展的布上，制作的上衣才能符合人體結(jié)構(gòu)形態(tài)，實現(xiàn)結(jié)構(gòu)重力平衡，達到設(shè)計師的款式設(shè)計要求。

1.4 袖結(jié)構(gòu)重力平衡機制

人體自然站立時，手臂重力平衡狀態(tài)是大臂稍向后偏轉(zhuǎn)，肘部在肱骨頭后側(cè)，小臂向前偏轉(zhuǎn)(前偏角因人而異)，重心線在肱骨頭和腕骨連線上，其重力平衡原理是手部力矩等于肘部力矩。由于袖是圍繞手臂懸吊在肩上的柔性體，無法獲得手臂一樣的剛性力矩，其結(jié)構(gòu)中心線只有鉛垂向下，才能實現(xiàn)結(jié)構(gòu)重力平衡。

2 上衣結(jié)構(gòu)設(shè)計“2A”原理

上衣結(jié)構(gòu)設(shè)計“2A”原理是以人體肩頸點為轉(zhuǎn)動軸(Axes)，以頸胸傾角、項背傾角、腰背傾角和肩斜角為偏轉(zhuǎn)角(Angle)構(gòu)造衣身；以肱骨頭為轉(zhuǎn)動軸，以人體的臂肩角和袖的裝袖角構(gòu)造衣袖[4]，實現(xiàn)上衣結(jié)構(gòu)重力平衡的設(shè)計原理，簡稱“2A”原理。

2.1 “2A”原理中肩頸點作用

肩頸點是肩部內(nèi)側(cè)最高點，也是主承重區(qū)的最高點，肩頸點與肩凸點之間是肩脊線。肩脊線通常是服裝前后衣片的上分界線，也是衣身的上承重線。肩斜角相當于將肩脊線以肩頸點為軸自水平面向下旋轉(zhuǎn)的某個角度。頸胸傾角相當于將乳房高點繞肩頸點自鉛垂面向前旋轉(zhuǎn)的某個角度。后背形態(tài)的結(jié)構(gòu)原理也是如此。

因此，肩頸點是人體承重區(qū)前后、左右兩個方向的旋轉(zhuǎn)軸，是應(yīng)用“2A”原理設(shè)計上衣的核心結(jié)構(gòu)點。

2.2 “2A”原理中肩斜角作用

溜肩體肩斜角比正常體肩斜角大，相當于將肩脊線繞肩頸點多旋轉(zhuǎn)一定角度，同樣也會帶動門襟線向人體另一側(cè)偏轉(zhuǎn)相同角度。如果溜肩體的人穿正常體的衣服，門襟就會交叉，腋下有堆褶。

但以肩頸點為軸，以肩斜角為偏轉(zhuǎn)角構(gòu)造的衣身，就會避免上述情況，能夠適應(yīng)人體左右方向的坡度造型，使肩部(承重區(qū))均衡承載，門襟和后背自重平行下垂。

2.3 “2A”原理中頸胸傾角作用

頸胸傾角的作用機制如圖5所示。大胸體比平胸體的頸胸傾角大，相當于將乳房高點繞肩頸點自鉛垂面向前多旋轉(zhuǎn)一定角度，這也會造成門襟線發(fā)生相應(yīng)的變化。如果大胸體的人穿適合平胸體的衣服，門襟就會向前外側(cè)分開。胸腹傾角的作用機制與頸胸傾角同理，不贅述。

注：QA為大胸體頸胸傾角；QB為平胸體頸胸傾角；QC為大腹體頸腹傾角；1為胸圍線；2為腰圍線。圖5 頸胸傾角作用機制Fig.5 Action mechanism of angle of neck and chest

由此可知，以肩頸點為軸，以頸胸傾角和頸腹傾角為偏轉(zhuǎn)角構(gòu)造的衣身，能夠適應(yīng)人體前后方向的坡度變化，在前胸自然覆蓋，衣身自重平行下垂。

2.4 “2A”原理中項背傾角的作用

項背傾角在衣身后背的作用機制與頸胸傾角在門襟的作用同理。長上衣會涉及腰臀傾角，與此同理，不贅述。

2.5 “2A”原理中腰背傾角的作用

在圖2中可見人體腰背部有內(nèi)傾、直立、外傾3種形態(tài)，內(nèi)傾的腰背傾角為正，外傾的腰背傾角為負。腰背傾角向外傾的腰部會對服裝起支撐作用；腰背傾角向內(nèi)傾的腰部處于后衣身懸垂段內(nèi)，可通過收腰表現(xiàn)出人體曲線美。

