基于3D扫描技术的服装设计与开发

摘要：随着计算机科学的发展，特别是3D扫描技术在服装设计中的应用，实现了智能建模，而这在传统的设计方法中是不可能实现的。本文基于新的3D技术，通过款式建模的形式可以扩展设计思维和方法，形成更为合理的服装结构，指导服装生产模式的革新。并且随着媒介及计算机技术的改进，将会有更多的创新形式应用到服装的设计与开发中。

关键词：3D扫描；交互设计；服装设计与开发；服装试衣；人体建模

中图分类号：TS941.26 文献标志码：A

Garment Design and Development Based on 3D Scanning Technology

Abstract： With the development of computer technology， especially the application of 3D scanning technology in garment design， intelligent modeling， which cannot be realized in traditional designing methods， now becomes a reality. The paper points out that based on new 3D technology， designers can extend their designing ideas and methods via style modeling and generate more rational garment structure to guide the innovation in garment production mode. It also predicts that with the advancement of media and computer technology， more and more innovative modes will be applied to garment design and development. Key words： 3D scanning； interactive design； garment design and development； garment fitting； human body modeling

目前，3D技术在中国得到了政府的大力支持。中国制造业必须紧紧依靠深化改革和创新的推动来促进其由大变强，从而推动了3D技术在中国的发展。本文基于3D扫描技术，以女士衬衫为例，对服装的设计与开发进行探讨研究。目的是在3D时代，通过一个新的创意思维来改变传统的设计模式。

1 基于3D扫描技术的交互服装设计

随着虚拟现实技术、计算机视觉以及计算机图形学的进步，交互服装设计吸引了人们的注意，它是服装技术的创新，是未来服装设计的发展趋势。在交互服装设计中，基于3D扫描技术构建的3D虚拟人体模型被用来即时显示设计阶段的服装，并且在整个工作流程中，它都是至关重要的一部分。

全新的交互设计发展过程包括5个对象：人体、虚拟人体模型、3D服装、2D纸样、实体服装。首先，通过现代的3D扫描系统捕捉人体的点云数据，作为构建3D虚拟模型的基本输入。再依照最初的设计草图，运用相关的设计软件将服装纸样画在上面。接着可以使用最新的3D试衣软件CLO3D，将2D纸样直接生成为3D虚拟服装。确定最终的3D服装效果后，可以使用CATIA（Computer Aided Tri-Dimensional Interface Application）软件对3D服装进行展开形成2D服装纸样。最后可以将2D纸样投入工业化生产中，进行批量生产。在整个过程中，有8个交互，3个传统的交互技术用于虚拟人体模型，分别是服装试衣/面料仿真/质感、数据扫描和服装的展开。生产和实体检验交互在服装设计工业中是较为传统的实践（图1）。

2 基于3D扫描技术的服装设计开发

2.1 3D扫描技术

本实验中，使用北京博维恒信公司的3D CaMega人体扫描仪，测量精度达到0.50mm，采用对人体无害的白光为基础的结构光三维扫描技术，在数秒的时间内完成人体的全身扫描，并快速地获取精确的人体三维数据。相比传统的手工测量，它在数据的完整性和再利用性上有着无可比拟的优势，为3D服装设计、3D服装虚拟试衣和人机工程等领域的人体数据采集和自动处理提供了全面的解决方案。

2.1.1 扫描得到点云数据

使用3D CaMega人体扫描系统，对一位身高160cm的成年女性进行净体扫描，扫描对象站在扫描设备的正中间，设备从前、后、侧面不同方向依次自动扫描人体，在数秒的时间内完成对3D人体全身图像的采集，通过计算机的转换得到人体的三维点云数据图（图2）。

2.1.2 基于点云数据的人体建模

精确的点云数据被用于人体建模的重要输入，但不能直接用于人体模型的重构。一方面人体表面的不均匀，例如腋下、胯部和手部等这些部位很难被扫描，容易产生孔洞。另一方面，扫描环境和扫描过程的不确定因素，可能会产生一些噪点。为了不影响测量的结果，不影响重构模型的质量，通常会使用GS（geomagic studio）软件对其进行修复对位和去噪处理。

