服装数字技术的发展与现状

李晓喆 程哲

摘 要：服装业作为全球重要支柱产业之一，引入新科学技术已成为必然趋势。早期的二维服装设计技术促进了服装产业的高效发展，同时也将计算机应用带入了新的领域。如今三维服装设计技术的发展，逐渐提高了服装业的科技水平与市场竞争能力，且发挥了显著的作用。

关键词：服装数字化；CAD；虚拟服装设计；三维人体扫描；3D打印

中图分类号： TS941.26 文献标识码：A 文章编号：1674-2346（2016）04-0030-04

传统的二维服装CAD已相当成熟，早已在企业生产、高校教学中广泛使用。而三维服装技术大部分功能目前仍没有较好的实现商业化，部分软件系统还处于开发试验阶段，其关键问题就在于三维人体模型构造及仿真技术问题。[1]

1 二维服装设计系统

服装CAD（Computer Aided Design）最早出现于上世纪60年代。早在1963年Ivan Sutherland发表了名为《画板》的博士论文，这是有史以来第一个交互式绘图系统，它标志着计算机图形学的正式诞生。[2]此后随着计算机图形学、计算机图像学的应用，人们后来在此基础上相继开发了CAD和CAM；在1972年，美国研制出了MARCON系统；随后，美国格柏公司研制出一系列服装CAD产品，并推向国际市场，使服装CAD技术得以迅速推广。在此影响下，一些发达国家相继推出了自己的服装CAD系统，如：美国格柏（Gerber）、法国力克（Lectra）、西班因维斯特（Investronic）、德国艾斯特（Assyst）、瑞士Alexjs、日本东丽（TORAY）、加拿大派特（Pad）、日本YUKA、以色列Optitex。到了80年代，我国的服装业才开始试着引进使用国外先进技术和设备，但大部分企业至今仍然以手工平面设计为主。目前较为成熟的国产服装二维设计系统有深圳ET、北京日升天辰、深圳富怡、上海德卡、浙江爱科、上海PGM、台湾度卡软件、北京智尊宝纺、北京航天等。当今，服装CAD系统都已经日渐成熟，大部分软件都可实现纸样设计、款式设计、放码、排料等基本的功能。

1.2 服装CAD的技术展望

随着互联网科技的发展，服装设计电子商务领域的普及，消费者购买产品手段多元化以及需求品质的提升，使得服装二维系统不能满足现状，随之而生的三维服装系统则能提供许多技术支持。[3]例如，美国CDI公司的时装设计功能，加拿大PAD的样板设计与管理功能，以色列Browzwear公司的Lotta 3D设计软件，德国的Vidya等。目前，国内外三维服装CAD系统的研究开发尚处于探索实验阶段，[5]在实际应用中还存在多种问题，需要时间来验证与解决。对于现有三维服装CAD技术的发展，大致可以有以下几个方向：1）立体化：迄今为止，高校及企业所采用的服装CAD都是以二维平面设计为基础的软件，只能适用于对于服装的平面图形设计。但随着科技、社会经济的发展，人们开始对服装的舒适性、功能性有着不断的提升，实体试衣评价模式会加大企业研发生产成本，而且效率较低，这样就促使了三维技术的发展应用需求。2）智能化：目前服装CAD系统还只被称作辅助设计系统，是由于其设计方式仍由设计师思想为主导，借助CAD系统进行单一的制图。所以，加大服装智能化的发展，就是使服装CAD系统能够更主动更智能地自动生成纸样、自动排料，且具有学习、应用专家的经验和知识的能力。[4]3）多元化：随着计算机集成制造ClMS（Computer Integrated Manufacturing System）概念的提出，服装CAD技术将使设计、生产走向全面自动化和现代化的方向。[5]例如计算机辅助制造（CAM）、计算机辅助工艺规程设计（CAPP）、综合管理系统（MIS）等都将得到迅速的发展。

2 三维人体测量与模拟技术

服装设计是以人为本的三维设计过程，平面的服装设计无法表达服装的三维形态，无法满足服装设计本质的需要。在服装设计的开始与结束，都离不开人体的数据，人体测量是服装设计和生产中重要的基础性工作。[6]利用不同技术手段的三维人体测量设备，首先可以提高测量的精度，其次能获取庞大的尺寸数据，而且能随时取出人体表面每个部位的数据。因此，结合三维人体测量技术，将数据应用于设计之前，以准确的表达各个部位的变量，使得服装更符合于人体，以及在设计结束后对于服装舒适性的检验——虚拟试衣，都是目前的三维服装技术发展的目的。[7]当今三维服装系统的研制在三维人体的测量和绘制技术、二维图形转三维之间的技术、三维虚拟仿真技术等方面还存在着一些问题。

