（计算机应用技术专业论文）服装CAD中的曲线曲面造型若干问题研究.pdf

服装c a d 中的曲线曲面造型若干问题研究 摘要 近年来，服装c a d 技术取得了快速的发展，其使用极大地提高服装设计与生产的质量 和效率。在服装c a d 中，无论是二维结构设计还是三维效果设计，都涉及了到曲线或曲面 造型。不同的曲线或曲面，将直接影响到服装c a d 软件的风格，而且所使用的曲线或者曲 面是否合理，将直接关系到服装设计的质量与效果，因此对服装c a d 中的曲线曲面造型研 究具有重要的理论意义和应用价值。在服装纸样设计过程中，经常会碰到多个曲线段的光 顺拼接、线条的局部修改等问题。对于这类问题，传统的曲线造型方法往往不能较好的解 决，还存在着一些不足之处。在三维服装造型的设计过程中，由于其本身的复杂性，通常 需要多个曲面的拼接来构造，而曲面构造的效率和拼接条件的复杂程度都是值得考虑的问 题。就目前的一些曲面造型方法来说，往往都无法同时满足效率和效果的需求。 本课题的主要工作是针对服装纸样设计及三维造型建模中常见的一些问题进行研究， 分析了传统的曲线曲面造型方法存在的不足，引入其它设计领域中一些性能优良的方法， 并利用这些方法构造了一些服装的纸样图及三维模型，最后在这个基础上开发了服装纸样 曲线实验系统和三维曲面造型编辑系统。 本课题主要分为四个部分，首先介绍了服装c a d 的研究现状、发展前景及课题的研究 意义，并说明了课题的研究创新成果及文章的组织结构。第二部分，主要是针对服装纸样 设计中常见的一些问题进行研究，分析传统的曲线方法存在的一些问题。针对这些问题， 文章给出了一些新的服装纸样设计方法，如三次b e z i e r 样条曲线和t - b e z i e r 曲线方法。 经过计算发现，这两种曲线比传统的曲线造型方法具有更好的性能，不仅构造容易，拼接 条件简单，拼接效果好，而且设计者还能根据实际需要方便的修改线条的形状，使服装纸 样设计更具有灵活性和多样性。随后的实验也验证了这一点。 在第三部分，介绍了三维服装造型建模中常用的一些曲面方法，分析它们在设计中存 在的不足之处。在此基础上，介绍了一些新的三维服装造型方法，如给出两个相邻双三次 t - b e z i e r 曲面g 1 和g 2 连续的拼接条件，并利用这些条件构造了几个纺织服装的三维造型。 此外，文章还把三次b e z i e r 样条曲线方法扩展到曲面上，给出了双三次b e z i e r 样条曲面 的构造方法，利用该方法构造了几个服装的三维造型。实验证明，与传统方法相比，这两 个方法构造与拼接简便，建模效果好，可以用来生成一些服装的褶皱效果。 i 第四部分，基于前面讨论的几种曲线曲面造型方法，以v c + + 6 0 为平台，利用o p e n g l 开发包，分别设计了服装纸样曲线实验系统和三维曲面造型编辑系统。论文中指出了它们 的使用及关键技术，并分别利用这两个系统设计了几个服装纸样和三维服装的造型。 最后，总结了本课题的工作，并对今后的研究内容作了展望。 关键词：服装c a d ，b e z i e r 样条曲线曲面，t - b e z i e r 曲线曲面，曲面拼接 n a b s t r a c t t h ea p p l i c a t i o no fg a r m e n tc a d ( g c a d ) g r e a t l yi m p r o v e st h eq u a l i t ya n dt h ee f f i c i e n c y o ft h eg a r m e n td e s i g na n dp r o d u c t i o n ，s oi th a sb e e nw i d e l yu s e da n dd e v e l o p e di nr e c e n ty e a r s i ng c a d ，w en o r m a l l yu s ec u l t c e so rs u r f a c e sf o r2 ds t r u c t u r ed e s i g no r3 de f f e c td e s i g n d i f f e r e n tc u r v e so rs u r f a c e sw ec h o o s ed e t e r m i n et h es t y l eo ft h eg c a ds o f t w a r e w h e t h e rt h e c a l v e so rs u r f a c e sa r ep r o p e ro rn o th a st h ed i r e c tr e l a t i o n s h i pw i t ht h eq u a l i t yo ft h eg a r m e n t d e s i g n ，s ot h ec u r v ea n ds u r f a c em o d e l i n gs t u d yo ng c a dh a sa l li m p o r t a n tr e s e a r c ha n d a p p l i c a t i o nv a l u e i ng a r