交互式三维服装结构设计系统生成与展开.pdf

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1、塑塑兰塑塑丝鲞篁! 塑：! 箜：! 墅! 交互式三维服装结构设计系统生成与展开 纪鹏 ( 黄石高等专科学校，黄石，4 3 5 0 0 3 ) 摘要：提出有关服装款式c D 的人体模型建立和衣片曲面生成，探讨三维到二维的转换与逼近方法，从一种新的角廑表达了对 不规则柔性曲面的精确描述的思路。 关键词：服装三维结构设计B e z i e r 曲面展开 中圈法分类号：T s 蚪l2 6文献标识码：A 三维立体设计层次是服装结构设计从二维平面 向三维立体转化的未来发展方向，实现服装的2 D 3 D 相互转换。依靠三维图形学技术的发展，把二维 平面的服装结构和立体的人体模型结合起来，使结 构设计更加科学

2、、准确，特别是依靠彩色立体图形技 术和虚拟现实技术的发展，把立体裁剪方法搬到计 算机上进行，不仅给服装c A D 领域，同时给服装设 计领域带来极大的影响。 三维服装设计系统包括款式设计系统和结构设 计系统，由于其开发难度高，目前尚处于研制阶段。 其主要功能为：在输人人体的三维特征尺寸( 身高、 胸围、臀围、肩宽等) 后，生成人体特征模型；然后根 据服装设计要求生成三维服装模型，由于暂时性资 金、技术和能力的限制，在款式设计系统中可以将人 体模型尽可能简化，从而使设计师设计的作品尽早 实现工业化。 设计师在屏幕上设计三维服装，最终的目标是 要把三维服装转化为二维衣片后输出，一般情况下， 三维服

3、装曲面是不可展的曲面，尤其在服装有皱折 的情况下，要求转换前后，三维衣片和二维衣片的面 积应近似相等、边界曲线长度应基本一致、关键点位 置应互相对应。不管使用什么方法和模型，要想通 过一次三维模型的转换展开就得到真实准确的二维 衣片是十分困难的。因此，拟从二头逼近的方法来 实现最终目标，即从如下三个步骤来人手：1 ) 建立人 体模型和与之配套的服装结构衣片数据库，并在此 基础上实现设计师在计算机屏幕上进行三维服装设 计工作。2 ) 按照一定的数学模型实现三维农片到二 维衣片的转换。3 ) 根据设计意图和经验，对已展开 的衣片进行修剪，并重新转换成三维立体效果，由设 计师进行相关调整，并再次进行

4、三维到二维的转换。 反复多次调整后最终得到相对准确的二维衣片。 1 三维服装的结构设计系统的建立 结构设计系统有别于款式设计系统，它更着重 于三维服装向二维衣片的转化，即工业化的可能性， 为了尽量减少在三维到二维转化过程中的技术难 度，把复杂的真实动态的人体模型、重力模型和光照 模型以中间型作为参照。建立基本的人体静态模型 和基本的部件数据库。 1 1 建立基本的静态人体模型 根据人体体形、年龄、性别，可以将人体划分为 多种不同的类型，取中间体尺寸作为人体的基本模 型的参数，当然，此尺寸的来源还有待于国内人体测 量工作的进一步完善，对于其它人体模型和服装衣 片的形成，则可以在实现3 D 2 D

5、 的转换后，通过二维 c A D 或人工完成。 为了使今后的服装结构曲面较好的实现定位， 可采用边界表示法中较为典型的半边数据结构来生 成人体模型，尽管这种表示方法需要占据较大的存 储空间，但是，此方法能较好的表达边界的几何信息 和拓扑信息，加快了多面体的生成，方便了随后的曲 面定位，有利于曲面展开后的修改。 1 2 建立服装款式部件数据库 尽管服装设计创意无限，但从结构上讲，还是有 一定的规律。为了减轻设计人员的工作量和缩短板 型的生成时间，有必要将服装整体划分为相对独立 的结构衣片；考虑到三维到二维的转换及修改后的 重新生成问题，在此，划分的曲面块的形状和面积要 根据服装款式的类型和复杂度

6、确定；另外，不能完全 以服装结构意义上衣片进行划分，而要考虑曲面的 表达( 数学表达) 和今后展开的方便。 根据人体模型的数据，即人体尺寸和关键点的 三维坐标以及相互的拓扑关系，得到有关的4 4 阶 矩阵，从而推导出表示服装衣片的双三次B e z i e r 曲 面。双三次B e z i e r 曲面为： P ( ，”) = 脚如c 埘眦y ， ( n ，口) 【0 ，l j 【0 ，1J 其中u ，y 为系数矩阵；J 】l f 。为三次B e z i e r 衄线的基 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWaterma

