基于AutoCAD参数化的个性化服装纸样生成

叶勤文， 张皋鹏

(四川大学 轻纺与食品学院， 四川 成都 610065)

随着人们生活水平的提高，个性化服装定制越来越成为一种流行趋势，然而个性化服装定制过程中服装样版的生成对样版师的依赖性较大，且效率和精度较低，因此，如何实现服装纸样快速生成是个性化定制的关键[1-2]。虽然服装CAD在一定程度上提高了服装制版效率，但对于样版的修改和调整以及个性化纸样生成仍然不够智能，因此，提出了参数化制版的概念。参数化制版即通过定义服装纸样中各几何对象间的几何关系和尺寸关系，通过尺寸驱动完成服装纸样的快速修改，从而生成个性化服装纸样[3-4]。常规的手工制图以及CAD制图每次只针对单一的尺寸规格，对于不同的尺寸需要通过推档才能获得服装结构图，而参数化服装制版可针对任何尺寸进行制图，不需要推档等作业，因此，可极大地提高服装制版人员的工作效率[5-6]。

AutoCAD参数化制图是通过几何约束来约束图形对象之间的几何关系，通过标注约束来约束图形对象之间的尺寸关系，然后通过定义参数和函数表达式使几何对象间产生尺寸关联，当修改参数和函数表达式时，可驱动原图形生成新图形[7]。由于AutoCAD参数化只能约束直线和圆弧，因此，本文研究了双圆弧拟合服装样版轮廓曲线、AutoCAD参数化以及双圆弧参数化约束，在此基础上建立新文化女装衣身原型参数化样版，通过修改参数实现个性化服装纸样的快速生成[8-10]。

1 AutoCAD参数化

AutoCAD自2010版以来便提供了参数化绘图的新功能，参数化工具栏如图1(a)所示。参数化绘图的新功能中有2种约束类型，即几何约束和尺寸约束。此外，AutoCAD还提供了推断约束和自动约束，以帮助用户在图形设计中自动创建约束[11-12]。

图1 AutoCAD参数化功能Fig.1 AutoCAD parameterization.(a) Parametric toolbar; (b) Geometric constraints toolbar; (c) Dimensional constraints toolbar

几何约束用于定义图形各对象间的几何关系。用户可通过几何约束确保图形对象间的准确位置关系。几何约束类型包括：重合、垂直、平行、相切、水平、竖直、共线、同心、平滑、对称、相等和固定，其工具栏如图1(b)所示。 当几何对象应用了某种几何约束时，在几何对象旁边就会出现相应的几何约束图标。

标注约束用于约束距离、角度、半径和直径，标注约束工具栏如图1(c)所示。标注约束可锁定对象并保持对象的固定尺寸，通过修改参数和表达式来更改约束对象的尺寸。在应用标注约束时，系统将自动创建标注约束参数并记录在参数化管理器中，用户可自定义标注约束参数的名称和修改参数表达式。

自动约束可对多个对象同时进行几何约束设置，自动约束是计算机根据用户所绘制图形本身的几何关系自行判断各几何对象间的位置关系，从而设置各对象间的几何关系。

推断约束可在绘图过程中为图形对象自动添加约束，打开推断约束模式后，系统将在创建和编辑几何对象时自动使用几何约束。通过约束设置栏设置约束信息，仅当对象满足约束条件时，约束才会应用于对象，约束设置栏如图2所示。

图2 约束设置栏Fig.2 Constraint settings

参数管理器如图3所示。显示了约束对象的所有标注约束参数、参照参数和用户参数，并且这些参数可被编辑、重命名和编组。标注约束参数是指图形中所有的标注约束的参数；参照参数是一种从动标注约束(动态或注释性)，它并不控制关联的几何图形，但会将类似的测量报告给标注对象；用户参数是指用户自定义的参数，可用来定义关键参数(比如制作服装样版的关键尺寸胸围、腰围和臀围等)[13]。在应用标注约束时，标注约束参数可引用用户参数和每个标注约束参数，从而建立数学表达式，使图形中的各几何对象之间产生尺寸关联。另外，用户也可通过引用用户参数和每个标注约束参数从而创建新的用户参数，以备其他标注约束参数再次引用。