m e n tp a t t e r nd e s i g n , w em a ye n c o u n t e rs o m ep r o b l e m ss u c ha st h e s m o o t hc o n n e c t i o no fs e v e r a lc u r v e s ，t h ep a r t i a lc o r r e c t i o no fc u r v e sa n ds oo n h o w e v e r , t h e c u r v e sc u r r e n t l yu s e de x i s tm o r eo rl e s sd e f i c i e n c ya n dm e yc a n ts o l v ev a r i o u sp r o b l e m s p e r f e c t l y i n3 dg a r m e n tm o d e l i n gd e s i g n , c o n s i d e r i n gt h ec o m p l e x i t yo ft h em o d e l i n gp r o c e s s ， w eu s u a l l yu s et h ec o n n e c t i o no fs e v e r a ls u r f a c e st ob u i l dt h ec o m p l e xg a r m e n tm o d e l i n g t h e e f f i c i e n c yo fm o d e l i n ga n dt h ec o m p l e x i t yo ft h ec o n n e c t i n gc o n d i t i o n sa r ew h a tw en e e dt o c o n s i d e r a sf o rs o m es u r f a c e sw ec o m m o n l yu s e ，t h e ya r eh a r dt os a t i s f yt h ed e m a n d so ft h e e f f i c i e n c ya n dt h ee f f e c to fg a r m e n tm o d e l i n ga tt h es a m et i m e o u rp a p e rm a i n l yd e a l sw i t hs o m ec o m m o np r o b l e m si ng a r m e n tp a t t e r nd e s i g na n d3 d g a r m e n tm o d e l i n g w ea l s od i s c u s st h ed e f i c i e n c yo fc u r v e sa n ds u r f a c e sc u r r e n t l yu s e d t h e n w ei n t r o d u c es o m ee x c e l l e n tm e t h o & u s e di no t h e rd e s i g na r e a st ot h eg a r m e n tc o m p u t e ra i d e d d e s i g n w ea l s op r o d u c es o m eg a r m e n tp a t t e r na n d3 dm o d e l i n ge x a m p l e su s i n gt h e s em e t h o d s a tl a s t ，w eb u i l du pag a r m e n tc a dc u r v et e s ts y s t e ma n das u r f a c em o d i f y i n gm o d e l i n gs y s t e m b a s e do nt h e s em e t h o d s o u rp a p e ri sg e n e r a l l yd i v i d e di n t of o u rp a r t s a tt h ef i r s tp a r t ，w ep r e s e n tt h ec u r r e n t s i t u a t i o no fg c a d ，t h ep r o s p e c to ni t sa p p l i c a t i o na n dt h ei m p o r t a n c eo fo u rr e s e a r c h , t h e nw e i n t r o d u c eo u rr e s e a r c hr e s u l t sa n dt h es t r u c t u r eo fo u rp a p e r a tt h es e c o n dp a r t ，t h ep a p e rs t u d i e s o ns o m ec o m m o np r o b l e m si ng a r m e n