7、rkR to remove the watermark 【8 6 】3 6 6纺织学报第2 4 卷第4 期 矩阵，G 为构成B e z i e r 曲面的1 6 个顶点组成的4x4 阶矩阵： G = 尸o oP 0 1 P o2 P o3 尸IoP 1 lP 1 2P 1 3 P 2o 尸2 lP 22P 23 P 3 ，o尸3 1P 32尸33 1 3 调用各三维服装结构曲面模块进行服装的立 体组台 当然这样做的结果会在一定的程度上降低服装 设计的灵活性和真实性，但是计算机数据库的强大 的存储、查询和管理资料的功能为设计师提供了大 量的眼装信息资料，从而拓展了设计师的思维，激发 了设计师的设

8、计灵感和刨作激情，而且还有利于 3 D 2 D 的相互转换和调整。 2 三维服装的二维展开 当由各曲面模块拼接而成的三维服装图形成 后，就可以将其展开( 见图1 ) ，具体步骤如下：1 ) 调 出三维服装衣片上按结构划分的若干曲面块，总的 来说，当对曲面的划分逼近实际需要的精确度时，多 面体的面积就接近三次曲面的面积了。由于采用半 边数据结构，在任何时候都可以通过连接各节点的 双向指针遍历( 查找) 构成多面体边界的面、边、顶点 等元素，并得到相关的三维坐标，这里以P 。为坐标 原点，以O x Y 为投影后的二维坐标平面，将所有的 三维边界点投影到二维平面上并连接这些边界点。 2 ) 将各曲面

9、投影后的多边形进行暂时性的拼接，但 仍在堆栈中保留各点的原始几何信息和拓扑信息， 以及返回三维空间的逆向指针。 曲l 构成服装款式的结构衣片及其k d e r 曲面模型 3 平面衣片修正和重新转化为三维立体 由于展开后的二维平面衣片和真实的三维立体 存在着一定的误差，因此必须将展开后的二维平面 农片根据平面结构的理论进行适当的修正，并根据 服装曲面的凹凸情况、省缝情况，对转化后的平面角 度做一些修正。 当修改初步满意后，将二维衣片重新转回三维 空间曲面，并根据三维立体效果，再一次重新转化为 二维衣片，如此循环多次，直到设计师满意为止。图 2 给出服装的三维一二维转换算法的框图。其中： 1 )

10、初始化模块。初始化子模块对输入的三维服装信 息如服装款式、服装衣片的数量、连接情况、边界设 置以及省缝和折叠情况等进行记录，为以后的处理 准备条件。2 ) 曲面处理模块。曲面处理模块的功能 是用双三次曲面逼近给定的三维服装型值点；根据 服装衣片的三维一二维转换要求，对三维服装衣片 进行细分。3 ) 曲面的调用和拼接。设计师调用衣片 数据库中的衣片进行款式设计。4 ) 三维到二维的展 开。主要是通过遍历的方法将三维坐标投影到二维 平面上，并实现多边形的顺接。5 ) 对不满意的顶点、 边和面进行调整，并通过逆向指针返回到三维空间， 重新生成三维模型，反复调整直至满意为止。6 ) 如 满意，则输出二

11、维衣片，或调用二维c A D 进行后续 处理。 圆 匦麴叠亟巫匝垂觋 I 阿雨丽确琢正丽丽际硐 t 1 = 兰_ _ i 塑盐塑旦鱼蔓苎i 三维表片的拼接和立体技果 的显示元素信息压人堆栈 i 塑当三堡壅兰l 圈 噩23 D 2 D 转换算法框图 4 结论 综上所述，可以认为交互式服装三维款式设计 系统的优势和缺陷同时存在，主要表现在以下几点： 1 引入0 0 P 的程序开发思想，在最大程度上简 化了服装款式的设计，即通过将各类款式的服装创 意简化为不同的曲面衣片的组合，从而使软件的开 发和后期的使用管理模块化，有利于软件的生成和 维护。 2 在曲面的生成模型上引用三次B “i e r 曲面，

12、 有利于曲面的调整和相邻曲面的拼接。 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark 纺织学报第2 4 卷第4 期 基于遗传算法的织机变换齿轮组合优化 赵其明贾立霞刘君妹张威 ( 河北科技大学纺织服装学院，石家庄，0 5 0 0 3 1 ) 摘要：采用v c + + 6o 编程，探讨基于遗传算法的连续式卷取机构变换齿轮组台优化方法，此法能适合用于解决齿轮组合最优 化问题。 关t 词：基于遗传算法变换齿轮新型织机纬密 中田法分粪号：1 s1 0 3 1 3 2文献标