图3 参数管理器Fig.3 Parameters manager

AutoCAD中的参数化设计主要用于为图形添加几何约束和标注约束。通过定义参数和建立函数表达式，使各对象之间产生关联约束。用户可利用几何约束和标注约束强制执行各种设计和修改，通过修改参数和函数表达式驱动原始图形自动生成新图形。

2 服装曲线拟合

2.1 服装曲线

从几何学角度来看，服装样版可被视为一组几何元素，例如点、直线和曲线，服装样版曲线如图4所示。服装样版中的轮廓曲线主要包括前领窝弧线等C曲线和袖山弧线等S曲线，由于S曲线可分为2段C曲线，因此，本文将服装样版轮廓曲线统一为C曲线。

图4 服装样版曲线Fig.4 Apparel pattern curves. (a) C-curve;(b) S-curve

在服装样版制作中，有2种绘制服装样版曲线的方法：纸上手工绘图和专业计算机服装辅助设计(CGAD)。在纸上绘制服装样版曲线时，主要使用曲线板和其他工具根据经验和美学来平滑曲线。在CGAD中绘制服装样版时，通过CGAD中提供的曲线绘制工具绘制轮廓曲线，例如样条曲线或圆弧。由于AutoCAD参数化只能对直线和圆弧进行约束和驱动，因此，首先利用双圆弧拟合服装样版中的轮廓曲线，然后通过几何约束和标注约束构建参数化双圆弧约束模型，最后基于参数化双圆弧约束模型建立参数化服装样版。对于特定的人体尺寸，通过修改参数或函数表达式，原样版可自动且快速地生成新的个性化服装样版。

2.2 双圆弧拟合曲线原理

图5为双圆弧示意图。在平面给定A、B端点以及切线OA、OB，以A、B为端点作2段圆弧且与OA、OB相切(本文讨论情况排除OA=OB，否则可用一段圆弧模拟曲线)，这样构成的曲线在工程应用中称为双圆弧曲线[14-15]。此处取OA>OB，由几何关系可得，双圆弧公切点的轨迹是一段圆弧。双圆弧公切点轨迹如图5(a)所示，在OA上取点C，使OC=OB，再以A、B和C这3点画一段弧，则双圆弧公切点的轨迹在弧ACB上，且在弧BC之间。在弧BC上任取一点，与点B和点A相连的直线作为弦长，OB和OA作为切线，即可绘制双圆弧，例如在弧BC上取点P和点T，皆可绘制双圆弧。取点P作为公切点，连接PA和PB，以PA和PB作为弦长，OB和OA为切线，即可作双圆弧如图5(b)所示。

图5 双圆弧示意图Fig.5 Sketch of double arc.(a) Double arc common tangent point trajectory; (b) Double arc

2.3 双圆弧画法

双圆弧画法示意图如图6所示。由几何知识可得，三角形的内心P在双圆弧公切点的轨迹上，因此，本文选内心P作为双圆弧公切点，通过A、P、B这3点绘制双圆弧。由于三角形任意2条角平分线的交点即为内心，因此，在AutoCAD中，通过构造线绘制△AOB的任意2条角平分线从而确定出三角形的内心P，然后通过多段线即可绘制双圆弧。

图6 双圆弧画法示意图Fig.6 Sketch of double arc drawing method.(a) Double arc common tangent point P; (b) Double arc

2.4 双圆弧半径弧长计算

在服装结构制图中，时常会定量计算弧线长度, 比如袖窿弧线、领窝弧线等，因此，本节给出双圆弧拟合曲线的半径和弧长计算方法[16]。在服装轮廓线中，双圆弧的两切线夹角基本上分为直角和钝角，因此，本文只讨论两切线夹角为直角和钝角的2种情况。双圆弧半径及弧长计算模型图如图7所示。已知OA=y，OB=x，且y>x，∠OBA=α，∠OAB=β。当∠AOB为钝角时，由几何关系可得双圆弧的2个半径：