tp a t t e r nd e s i g n ，a n dt h e np o i n t so u ts o m ed e f i c i e n c yo f t h ec u l w e sc u r r e n t l yu s e d w ei n t r o d u c es o m en e wg a r m e n tp a t t e r nd e s i g nm e t h o d si n c l u d i n g c u b i cb e z i e rs p l i n ec u r v ea n dt - b e z i e rc u r v e a f t e rt h ec o m p u t a t i o n ，w ef i n dt h a tt h e s et w o m e t h o d sa r ee a s yt ob u i l da n dt h ec o n n e c t i n gc o n d i t i o n so fc u r v e sa r ec o n c i s e t h ee f f e c to fo u r g a r m e n tp a t t e r nd e s i g ni sg o o da n dt h ed e s i g n e rc a nc o n v e n i e n t l ym o d i f yt h es h a p eo ft h ec u r v e l a c c o r d i n gt oh i sn e e d s o u re x p e r i m e n ti l l u s t r a t e st h en o wm e t h o d sp r o d u c et h ef l e x i b l ea n d d i v e r s i f i e dg a r m e n tp a t t e r nd e s i g n a tt h et h i r dp a r t ，t h ep a p e ri n t r o d u c e ss o m ec o m m o ns u r f a c e su s e di n3 dg a r m e n t m o d e l i n g , a n dd i s c u s s e st h e i rd i s a d v a n t a g e si nt h ep r a c t i c a ld e s i g n t h e nw ep r o v i d es o m e n e w 3 dg a r m e n tm o d e l i n gm e t h o d s f o re x a m p l e ，w eg i v et h eg 1a n dg 2c o n t i n u i t yc o n d i t i o n so f t w oa d j a c e n tt - b e z i e rs u r f a c e sa n dm a k ef f w ) m ec l o t ha n dg a r m e n te x a m p l e sb yu s i n gt h e s e c o n n e c t i n gc o n d i t i o n so ft - b e z i e rs u r f a c e s b e s i d e s ，w ea l s oe x t e n dt h ec u b i cb e z i e rs p l i n e m e t h o df o rt h es u r f a c em o d e l i n g w ee x p l a i nh o wt oc r e a t eb i c u b i cb e z i e rs p l i n es u r f a c ei n d e t a i l s ，a n dw ea l s om a k es o m eg a r m e n te x a m p l e sb yu s i n gt h i sm e t h o d t h ee x p e r i m e n t ss h o w t h a tt h e3 dg a r m e n tm o d e l i n gb a s e do nt h e s em e t h o d si sc o n v e n i e n t ，a n dt h ee f f e c to fg a r m e n t s i m u l a t i o ni sa l s og o o d o u rm e t h o dc a ng e n e r a t et h ep l e a t e de f f e c ti nt h e3 dg a r m e n td e s i g n a tt h ef o u r t hp a r t b a s e do nt h o s ec i h v e sa n ds u 矗a c e sw ep r e v i o u s l yi n t r o d u c e d ，t h ep a p e r p r e