2.6 袖結(jié)構(gòu)設(shè)計中的“2A”原理

袖作為上衣活動頻繁的結(jié)構(gòu)部位[12-13]，設(shè)計時首先要應(yīng)用人體工學原理滿足活動需要。大臂向兩側(cè)舉起對袖的影響如圖6所示。大臂前后擺動對袖的影響如圖7所示。兩張圖分析了大臂兩個方向的運動軌跡和袖的形態(tài)變化。大臂向各個方向的動作始終以肱骨頭為軸，袖圍繞在大臂上被帶動變形，表現(xiàn)出向運動方向一側(cè)擠壓，背離運動方向一側(cè)拉伸，因此肱骨頭也是袖結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)動軸，是袖功能的核心結(jié)構(gòu)點。

由此可知，緊身袖比寬松袖更方便手臂活動是由于結(jié)構(gòu)中心線靠近肱骨頭，在活動時與手臂接近同軸，旋轉(zhuǎn)半徑小，偏轉(zhuǎn)弧長和弦長小，需要的袖根余量(拉伸量)少。另外，袖窿并非必須通過肩凸點(S)[14]，裝袖的袖窿截面在肩凸點外側(cè)，更有利于手臂活動。

注：L1 為大臂側(cè)平舉時，緊身袖需要的袖底伸長量(袖根余量)；L2為大臂上舉時，緊身袖需要的袖底伸長量(袖根余量)。圖6 大臂向兩側(cè)舉起對袖的影響Fig.6 Influence of raising arms on sleeves

注：Q6,Q7為手臂在運動中某個止點處，大臂中心線與肩線夾角；L3 為大臂前伸時，緊身袖需要的袖底伸長量(袖根余量)；L4 為大臂前伸時，肥袖需要的袖底伸長量(袖根余量)；L5 為大臂后擺時，緊身袖需要的袖底伸長量(袖根余量)；L6 為大臂后擺時，肥袖需要的袖底伸長量(袖根余量)。圖7 大臂前后擺動對袖的影響Fig.7 Influence of arm movements on sleeves

根據(jù)袖的結(jié)構(gòu)特征可知，長袖的結(jié)構(gòu)重力平衡狀態(tài)是其結(jié)構(gòu)中心線鉛垂向下，此時大臂中心線與肩脊線的夾角就是臂肩角。 裝袖角是袖結(jié)構(gòu)中心線與鉛垂線的夾角，用于預(yù)設(shè)袖舉起高度。

綜上所述，以肱骨頭為軸，用臂肩角確定袖與衣身在前后方向的相對狀態(tài)，用裝袖角確定袖與衣身在左右方向的相對狀態(tài)，可以使袖符合人的肩臂部自然形態(tài)，或者滿足設(shè)定的運動需要。

3 “2A”原理在上衣結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應(yīng)用

“2A”原理的核心是結(jié)構(gòu)重力平衡，在設(shè)計上衣結(jié)構(gòu)時，首先要根據(jù)造型風格確定上衣輪廓，然后根據(jù)人體關(guān)鍵點和關(guān)鍵角構(gòu)建相應(yīng)的立體模型，實現(xiàn)上衣結(jié)構(gòu)重力平衡，最后在不破壞現(xiàn)有重力平衡的情況下進行藝術(shù)化的韻律設(shè)計。

3.1 體型識別

體型識別是從人體測量數(shù)據(jù)中識別其體型特征，目的是根據(jù)體型特征中的關(guān)鍵點和關(guān)鍵角數(shù)據(jù)，應(yīng)用“2A”原理進行上衣結(jié)構(gòu)重力平衡設(shè)計。 不同體型的人有各自的美感，例如，溜肩體的人氣質(zhì)溫柔，平肩體的人氣質(zhì)莊嚴，聳肩體的人氣質(zhì)冷硬，文獻[15]中把溜肩歸為體型缺陷是不恰當?shù)?。如果還要通過墊肩、聳肩造型把溜肩體型變成視覺上的平肩體型 ，就會使服裝造型風格與穿著者自身的氣質(zhì)發(fā)生沖突，這樣的服裝不能展現(xiàn)出穿著者的美感。

因此，體型識別要使服裝結(jié)構(gòu)符合穿著者身材、氣質(zhì)。例如，腰背部形態(tài)代表人的精神狀態(tài)，人的腰背內(nèi)傾>15°是心理緊張狀態(tài)，身體后仰，避讓危險；腰背內(nèi)傾5～15°是心理激昂狀態(tài)，身姿挺拔，活力十足；腰背內(nèi)傾0～5°是心理平靜狀態(tài)，身姿中正，安定平穩(wěn)；腰背傾角<0°是心理低落狀態(tài)，腰背外弓，行動遲緩。只有符合穿著者內(nèi)在氣質(zhì)的服裝結(jié)構(gòu)，才能體現(xiàn)穿著者自身的美感。