13、识码： 目前新型织机广泛使用连续式变换齿轮卷取机 构，如苏尔寿鲁蒂片梭织机、T P 5 0 0 剑杆织机、P A T 型喷气织机、z A 型喷气织机等分别采用1 4 只交 换齿轮的连续式卷取机构。连续式卷取机构变换齿 轮的可选齿数的组合直接决定着纬密覆盖范围及纬 密分布的均匀性和连续性。同时，若卷取机构纬密 变换齿轮选配不当，不仅会增加纬纱的用纱量、减低 织物产量，而且会影响织物手感等风格特征。目前， 新型织机采用的纬密变换齿轮可选齿数组台只实现 了纬密大部分连续，且所用的齿轮数目较多。为此 对新型织机纬密变换齿轮组合进行优化，实现在确 保纬密可织范围的前提下，实现纬密全部连续、减少 备用齿轮

14、数目，这不仅有利于纺织机械厂降低机械 制造成本，而且便于纺织厂生产管理和提高经济效 益。 曾采用穷举算法，利用c 语言编程确定了4 只 交换齿轮的可选齿数的最优组合，该组合不仅所用 齿轮数目少，而且实现了纬密全部连续，使得所有纬 密档间纬密偏差均小于1 。但采用穷举算法，程 序运行时间太长，如对于齿轮数为9 的组合，当齿数 变化范围为1 5 4 5 齿时，需1 0 加h ；当齿轮数目 或齿数变化范围加大时，运行所需时间将按1 0 倍、 I 一u _ q 1 0 0 倍的数量级增加。为克服这一不足，本文采用 遗传算法对纬密变化齿轮组合进行了优化。 1 最优可选用齿数组合的条件确定 4 齿轮连续式

15、卷取机构的机上纬密计算公式为： 尸= K ；麓( 舢。厘米) 式中，足为机构常数；z 1 一z 4 为4 只变换齿轮齿 数。 各种新型织机的机构常数不尽相同，如苏尔寿 鲁蒂片梭织机的机构常数为1 0 8 ，而T P 5 0 0 剑杆织机 的机构常数为1 4 5 2 2 。 假定某可选用齿数的组合，按齿数由小到大顺 序为：z ( 1 ) ，z ( 2 ) ，z ( 3 ) ，z ( n ) ，依据4 只交 换齿轮从这n 个齿数中任选的4 个齿数组合的不 同，可获得由小到大的m 档纬密值：P ( 1 ) ，P ( 2 ) ， P ( 3 ) ，P ( m ) ，设P ( i ) 和P ( f +

16、1 ) 为其中的两 个相邻档纬密值，则这两挡纬密值间的最大的纬密 偏差为：n = 暑譬去铡l o o ，设这m 档纬 密值的m 1 个“值的晟大值为“则与满足n l 时，纬密覆盖范围内的任一相邻档纬密值的纬 密偏差均小于1 ，即纬密全部连续。令纬密覆盖 - _ _ 一， _ r H - 一1 H “ 3 在数据的引人和数据的存储管理上采用双 向式指针的数据结构，特别适合于曲面衣片的三维 生成以及三维与二维之间的转换和交互式修改。 4 作为设计师在进行设计时，创意受到衣片数 据库的制约。另外，当考虑到服装的省道、放松量、 归拔定型时，曲面衣片的生成模型不容易建立。 尽管我国服装c A D 在企业

17、中的应用已经与日 俱增，但是绝大部分仍然是二维c A D 。国外的三维 c A D 尽管功能比较完善，但是价格昂贵，并不太适 合我国企业的承受能力。在三维c A D 方面，由于光 照模型、重力模型等仍然有待研究，纯三维设计 c A D 的问世还有待时日，这里讨论的交互式款式服 装设计c A D 应该说还是有一定的实用价值，希望更 多的专家、学者去进行深入的开发，尽早开发出具有 自主知识产权的三维c A D 。 参考文献 l许耀昌等计算机辅助服装设计北京：中国纺织出版社，1 9 9 2 ： 3 0 一蚰 2 杨建辉等计算机辅助服装设计中服装的三维一二维转换的研 究中国纺织大学学报，1 9 9 0 ( 4 ) ：2 0 3倪明田等计算机图形学北京：北京大学出版社，l 蜉9 4王建萍裙厦裤装电脑打板原理上每：中国纺织大学出版社， 1 9 9 9 ：5 8 万方数据 PDF Watermark Remover DEMO : Purchase from www.PDFWatermarkR to remove the watermark