s e n t sag a r m e n tc a d c u r v et e s ts y s t e ma n das u r f a c em o d i f y i n gm o d e l i n gs y s t e mw h i c h w e r eb u i l ta tt h ep l a t f o r mo fv c + + 6 0a n do p c n g l t h ep a p e rs h o w sh o w t ou s et h e ma n d i n t r o d u c e ss o m ek e yt e c h n o l o g i e s w ea l s om a k es o m eg a r m e n tm o d e l i n ge x a m p l e sb yt w o s y s t e m s a tt h ee n do ft h i sp a p e r , w es u m m a r i z eo u rw o r ka n dp u tf o r w a r dt h ef u t u r ew o r ko fo u r r e s e a r c h k e y w o r d s ：g a r m e n tc a d ，b e z i e rs p l i n ec u r v ea n ds u r f a c e ，t - b e z i e rc u r v ea n ds u r f a c e ， c o n n e c t i o n i v 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师 酌指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除支中已明确注明和引用的内容夕卜，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰 写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位论文作者签名：二誓毛复 日期：a 以年9 月j e t 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在 不保密口 。 年解密后使用本版权书。 7 日 羹朋 逐咿 磐 ；蚤卜 ：年名勺：| 雩驴 师) 教 ： 导期 指日 浙江理工大学硕士学位论文 第一章绪论 随着科学技术的不断发展，计算机辅助设计( c o m p u t e ra i d e dd e s i g n ) 技术渗透到现 代化的各个领域，推动了各行各业的设计革新，传统的服装行业同样受到这一新技术革命 的冲击。 服装行业产品的生命周期随着流行变化的加速而不断缩短，现代的服装生产企业为了 提高市场竞争能力必须缩短产品设计与生产的周期，提高对市场的快速应变能力，提高产 品的质量而降低生产成本。 从七十年代初开始应用的服装计算机辅助设计系统( 服装c a d 或g c a d 系统) 为服装业 快速提高反应能力打下了坚实的基础，服装生产从色彩、款式设计、样板制作、样板规格 缩放到排料描样、工艺图编制等都可由计算机进行辅助设计1 。进入八十年代以后又出现 了自动裁剪和自动缝制等计算机辅助制造系统( 服装c a m 系统) 。到了九十年代，更进一步 与企业的计算机管理系统结合起来，如成本系统、计划系统、情报信息系统、商品管理系 统、数据库联网、办公自动化等等联合构成了计算机综合生产管理系统，也就是所谓的服 装生产c i m 化，给传统的服装生产方式带来一场深刻的变革嘲嘲。 目前，在欧美的一些发达国家，服装c a d 技术已经基本普及，是否应用计算机绘制服 装样板图，已成为衡量企业设计水平和产品质量的重要标志。 1 1 研究背景及意义 1 1 1 服装c a d 技术的发展 由于服装c a d 的应用可以产生巨大的经济效益，因此引起了世界范围内研究机构和服 装行业的极大兴趣和关注，并结出了丰硕的成果。国际上最早出现的g c a d 系统是美国于 1 9 7 2 年研制的m a r c o n 系统。在此基础上，美国g e r b e r 公司研制出一系列g c a d 产品推向 国际市场，成为这类系统的先驱。在随后短短数十年内，约有十几个国家几十套系统问世。 其中的佼佼者有：加拿大p a d 系统，法国l e c t r a 公司，西班牙i n v e s t r o n i c a 公司，日本 t o r a y 公司等。国内虽起步较晚，但从8 0 年代中期开始，至今已经开发出不少g c a d 系统， 如：杭州“爱科 ，浙江大学“智能服装c a d 设计及面料设计系统 等。这些系统虽各具特 色，但在功能上大多只覆盖了2 d 辅助服装设计，即基本流程从由2 d 纸样初步设计，到最 浙江理工大学硕士学位论文 终设计纸样、放码、推挡、排料等，其核心技术属平面二维图形与图像处理。 