图7 双圆弧半径及弧长计算模型图Fig.7 Calculation model of double arc radius and length. (a)∠AOB is an obtuse angle; (b) ∠AOB is a right angle

当∠AOB为直角时，由几何关系可得双圆弧的2个半径：

又α+β=90°，则有：

3 参数化双圆弧约束方法

以新文化女装原型前领窝弧线为例，在参数化制图中，当胸围等主要尺寸数据发生改变时，领围、前领宽和前领深也会随之改变，因此，可先通过双圆弧拟合前领窝弧线，再通过AutoCAD的参数化功能约束双圆弧，当胸围尺寸发生改变时，前领窝弧线也会发生相应的改变。本节主要讨论参数化双圆弧具体约束方法。

3.1 角度约束法

由几何关系可得，三角形中3条角平分线的交点即为三角形的内心。角度约束法原理图如图8(a)所示。OP、AP和BP为三角形的3条角平分线，P点为三角形的内心，通过A、P和B这3点可绘制双圆弧，通过标注约束来约束∠AOP、∠BOP、∠OAP和∠OBP中任意一角从而约束双圆弧。角度约束法几何约束图如图8(b)所示。通过几何约束来约束各对象间的几何关系，再通过标注约束来约束前领宽OB、前领深OA和∠BOP从而约束双圆弧。角度约束法数据如表1所示。当修改用户参数B时，前领宽OB和前领深OA都会发生相应的改变，从而达到驱动前领窝弧线的目的。

图8 角度约束法示意图Fig.8 Sketch of angle constraint. (a)Angle constraint principle; (b) Sketch of geometric constraints

项目名称表达式数值类型标注约束参数∠BOP45°45°角度前领深前领宽+574 mm竖直前领宽B/24+3469 mm水平用户参数B840840 mm实时

注：∠BOP为图8(a)中所示角度；B为胸围，单位为mm，下同。

3.2 半径约束法

通过几何约束来约束直线及弧线的几何关系，通过标注约束来约束前领宽、前领深，最后通过标注约束约束双圆弧的2个半径R、r，从而约束双圆弧，双圆弧半径如图9(a)所示，由2.4节可知双圆弧半径计算方法。半径约束法几何约束图如图9(b)所示，通过几何约束来约束直线和弧线的几何关系，再通过标注约束来约束前领宽OB、前领深OA以及双圆弧的半径R、r，从而约束双圆弧，半径约束法数据如表2所示。

图9 半径约束法示意图Fig.9 Sketch of radius constraint.(a) Double arc radius; (b) Sketch of geometric constraints

项目名称表达式数值类型标注约束参数前领宽B/24+3469 mm水平前领深半径R前领宽+5半径大74 mm77.85 mm竖直半径半径r半径小65.75 mm半径用户参数αarctan(前领深/前领宽)47.00°实时半径大前领深/(1-sinα+cosα)77.85 mm实时半径小前领宽/(1+sinα-cosα)65.75 mm实时B840840 mm实时

注：α为图9(a)中的∠ABO；半径R和r为双圆弧的2个半径。

4 参数化设计

4.1 参数化制图

以AutoCAD2014软件为平台，通过以上列举双圆弧拟合曲线和参数化约束方法，可方便有效地约束服装轮廓线，从而实现参数化制版目的。以新文化女装衣身原型为例(号型规格为160/84A)，首先利用双圆弧拟合服装样版中的曲线，再通过第3节列举的参数化双圆弧约束方法进行约束，新文化衣身约束数据如表3所示，原型约束标记图如图10所示。

几何约束图如图11所示。图中服装轮廓曲线均采用双圆弧约束方法中的半径约束方法进行约束。

4.2 个性化纸样生成

建立完参数化样版后，可修改关键参数如表4 所示，从而快速生成个性化纸样。针对不同用户的具体尺寸，表达式都可修改为确定的值，如此便可达到一人一版的目的。个性化纸样生成采用4种方案进行说明，具体方案如下。