2.1 三维人体测量

早期的手工人体测量方法，是利用测量工具与人体直接接触测量。但是这种传统的测量方法效率低下，测量精度低，测量数据不丰富，不能随时调取所需要部位的数据。因此三维人体扫描测量技术能填补这一不足，目前的三维测量手段有：1）立体摄影法：运用一组摄影机，在不同角度同时对人体摄影，人体依据背景参考物（比例尺）定点站立，通过摄影后的照片来计算人体各部位尺寸，这种方法符合人的视觉特点，但对于视觉上被遮挡的部位测量较难，精度也不高。2）激光测量法：用单个或多个红外激光仪对站立在测量暗室内的被测者进行由上至下的水平扫描，从而测得人体表面的全部数据，如德国VitusSmart XXL。3）莫尔条纹测量法：利用平行光照射光栅，将光栅成像在被测物体上形成变形光栅，变形光栅便携带了物体的形貌信息，再用透镜对变形光栅成像，在变形光栅像的位置放置参考光栅，在参考光栅表面可以看到莫尔条纹。[8]4）白光分层轮廓测量法[9]：利用单个或多个白色光源由上至下向人体表面投射，当遇到人体表面后令投射的光栅变形，产生的图像将可以表示物体表面的轮廓，[10]其缺点是对于反射效果较差的表面测量不准。如美国[TC2]，法国Telmat。

2.2 三维人体建模

三维人体及服装建模始终是计算机图形学和服装CAD领域的热点和难点。[11]长期以来，针对该领域的研究主要形成了以下幾种建模方法：采用点构造三维模型；采用网格小平面法构造三维模型，基于物理方式进行三维建模。由于服装是一种柔性体，其形态既受款式造型的影响，又受到面料性态的影响，[12]这些方法在运算速度、模型可控性和模型光滑性等方面各有所长，但也各有局限性。[13]例如，一套三维人体测量、二维设计、三维试衣系统：利用三维人体扫描仪Vitus Smart XXL扫描，随后通过模型数据分析软件AnthroScan导出人体数据与模型，结合Assyst制图系统（图1a），设计服装二维平面图，随后导入Vidya三维试衣软件（图1b），进行虚拟试衣，可以通过模型试穿直观的发现结构样板问题所在，以及调整服装设计外观（面料种类、色彩等）。同样，也可以用数学软件Matlab编程得到服装二维平面图的自动生成系统。

3 3D打印服装设计

3D打印技术是由麻省理工学院Sachs等人首先提出的，是一种将构建材质分解后，由微喷射喷嘴喷出，按设定的路径逐层堆成形的技术。[14]从2010年荷兰伊里斯·凡·赫本Iris Van Herpen首度发表3D打印服装之后，目前在服饰的设计中的是一种发展潮流，经过几年的飞速发展，3D打印技术在服饰设计中的应用日渐成熟。2014年，美国Nervous System工作室设计的“柔性”连衣裙，将3D打印技术与折纸工艺结合起来，将大小各异的块状化的打印碎片，通过铰链设计连结起来，使得由硬塑料材质打印的连衣裙能在穿着后像软织物悬垂、晃动（图2a）；2017春夏纽约时装周中，美国的Three As Four团队展示了他们设计作品——“Oscillation”（图2b），它由早期的硬性材质改变为柔性，并且改进了单一的材质颜色为渐变色。3D打印技术相比于传统的服装设计有着一定的优势：设计方面个性化、没有局限；工艺上一次成型；制作上采用增法原则、没有废料产生。不足在于设备普及型与原材料的问题。

4 总结

服装设计的数字化能降低企业的设计成本，提高开发效率，并且能够精确的解决服装的合体性、舒适性等问题，实现虚拟试衣、量身定制效果。至今服装数字化设计系统的开发还没有完全成熟，大部分功能没有实现较好的智能化，以至于不能完全实现商业化。如软件系统中的各个步骤间自动性、连贯性不强，操作复杂；二维与三维技术系统之间的结合与相互转化使用中，也存在着根本问题；各个生产商使用的不同开发系统的不兼容性、知识产权保护等问题，在目前也较难解决。因此，首先要解决软件开发阶段的种种问题，降低使用难度，提高智能型、兼容性，从而才能更好的将服装数字技术普及，从而提高设计生产效率，降低创建与产品开发过程的成本，这也是服装数字化技术发展的主要目标。

参考文献

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