得到优化的点云数据后，使用GS软件通过插值处理转为点云模型，根据B样条曲线对每一个水平截面的点云进行拟合来生成3D虚拟人体模型。用这种方法构建的人体模型，也称为分段水平B样条曲线（Piecewise horizontal B-spline curve，PHBC）人体模型，可以依据B样条特性，输入关键围度尺寸，生成新人体模型（图3）。

2.2 衬衫体系的开发探索

2.2.1 基于虚拟人体的基础衬衫建模

在3D虚拟人体模型的基础上，截取人体模型的上半身曲面，结合自动提取与手工定义两种方式，从PHBC人体模型上获取人体特征信息，实现对人体关键点及线的提取，并对人体关键部位进行放量，如胸围、腰围、臀围等，以保证服装的合体性。并调整B样条曲线进行基础衬衫的虚拟设计，生成基础衬衫模型（图4、图5）。

2.2.2 基础衬衫的3D曲面展开

由于人体的不规则性，一件合体的衬衫肯定存在一定的分割线，分割线的位置和造型由设计的款式决定。首先将处理好的基础衬衫曲面导入CATIA软件，选择自由风格设计平台，在基础衬衫曲面上绘制出分割线。绘制完成后转换到线框和曲面设计平台，选择已展开外形中的展开曲面操作，选择要展开的曲面，并设置展开时的参照点和展开方向，这里将分割时有公共点的曲面在展开时选择同一个参照点，这样能减少调整时找不到拼接点的情况。

此外为了使得到的曲面都分布在同一个平面上，在展开操作界面上要选择同一个平面，在该实验中前后片选择的均是ZX平面，展开的方向均是Z轴方向。展开后需要统一调整位置形成一个完整的纸样。经过上述这些过程得到的净体前后片曲面的展开纸样（图6）。

2.2.3 基于基础衬衫的款式拓展

进行衬衣款式的拓展时，除了结构性的分割线设计外，设计师经常会用到很多的装饰性分割设计，生成不同的服装款式。图7 均是在基础衬衫模型的基础上进行的款式拓展。这里分割线的获得方式可以有两种：在展开的基础衬衫纸样上进行线条的分割；在基础衬衫曲面上进行分割。本研究基于基础衬衫模型在CATIA系统中重新进行不同的分割加量处理，这种结构拓展设计获得纸样的方法，对一个模型做多种款式的再设计，省去重建模型的复杂步骤，节省大量的时间。同时也能提高服装制版的准确度，缩短设计和制版时间，缩短生产环节并减少成本。

本研究以图7（c）款为例进行具体描述。以基础衬衫曲面为基础，在CATIA系统中绘制出分割曲线。基于前片款式中分割线处有大量的褶裥，对前侧片进行切割再进行扩展加量，量的多少取决于款式中褶裥的多少，如图8（a）、图8（b）所示。最后进行对后片以及前中片的展开。

3 结语

本文基于3D扫描系技术，首先对实验对象进行数字化扫描获得3D虚拟人体模型，接着对3D人体的上半身截面进行放量处理获得基础衬衫曲面，将基础衬衣曲面模型作为基础，进行不同的分割及切展加量，获得了多个款式不同的衬衣纸样，实现了衬衣模型的款式再设计。本研究的意义体现在以下3个方面。

（1）满足个人量身定制的需求，通过3D扫描，时刻关注个体体型的变化，建立完善的可延续的人体数据库。

（2）实现非紧身的三维曲面重构和二维纸样的获取，获得多种款式的再设计，简化设计过程，为服装设计提供新的角度和方法。

（3）建立一个集设计和纸样获取功能为一体的统一数据处理平台，打破传统的服装生产模式，缩短了生产环节，使服装工业化生产更加方便快捷，使服装工业发展进入信息化，数字化，智能化的新模式。

本文的研究内容只是冰山一角，服装行业必须紧紧依靠科技的不断创新和应用领域的不断拓展才能推动它更好的发展。

参考文献

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