随着计算机科学与技术的迅猛发展和服装业的不断革新，g c a d 系统的含义正在从以计 算机二维图形学为基础的放码、排料、款式设计、纸样设计等几项功能，升华扩展到以三 维图形图像数据为信息中心、综合应用多媒体信息存储和交换、计算机网络、知识工程、 计算机视觉、计算机图形学、专家系统、软件工程、计算几何等多种学科领域的知识和技 术，具有几十项模块功能、智能化、集成化的计算机应用系统h 1 。理想的g c a d 系统应包括 的功能模块如图1 1 所示。 协两设计lli n t c r n c tll 卫蓬遁嘏ll 电话通讯il 局部网络ll 电话会议 人俸摸黧 邈缈 ，_ _ 。、 - - ，_ _ - _ _ _ _ - ，_ 服装设计 。知识蹲。 葱豉麾 o o - - - _ _ 。_ _ - _ _ 一 面料 知识库 露- j 1 l 黧jlb 叫懈一惑簿鹰瘁jl愚= ) l 馨袈戆 经营管理m i sli 设计c a dli 生产管理l 黼助铡遗c a m 含 嗣 订 摹 原 整 蓑 产 盛 推 销 和 广 告 花 纹 图 案 面 辑 设 计 配 色 印 染 钟 织 印 染 提 花 绣 花 放 码 2 d 纸i3 d 立 撵设诗l 体设计 辨 光l 戳l 溺l 孳 撞l 元 运i 生 输l 产 图1 1g c a d 系统的功能与结构 总之，随着三维计算机技术的成熟和个性化服装定制的需要，g c a d 系统向三维的转变 是服装业和计算机技术发展的一个必然趋势和结果。 三维g c a d 系统包括三维人体测量与人体模型建立、三维服装设计、服装真实感模拟 与动画演示、三维裁剪与展开等技术，其中，三维服装设计是系统的核心组成部分。但是 3 d 服装设计一直以来都是计算机图形学界一个最为困难的研究课题之一，柔性自由曲面生 成，尤其是涉及到交互设计问题时更是如此。因此，如何利用计算机图形学最新技术，建 立三维服装模型并支持对其交互设计，已成为当前的研究热点之一嘲。 2 人俸游量一辘鼢器菠诗 结掏设计 效果罄设汁 浙江理工大学硕士学位论文 1 1 1 1 服装c a d 的研究现状与进展 服装设计，从广义的角度应包括从服装设计师构思款式开始，到服装生产前的准备工 作的整个过程，基本上可分为款式设计、结构设计和工艺设计! 三个部分。服装c a d 涉及 到这一系列过程的方方面面，它的优势在于集人之丰富的想象力和创造力与电脑的精确快 速的特点为一体，高效率、高水准地辅助服装设计师、工艺师完成设计工作。它是一个复 杂的过程，它既有大量的计算和作图，又有许多经验和技巧。在这个过程中，哪些可由计 算机实现，哪些需要人工干预，它们之间怎样通信，怎样有机地结合成一体，这是服装c a d 研究的主要内容。目前，服装c a d 主要着重于款式设计、结构设计和工艺设计。 服装款式设计c a d 的主要目标是如何辅助设计构思出新的服装款式。服装款式需要考 虑的因素很多：如流行式样、流行色、流行面料、图案、民族特征、气候条件和当地习惯 等，另外还需要有创作灵感。目前国内外均在研制基于存储服装部件库的组合式拼接设计 系统。这种系统能给予设计师一定的启发。用计算机存储服装部件的量可以很大，调出来 显示很快，这样可增加设计师的思维，激发设计师的想象力和创造性。 服装结构设计c a d 的主要目标是，输入款式的样式图及有关说明信息，辅助设计人员 设计出衣片的裁剪图( 亦称平面图) 。但是设计各类样式图展开成平面图的算法时，不确定 的经验性因素很多，如何来描述这些因素是算法设计的关键。结构设计过程可通过结构线 设计和外形线设计两步来完成。其中，结构线是决定款式的装配状态，外形线决定款式的 边缘风格。结构设计模型是按类建立的。在同一类款式中，外形线又可以有多种变化。结 构设计目前尚处于研究阶段，商品化系统尚未成熟。 服装工艺设计c a d 研制的主要目标是，输入服装的衣片结构及人体尺寸，输出衣片的 排料图。主要研究内容有：能按多种放码规则进行衣片放码的算法，衣片放缝边算法，提 供交互排料的手段及其实现算法，机器自动排料算法，面料利用率计算方法及样片的存取， 几何变换等处理算法。 根据研究对象的不同，我们可以把目前的服装c a d 技术分为2 d 服装c a d 和3 d 服装c a d 。 ( 1 ) 2 d 服装c a d 2 d 服装c a d 的内容包括效果图设计、纸样设计、放码和排料，其中关键技术是纸样设 计h 1 。 纸样设计也就是衣片设计，主要包括衣片的输入，各种点、线的设计，衣片的生成及 绘制输出等功能。衣片的生成是在各种辅助线、辅助点、辅助圆、结构线及设计线设计好 浙江理工大学硕士学位论文 后，通过点、线选择的操作，生成衣片的轮廓线、内部结构线、缝纫加工标志点、线，从 而完成衣片的制作口1 。 纸样设计有三种方法：一是修改法，即调出纸样库中已有纸样进行修改：二是原型设计 法，即以原型纸样为基础，对其进行移省、加褶、切展等变换和松量分配、撇胸、腰线对 位、边缘处理等工序：三是随意设计法，即利用作图命令进行交互设计，不受以往设计的 约束。因为服装结构千变万化，更含有省道、褶裥等专业因素，所以纸样设计在8 0 年代 曾一度是g c a d 的技术难点。后来，通过引入2 d 图形学中的曲线生成、任意多边形分割、 图形对称展开等算法，实现了曲线任意变换、加省与移省、平行加褶与自然褶切展等设计 工艺。9 0 年代初，又提出将图形参数化方法应用到纸样设计中，即以人体的特征尺寸为纸 样图形控制参数，根据纸样图形各关键点的计算公式进行参数化绘图瞪3 。