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1服裝裁片的交互設(shè)計

利用CAD工具的裁片導入，系統(tǒng)能夠比較容易的實現(xiàn)在服裝裁片縫合到虛擬模特身上，再通過力學仿真來驗證服裝款式在虛擬模特上的懸垂效果。而系統(tǒng)的最大好處是給服裝裁片的設(shè)計和修改提供了實時性，可以隨時修改服裝裁片的形狀并交互式的預覽新的服裝裁片縫合到一起后的服裝效果。系統(tǒng)可執(zhí)行的實時編輯主要包括：尺寸調(diào)整、改變形狀、添加飛鏢、開孔、添加縫邊、活褶、增加配件以及改變服裝面料等。除了服裝裁片能夠?qū)崟r編輯外，虛擬模特也能隨時改變體態(tài)和運動序列等。系統(tǒng)工作界面如圖1所示，圖1（a）顯示的是交互式服裝設(shè)計的用戶接口，圖1（b）顯示的是對服裝裁片的實時修改，及服裝款型效果的實時預覽。在服裝設(shè)計與仿真中采用創(chuàng)新的設(shè)計方法和工具，本文不但把服裝設(shè)計與仿真領(lǐng)域相關(guān)的計算機圖形學的新進展引入到系統(tǒng)中，同時也希望系統(tǒng)能夠成為服裝行業(yè)中實際應(yīng)用效果良好，作為服裝設(shè)計領(lǐng)域的一個有價值的服裝原型設(shè)計工具。本文給出的系統(tǒng)架構(gòu)，主要著力解決了以下幾個問題：

（1）提供一個交互模式的設(shè)計環(huán)境，能夠?qū)崟r的對服裝裁片的2D設(shè)計進行修改，并實時的顯示修改后的服裝裁片在3D視圖中對裁片進行縫合后的服裝效果。

（2）提供多種模擬技術(shù)，實現(xiàn)服裝設(shè)計過程的優(yōu)化，如快速服裝縫合、著裝效果預覽、交互編輯、精確模擬和動畫。

（3）提供高質(zhì)量的服裝仿真，不僅準確地模擬變形布的彈性行為，并且模型還考慮彈性應(yīng)力-應(yīng)變曲線，還能提供布料的耗散行為的精確模擬，產(chǎn)生高質(zhì)量的動畫效果預覽。

（4）通過專用的可視化模塊，對所設(shè)計的服裝在動態(tài)虛擬模特上的效果進行快速的實時動畫預覽。此外，該模塊還為網(wǎng)絡(luò)銷售的虛擬試衣提供了可能性。

（5）為具有眾多裁片、接縫及款型復雜的服裝設(shè)計提供足夠的通用性。

2面料仿真的力學模型

本文在布料仿真模塊中采用精確的力學模型，該模型是基于三角型布料表面變形的精確表達，相當于一個一階有限元描述。模型通過使用精確的力學公式來構(gòu)建三角型布料模型平面內(nèi)的拉伸和剪切變形，還能描述布料在外力作用下的變形。模型中使用到的參數(shù)都是具有切實的物理學意義，并且適用于任何形狀的三角形布料面片網(wǎng)格。而常用的質(zhì)點-彈簧模型中的彈性系數(shù)不具有確切的物理學含義，并且質(zhì)點彈簧模型只適用于規(guī)則的布片網(wǎng)格。

2.1碰撞檢測與響應(yīng)

為了獲得逼真的模擬結(jié)果，我們需要執(zhí)行衣服和人體的皮層之間的碰撞的處理。碰撞的處理分為兩個階段：碰撞檢測和碰撞響應(yīng)。碰撞檢測算法測試服裝模型的軸對齊包圍盒（AxisAlignedBoundingBox,AABB）和人體模型的包圍盒之間的所有交叉點。對AABB模型進行遍歷，直到葉節(jié)點被遍歷完。一旦發(fā)現(xiàn)兩個包圍盒相交，就應(yīng)用幾何碰撞檢測方法來測試三角形之間的碰撞，用同樣的方法檢測服裝的自碰撞。兩多邊形之間的碰撞檢測是通過檢查點的三角形相交和接近來完成的，類似于服裝與人體的碰撞檢測。為了避免邊緣的碰撞檢測，我們擴大服裝裁片模型的包圍盒。碰撞檢測后，使用速度和位置校正。速度矯正類似于文獻中的速度矯正方法，將碰撞檢測后的速度修改為：Vres=CfricVt-CreflVn+Vhuman

（1）其中Cfric和Crefl是摩擦系數(shù)和反射系數(shù)，Vhuman是人體模型的速度，Vt和Vn是布粒子相對于人體的相對速度的切線和法線分量。如果某個點已通過裁片多邊形的底部或點到人體表面的距離低于某個閾值，就要使用位置矯正。對于第一種情況，就將點的位置通過公式

（2）帶到裁片表面上。P=Π+Npolygon（2）其中，P是最終位置，Π是粒子在三角形區(qū)域上的投影，Npolygon是碰撞平面的法向量。對于第二種情況，點的位置按照公式（3）進行修正。P=P+Npolygon