表3 新文化衣身原型约束数据Tab.3 New cultural body prototype constraints data

注：B为840 mm，背长为380 mm，胸围放松量为120 mm，为用户自定义关键参数；表中长度单位均为mm，角度单位均为(°)，下同。

方案1：只调整胸围和背长尺寸，当胸围和背长等关键尺寸发生改变时，原型样版整体会纵向和横向进行缩放，胸围和背长调整对比图如图12所示，调整数据如表5所示。

方案2：保持胸围和背长等关键尺寸不变，只调整前领宽、前领深、后领宽和后领深等参数，从而调整前后领窝形状，前后领窝调整对比图如图13所示，调整数据如表6所示。

图10 新文化衣身原型约束标记图Fig.10 Rear and front piece of new culture body prototype constraint marker

图11 新文化衣身原型几何约束图Fig.11 Rear and front piece of new culture body prototype geometric constraints

关键参数表达式B背长胸围放松量胸宽背宽前领宽前领深后领宽后领深前肩斜线角度后肩斜线角度胸省省量胸省省尖点定点X胸省省尖点定点Y肩胛省省量肩胛省省尖点定点X肩胛省省尖点定点Y840380120B/8+62B/8+74B/24+34前领宽+5前领宽+2后领宽/32218B/12-32胸宽/2+7背长-袖窿深线B/32-8背宽/2+1080

图12 胸围和背长调整对比图Fig.12 Comparison sketch of bust and back length adjustment

表5 胸围和背长调整数据表Tab.5 Bust and back length adjustment datamm

注：修改1和修改2样版是在原始版关键尺寸数据上下调整得到，下同。

图13 前后领窝调整对比图Fig.13 Comparison sketch of front and rear collar adjustment

表6 前后领窝调整数据表

方案3:保持胸围和背长等关键尺寸不变，只调整前肩斜线角度和后肩斜线角度，从而调整前后肩斜线，前后肩斜线角度调整对比图如图14所示，调整数据如表7所示。

方案4：保持胸围和背长等关键尺寸不变，只调整胸省省尖点定点X、胸省省尖点定点Y、胸省省量、肩胛省省尖点定点X、肩胛省省尖点定点Y和肩胛省省量，从而调整胸省和肩胛省的位置以及省量大小，胸省肩胛省调整对比图如图15所示，调整数据如表8所示。

图14 前后肩斜线角度调整对比图Fig.14 Comparison sketch of front and rear shoulder slant angle adjustment

样版前肩斜线角度/(°)后肩斜线角度/(°)原始版修改1修改2222024182016

图15 胸省肩胛省调整对比图Fig.15 Comparison sketch of bust dart and shoulder dart adjustment

样版胸省/mm肩胛省/mm定点X定点Y省量定点X定点Y省量原始版修改1修改290.585.595..517317317338334399.5104.594.580758518.2515.2521.25

注：定点X(Y)为参数胸省或肩胛省省尖点定点X(Y)的缩写。

综上可得，通过此方法建立的参数化服装样版，其任意参数皆可修改调整，且一旦样版建立，针对不同的人体尺寸，只需修改参数或表达式即可快速生成个性化服装纸样，从而快速响应个性化的要求。当修改胸围和背长等关键参数时，使样版横向和纵向缩放，从而满足不同人体维度上的需求；也可在保持胸围和背长等关键参数不变的情况下，只调整前后领窝、前后肩斜线以及胸省和肩胛省等，从而对样版做具部细节调整，满足不同人体的个性化需求。

5 结束语

本文在双圆弧拟合服装样版轮廓曲线、AutoCAD参数化制图和圆弧约束等研究的基础上，以新文化女装衣身原型为例，通过AutoCAD参数化功能实现了参数化服装制版，根据不同人体尺寸修改参数，从而快速生成个性化纸样。通过此方法建立的参数化服装样版具有精确、快速调整、效果好等优点。

在后续的研究中，可通过进一步试验提高圆弧拟合服装样版轮廓曲线和生成样版的精度，丰富样版的样式，并通过坯布进一步验证个性化样版的合理性。