采用这种方法可 以通过控制特征尺寸，生成大小不同的衣片，为后续的放码过程奠定了基础。 在服装纸样设计完成后，要进行放码和排料工序，这是服装c a d 运用最为成熟的模块。 计算机排料系统是由计算机根据面料服装放码后的各个板型，按照人机交互的方式由操作 者操作各种不同类型的衣片，使衣片通过平移、旋转、比例、翻转等几何变换来对面料进 行合理的布置，然后由电脑控制的裁剪设备进行高效准确的裁剪。 ( 2 ) 3 d 服装c a d 由于二维服装c a d 存在着设计结果直观性差，缺乏立体感等缺点，并且随着对着装合 体性、舒适性要求的提高，服装款式变化的加快，人们往往希望在设计阶段就能看到最终 的实际穿着效果，从而使得服装业对计算机辅助3 d 服装设计的呼声与日俱增阳卜n 蚰。计算 机动画的飞速发展也对3 d 服装的动态表现不断提出要求。如何利用计算机图形学与计算 几何中最新的技术成果，建立三维服装模型，对人体模型的三维着装效果进行仿真以及交 互设计，成为国际图形学界的研究热点之一n 。应该说明的是，计算机辅助3 d 服装设计 与3 d 服装动画( g a r m e n ta n i m a t i o n ) ，对于3 d 结构设计的要求是有所差别的：前者更强 调实用，以得到2 d 衣片为目的；而后者则更强调真实感显示，即要求逼真地显示服装穿 着、行动时的变形等效果n 羽，对服装是否能最终实现没有要求。但两者的某些理论与技术 ( 曲面造型、变形等) 是通用的，它们都是3 d 服装c a d 技术的重要组成部分。 三维服装c a d 技术是指在交互式服装设计环境中实现三维人体测量，三维人体建模， 三维服装设计，三维裁剪缝合及三维服装虚拟展示方面的技术n 3 卜n 钉。其最终目的在于不 经过实际生产服装，便可由电子模特在虚拟现实中完成最终着装效果的预先演示，从而大 大节省了时间和财力，不仅有助于服装生产效率的提高，更有助于服装满意率和设计质量 4 浙江理工大学硕士学位论文 的提高。 三维服装设计系统( 3 d f a s h i o n d e s i g ns y s t e m ) 可让服装设计师直接在计算机三维人 体模特上，利用交互式方式进行设计，修改，添加结构线等操作，完成三维效果图，并可 随意进行颜色，面料，花型的组配，以展现最佳效果n 引。设计师的设计理念将在这一过程 中得以全面表达和提升。 在三维服装c a d 技术中，一个重要环节就是服装衣片的生成与缝合n 。该环节包括两 个相逆过程，一个过程是裁剪片由二维到三维的可视化映射；另一个过程是三维服装曲面 的二维展开过程。在服装衣片的生成和缝合过程中，目前的研究大多采用展开技术n 明 ( f l a t t e n i n g ) 进行。o k a b e 等人将服装二维纸样的三维可视化看作是纯几何问题，三角划 分二维纸样并层层映射到三维模型上，在要进行缝合的纸样边线及定位线等处确定“缝合 特征。每块裁片在缝合部位分成相同数量的有限元网格，以保证对位。 三维服装虚拟展示系统是将经缝合系统“缝合 好的三维服装“穿着 在虚拟模特上， 使我们能够随时考察面料的悬垂性、质感和设计的整体效果，也能同时观察到改变面料性 能时所展示的不同外在效果和由人体运动所产生的褶皱及光泽变化等效果n 町嘲，从而使顾 客在购买之前得到服装总体的直观的印象，为顾客节省了时间和精力。 三维服装c a d 系统的图形，图像处理技术复杂，要求较高，涉及光照理论，色彩理论， 纹理理论，动力学模型，真实图形显示等高新技术领域。对于三维服装c a d 技术来说，其 中很重要的一个部分就是三维服装的虚拟展示。目前，服装模拟研究中的建模方法主要有 几何建模、物理建模和混合建模三个大类乜玎吲。对于几何建模方法来说，它不考虑服装面 料的物理特性，计算速度较快，模拟出的服装具有其形态特点，但不能代表特定的服装织 物，仿真效果较差。物理建模方法，由于它是对服装进行三角、网格或粒子划分，进行能 量、受力分析，所以能较真实地模拟柔性物体的特性，不足之处就是运算速度较慢。还有 混合建模法，它吸取了几何法和物理法的优点，该方法通常先用几何方法获得大致的轮廓， 再用物理约束对局部结构进行细化，从而获得逼真、快速的模拟结果。总的来说，这些方 法各有个的优点和缺点，实践中应根据实际情况来选择相应的方法。 三维服装c a d 系统的开发与研究表明：尽管该技术尚处于探索阶段，要达到实用阶段 还有许多问题需要解决，但其在直观性，合体性，真实感方面的优势足以说明三维设计的 确是服装c a d 技术的发展方向1 。 5 浙江理工大学硕士学位论文 1 1 1 2 服装c a d 技术的发展前景 服装计算机辅助设计技术已经走过了3 0 年的历史。从它诞生以来，服装业的生产效 率和产品质量得到大幅度的提高，促进了服装企业的现代化管理水平以及增强服装企业对 日益激烈的市场竞争的适应能力，它在服装行业的现代化进程中起到了不可替代的重要作 用。近年来，随着计算机领域多媒体，动画，虚拟设计，网络环境等技术的发展，服装c a d 正沿着平面到立体，静态到动态，主观到客观及智能化，网络化，集成化等方向发展伽。 ( 1 ) 智能化 随着新一代计算机和人工智能技术的发展，知识工程，专家系统已逐渐渗透到服装c a d 系统中。系统的人工智能化就是将各类服装设计人员长年累月的成功设计史料和设计经验 进行归纳总结，在计算机里建立起具有自学功能的知识库和专家系统。专家系统吸收优秀 服装设计师，样板师和排版师的经验，以及拥有类似于专家解决实际问题的推理机制，对 专家知识进行选择、判断、组织、排序等操作，电脑将根据三维自动人体测量系统测定的 三维尺寸，纸样自动分类，按选定的尺寸模拟出三维样衣着装效果，并经修正自动转换成 二维的服装工业样板，从而完成从款式设计到自动服装样板设计，自动排料的过程。 系统的这一发展方向是顺应时代的呼唤，适合于批量工业化生产及特殊体型，特殊要 求的定制加工，对于企业提高设计和生产的自动化水平，提高产品质量和适应市场能力具 有现实意义。 ( 2 ) 立体化 现今实用的商品化服装c a d 系统都是以平面图形学原理为基础的。由于人体工程学这 一新兴学科的建立，为如何应用交互式计算机图形学和计算几何中的最新技术成果，建立 了三维动态的服装模型，实现立体放码，解决服装设计中二维到三维、三维到二维的转换 提供了理论依据。三维服装设计系统的研究在国际上处于领先地位的有美国的 c d i ( c o m p u t e rd e s i g ni n c o r p o r a t i o n ) 公司，日本旭化成公司的a s a h i3 0 系统，日内瓦 大学的3 d 服装动态设计系统，英国n o t t i n g h a mt e n t 大学的服装虚拟图形系统等。尽管 目前三维服装c a d 还处于探索阶段，随着对着装舒适性、合体性要求的提高，服装流行周 期的缩短，变化的加快，建立三维人体模型、研究三维服装c a d 技术，已成为服装c a d 技 术当前重要的发展方向和研究重点。 ( 3 ) 网络化 在当今激烈的市场竞争中，服装信息库、网络信息交换和远程通信等越来越受到服装 6 浙江理工大学硕士学位论文 企业的广泛重视。服装c a d 系统的网上推广、网上安装、网上使用、网上维护、网上虚拟 设计等将是发展方向。 同时，通过网络传送各类服装文件，包括三维图像和完成的样衣，这也是追求的目标。 如将顾客的订单、服装检验规格及其他检验信息在线传输给制造商，纸样和排料图也通过 网络传送到加工站点，从而节省了时间和资金，避免了其他联络方式可能发生的丢失。在 更改纸样或排料图时，文件能保持在线处理，这样从概念成型到完成产品，与客户保持密 切联系，提高了效率。未来网络时代的服装计算机辅助设计技术必将是目前传统的服装c a d 技术的替代与发展，服装n a d ( n e ta i d e dd e s i g n ) 必将成为网络经济中的一颗璀璨的明星。 ( 4 ) 集成化 随着国际服装业向更新、更快、批量小、款式多、时装化以及高质量方向发展，为了 在服装市场竞争中获得优势，服装生产的全面自动化已成为当今服装业发展的趋势。计算 机集成制造( c i m ) 系统是从c a d 系统向前发展的主要方向。 由于现代市场竞争机制的作用，许多企业都在向多品种、小批量类型转变，并要求企 业产品更新换代快，适应市场潮流的需要。这意味着企业从设计、生产、工艺、设备、管 理等诸多方面需要改革调整，既需要有先进的设计、制造、管理、迅速应变能力，因而迫 切需要一种强有力的支持环境一一计算机集成制造系统( c o m p u t e ri n t e g r a t e d m a n u f a c t u r i n gs y s t e m ，简称c i m s ) 。c i m s 是一个综合多学科的新领域，是在信息技术、 计算机技术、自动化技术的现代管理科学的基础上，将设计、制造、管理、工厂经营活动 所需的各种自动化系统，通过新的生产管理模式，工艺理论和计算机网络有机的集成起来， 从而能根据竞争多变的市场要求，使产品从设计，加工，管理到投放市场所需的工作量降 到最低限度。 1 1 2 课题的研究意义 通过前面的介绍可以知道，随着人们对着装合体性、舒适性要求的提高，服装款式变 化的加快，使得服装业对于c a d 技术的要求越来越高。能不能快速高效地设计出一款合体， 舒适，满足顾客要求的衣服已经成为了决定服装市场竞争成败的关键。 在服装c a d 中，无论是二维结构设计还是三维效果设计都需要用到曲线或曲面造型方 法乜们乜引。服装中的曲线或曲面有时很难用数学公式表示出来，即使能表示，也很复杂。在 实际应用中，往往是首先确定若干型值点，然后让曲线或曲面通过或逼近这些型值点，从 而拟合出二维服装纸样轮廓线或三维效果映射曲面。 7 浙江理工大学硕士学位论文 不同的曲线或曲面，将直接影响到服装c a d 软件的风格，而且使用的曲线或者曲面是 否合理，将直接关系到服装c a d 软件的性能和服装设计的质量与效果。在服装二维纸样设 计过程中，经常会碰到多个曲线段的光顺拼接，线条的局部修改等问题。对此，传统的曲 线造型方法总是或多或少的存在着一些不足之处，不能较好地解决上述问题。对于服装三 维造型设计来说，由于造型本身的复杂性，通常都需要多个曲面的拼接来构造，曲面构造 的效率和拼接条件的复杂程度都是我们需要考虑的。