（3）通過上述的碰撞檢測和響應(yīng)方法，系統(tǒng)具有足夠的通用性來處理復雜的多層服裝效果仿真，如圖2所示。

2.2動態(tài)網(wǎng)格仿真

一個具有交互式設(shè)計功能的系統(tǒng)，顯然需要具有對力學模型的快速模擬和碰撞檢測與處理的能力，并能對設(shè)計過程中的任何修改，做出快速的響應(yīng)。只有能夠?qū)θ魏尾闷母膭樱龀黾皶r的響應(yīng)，這樣的交互性才能被用戶接受。系統(tǒng)的關(guān)鍵思想是利用布片網(wǎng)格的自動構(gòu)建，對服裝裁片的形狀和特征的改變，都能快速自動生成修改后的服裝裁片。也就是在2D環(huán)境中的裁片形狀和大小的改變，能夠在3D環(huán)境中實時的顯示相應(yīng)的效果。

3服裝裁片的修改

服裝裁片的修改主要是改變裁片的尺寸或形狀，讓裁片更好的貼合人體。裁片網(wǎng)格頂點的坐標，織物的改變都是為了匹配新的形態(tài)。當服裝裁片做了修改后，系統(tǒng)利用映射更新算法，來更新2D網(wǎng)格的位置。為了達到這個目的，我們開發(fā)了一個擴展的網(wǎng)格表示方法，每個網(wǎng)格頂點會存儲它之前的位置，也就是說新的網(wǎng)格頂點知道自己從哪個網(wǎng)格頂點變換而來。當其中一個頂點移位，所有相關(guān)的網(wǎng)格頂點是根據(jù)存儲數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中的系數(shù)加權(quán)求和來更新，如圖3所示。圖3裁片的交互編輯這個方法的最大好處是：2D環(huán)境中服裝裁片的任何改變，都不會改變3D環(huán)境中的服裝的表面形態(tài)。這樣就允許設(shè)計師對服裝裁片的形狀或尺寸做任意的調(diào)整和修改，無論在服裝設(shè)計的任何階段，都能根據(jù)修改后的裁片來生成相應(yīng)的服裝款式效果，服裝最終的布料效果是不變的，如圖4中的A-C所示。

4服裝表面的重新定位

當對服裝裁片做了比較大的修改或裁片的拓撲結(jié)構(gòu)發(fā)生變化時（新特性、添加飛鏢和孔），那么上述進程不能被應(yīng)用于服裝裁片的網(wǎng)格更新。為了避免服裝重建和著衣效果的二次生成，需要一個自動的網(wǎng)格替換過程，用舊網(wǎng)格來替換新網(wǎng)格，這個過程如圖4中的C-F所示。當對服裝裁片有任何修改和調(diào)整時，服裝裁片設(shè)計模塊能夠自動的將修改之前的裁片網(wǎng)格頂點位置依據(jù)對裁片的調(diào)整和修改進行更新，也能很直觀的顯示新設(shè)計的效果。同樣的過程也可用于動態(tài)地從將一個網(wǎng)格分辨率切換到另一個，這主要取決于一個特定的設(shè)計步驟所需的互動性或準確性，如圖4中F-G所示。要讓衣服和人體恰當配合，就需要在設(shè)計服裝時考慮到人體的姿態(tài)及身體尺寸等相關(guān)的人體信息。系統(tǒng)必須具有依據(jù)人體來調(diào)整服裝尺寸的功能，而不是對不同的人體重新設(shè)計和生成相應(yīng)的服裝。服裝變形數(shù)據(jù)可以很容易的從服裝面料的力學模型中提取出來，然后依據(jù)提取出來的數(shù)據(jù)和人體尺寸的相關(guān)信息，生成新的服裝版型。不但如此，系統(tǒng)還允許根據(jù)人體相關(guān)信息生成對應(yīng)的虛擬人體模型。將三維服裝模型與虛擬人體模型進行匹配，很直觀的展示服裝的著衣效果，如圖5所示。系統(tǒng)除了能夠根據(jù)不同的人體，生成相應(yīng)尺寸的服裝，直觀展示著衣效果外，還能根據(jù)人體姿勢改變，顯示動態(tài)的著衣效果，如圖6所示。6總結(jié)隨著計算機圖形學的發(fā)展，計算機輔助設(shè)計（CAD）軟件被廣泛的使用到服裝設(shè)計中。本文針對服裝的交互設(shè)計需求，提出了一種交互式的服裝設(shè)計方法，并將其應(yīng)用到三維CAD服裝設(shè)計系統(tǒng)中。該系統(tǒng)將2D環(huán)境的裁片設(shè)計與3D環(huán)境的服裝款式效果展示進行智能集成，允許設(shè)計師對服裝款式與服裝裁片進行實時的修改，并能在3D環(huán)境中實時的顯示修改后的服裝的著衣效果。（本文來自于《輕工科技》雜志?！遁p工科技》雜志簡介詳見）

作者：于芳單位：惠州學院服裝系