3.2 承重段設(shè)計

按照“2A”原理，首先要確定承重結(jié)構(gòu)形式適合服裝材料強度，以達到結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的效果；然后通過結(jié)構(gòu)與人體的配合，使服裝材料受力均勻；最后才是構(gòu)造部件的藝術(shù)化設(shè)計，實現(xiàn)獨特的美感。需要說明的是：

1)設(shè)置省位和結(jié)構(gòu)分割時，要選擇最佳承載形式確保承重段結(jié)構(gòu)重力平衡。例如，理論上胸省可以設(shè)置在乳高點的任意方向，但袖窿省、領(lǐng)省、肩省和乳間省的結(jié)構(gòu)力學性能不同，同樣的省量(角度)，袖窿省在服裝上顯示的效果好，乳間省的效果不好。

2)領(lǐng)子結(jié)構(gòu)要與衣身結(jié)構(gòu)相符，衣領(lǐng)高度要與頸部匹配，開領(lǐng)寬度和深度要與臉形相宜。

3)設(shè)計袖山造型時，首先要確保承重結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，其次是要有利于臉形和肩寬比例。

4)在胸部用堆疊、懸垂、褶皺等方法增大服裝體積時，要考慮結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，還要考慮衣身承重做到整體結(jié)構(gòu)重力平衡。

5)要避免過重的紐扣、拉鏈等材料，或胸花、胸針等裝飾物給服裝施加過大的局部拉力，破壞衣身結(jié)構(gòu)重力平衡。

3.3 懸垂段設(shè)計

按照結(jié)構(gòu)設(shè)計“2A”原理，上衣懸垂段根據(jù)穿著者體型判定，其結(jié)構(gòu)設(shè)計主要依據(jù)服裝重力平衡機制和已經(jīng)確定的設(shè)計風格。

1)腰背內(nèi)傾的人，腰部在上身的下承重線水平投影內(nèi)，此段后衣身呈自重下垂狀態(tài)，使用腰省可彰顯身材曲線；也可以在胸圍線下開始外擴呈喇叭形，形成活潑的款式。如果是腰背中正和腰背外傾的人，腰部不在上身的下承重線水平投影內(nèi)，后衣身有可能被腰托住，不能自重下垂，只能使用平腰造型(背到臀平直)，形成莊重的款式。

2)懸垂段的裝飾設(shè)計應(yīng)設(shè)置在服裝外緣，如長上衣的下擺和袖口，避免在小腹附近設(shè)置引人注目的裝飾。裝飾物要與服裝面料匹配。

3.4 系統(tǒng)設(shè)計

服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計是系統(tǒng)工程，在用系統(tǒng)思維進行分項、分步設(shè)計過程中，同時要對服裝制作方法進行預(yù)演，確保設(shè)計方案可實現(xiàn)服裝結(jié)構(gòu)重力平衡，并做到服裝整體風格完整、結(jié)構(gòu)完整。

3.5 上衣缺陷識別

服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中需要核驗和完善階段性成果，識別服裝缺陷及其誘因，然后進行系統(tǒng)分析，找到根本原因，采取針對性措施消除缺陷。上衣制作過程中，在設(shè)計、制板、裁剪和加工環(huán)節(jié)都可能造成服裝結(jié)構(gòu)缺陷，其中因制板錯誤有可能導致的缺陷如下：

1)肩斜角過大，致門襟向人體側(cè)面叉開。

2)頸胸傾角過大，致門襟偏向另一邊。

3)項背傾角過大，致后背處拱起。

4)腰背傾角過大，致后背堆橫褶。

5)腰臀傾角過大，致旗袍臀部起空。

6)胸腹傾角過大，致門襟向另一側(cè)偏轉(zhuǎn)。

7)袖窿截面豎直，袖山高為零，致手臂下垂時袖內(nèi)側(cè)堆褶，袖口向外支翹。

8)用胸圍推算袖窿，給胸圍大、手臂細的人做的袖過于肥大；給胸圍小、手臂粗的人做的袖緊瘦，活動困難。

4 結(jié)語

通過結(jié)構(gòu)力學方法分析上衣在人體上的重力平衡狀態(tài)和上衣結(jié)構(gòu)重力平衡機理，用人體工學方法分析適合手臂活動的袖形態(tài)，找到與上衣對應(yīng)的人體關(guān)鍵點和關(guān)鍵角，提出以人體關(guān)鍵點為轉(zhuǎn)動軸，以關(guān)鍵角為偏轉(zhuǎn)角的上衣結(jié)構(gòu)設(shè)計“2A”原理。此原理在服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計中具有一定的普適性、科學性和實用性，容易實現(xiàn)不同體型和不同款式的上衣結(jié)構(gòu)設(shè)計效果，有助于高級定制服裝結(jié)構(gòu)設(shè)計和制板。