就目前经常使用的一些曲面造型方法 来说，往往都无法同时满足效率和效果的需求。 因此，选择好的曲线或者曲面造型方法对于服装设计来说将具有十分重要的研究意 义。 1 2 国内外的研究现状及存在的问题 在服装c a d 纸样设计过程中，通常先根据尺寸大小确定控制点，对这些控制点使用直 线段绘制样片的大体轮廓，即绘制多边形：然后在控制多边形内用直线或曲线绘制封闭的 图形。由于样片的形状不规则，即构成样片的曲线比较复杂，为了使曲线光滑、丰满、有弹 性，经常会遇到以下几个问题： 1 曲线与控制边相切的问题汹3 。 2 多个曲线段的光顺拼接问题。 有时候用单一的一条曲线无法表达出正确的效果，就需要由多个曲线段拼接而成，拼 接的效率和光顺性是需要考虑的问题。 在纸样设计中，选择合适的曲线方法作为连线的手段是十分重要的，目前，对于这些 问题，很多人也做了许多研究，给出了一些方法，s o h e l ，f a 等人提出的动态b e z i e r 曲 线造型方法，表示方法灵活，但是构造相对复杂。王小林等提出了四次h e r m i t e 插值曲 线汹3 方法，该方法构造的曲线满足给定点位置矢量和一阶导数矢量的条件，插值精度较高， 但插值精度及稳定性还有待于提高。陈文喻等人提出了p h _ c 曲线例，该曲线具有较好的 性质，如插值离散点得到的曲线具有均匀的曲率分布，具有在恒速或变速时实时插补处理 等数控功能等等。然而，该曲线方法对于控制顶点的计算却比较复杂，而且需要满足特定 的条件，这造成了该曲线的使用受到了一定的限制。苏翊等人给出了一种过控制顶点的二 次均匀b 样条曲线啪1 ，该曲线具有良好的局部修改性，但是其光顺效果一般，且需要满足 一个特定的边界条件。总的来说，这些方法都或多或少存在一些问题，无法同时满足服装 纸样设计的效果和效率的要求。 r 浙江理工大学硕士学位论文 在三维服装造型和人体造型的建模中，往往需要使用到各种曲面。由于实际造型的复 杂性，用单一曲面片往往难以实现，必须使用组合曲面，于是常常会出现以下问题： 1 参数曲面片间的光滑连接是c a g d 中一个困难而又重要的问题，如何使造型看起来 更为光顺，真实，都是一个值得研究的问题。 2 b 样条，n u r b s 曲面是几何实体造型的常用方法，但定义及计算相对复杂，且表示 范围有限，在实际的三维造型设计中，选择合适的曲面造型方法也是我们要考虑的。 关于这些问题，已经有了很多研究，也提出了一些新的改进方法，如w a n g 等人提出 了通过一组给定的空间测量曲线构造参数化曲面的设计方法口，取得了较好的造型效果， 但是需要较多的数学运算，影响了它的使用。范辉等人给出了b 样条曲线曲面g c 2 扩展嘲 方法，该方法构造出来的曲面光顺性较好，曲率变化平坦，几何形状较自然，但需要利用 到能量极小化方法，计算较为麻烦。吴晓勤等人提出了一种带形状参数的b e z i e r 三角曲 面片口钉，该曲面可以在保持控制网格不变的情况下，通过调节参数来改变形状，这对于三 维造型是非常有利的，然而，由于其基函数是一组带有参数旯的( n + 1 ) 次多项式，计算相 对比较麻烦。 总的来说，目前很多用于服装设计的曲面造型方法虽然效果较好，但往往存在着计算 复杂，拼接麻烦的问题，还有许多问题需要考虑和解决。 1 3 研究成果及内容组织 1 3 1 论文的研究成果 正如前面所介绍的那样，服装c a d 技术在服装设计生产中发挥着越来越重要的作用， 曲线曲面造型技术作为服装c a d 技术的重要内容，也得到了很大的发展，然而，现有的 设计方法依然存在着许多问题，有待于进一步深入研究。本文主要的研究成果及创新之处 如下： 1 针对服装纸样设计中存在的曲线与控制边相切以及多个曲线段光顺拼接的问题，本 课题构造出有效的三次b e z i e r 样条曲线纸样设计方法。该方法不仅解决了曲线与控制边相 切的问题，实现了局部修改的功能，而且在内部连接处的拼接也达到了g 2 连续，生成的线 条整体光顺、优美。此外，该方法还能根据需要通过参数u 来实时修改形状，使服装纸样 设计更具有灵活性。 o 浙江理工大学硕士学位论文 2 针对普通自由参数曲线不能精确表示圆弧等二次曲线，n u r b s 曲线拼接复杂，权值 选择的问题，文章引入新的t b e z i e r 曲线服装纸样设计方法。经过研究表明，它比普通的 b e z i e r 曲线具有更强的凸包性，与传统方法相比构造与拼接更加方便，有利于服装纸样的 交互设计，也丰富了纸样设计的款式。 3 针对三维服装造型中现有的曲面方法存在的问题，本课题进行了相关研究，将 t b e z i e r 曲线方法和三次b e z i e r 样条曲线方法扩展到曲面方法，并推导出相邻曲面之间 的拼接条件。通过研究发现，与传统的曲面造型方法相比，这两种方法的计算与拼接方便， 构造效果好，修改灵活，而且对于t - b e z i e r 曲面方法来说，还能表示一般参数曲面无法 精确表示的超越曲面，这对于三维服装造型建模也是有用的。后面的实验证明了这一点， 并且相关学术论文已被e i 检索源会议录用待发。 4 对这些性能突出的曲线曲面方法加以总结，在v c + + 平台下，利用o p e n g l 开发了一 个服装c a d 纸样系统和一个三维服装交互设计系统。 1 3