基于三维建模的个性化无松量束裤参数化结构设计方法

摘要

本发明涉及一种基于三维建模的个性化无松量束裤参数化结构设计方法，包括以下步骤：构建腰臀部三维模型，并进行参数化设计；构建下臀部三维模型，并进行参数化设计；腹部的参数化设计；加入裆部的造型设计参数，得到完整的无松量束裤二维纸样。本发明能够提高个性化纸样生成、修改和成品生产的速度与精度。

说明书

技术领域

本发明涉及束裤生产制板技术领域，特别是涉及一种基于三维建模的个性化无松量束裤参数化结构设计方法。

背景技术

束裤是一种通过压力起到塑形作用的功能性内衣，合适的压力是影响束裤功能和舒适性的重要因素。为了较好的控制压力大小，束裤纸样的获取是首先得到无松量纸样，再根据面料弹性和功能需求进行放缩。无松量束裤纸样精度相比较其他裤装要求更高，纸样获得的过程也更复杂，如传统无松量束裤样版是通过立体裁剪或修改普通裤装平面纸样后进行大量反复试验的方法获得的。随着女性对自身健康的重视及内衣知识的普及，消费者对塑形内衣的要求越来越高，个性化内衣定制服务将为市场带来新的活力。尽管目前计算机辅助设计和三维人体建模的发展，可以使设计师通过在三维虚拟人台上绘制分割线后展开得到无松量纸样，提高了个性化定制纸样绘制的精度，但过程仍然比较复杂，不能实现个性化纸样的快速获得。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种基于三维建模的个性化无松量束裤参数化结构设计方法，能够提高个性化纸样生成、修改和成品生产的速度与精度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种基于三维建模的个性化无松量束裤参数化结构设计方法，包括以下步骤：

(1)构建腰臀部三维模型，并进行参数化设计：将人体腰臀部等效为左右两个半圆台中间为梯台的三维模型，则控制圆台尺寸的可变参数包括上下圆直径和台高；上下圆直径分别取腰厚和臀厚，台高的尺寸参数为臀腰高度差，根据展开图确定侧腰弧度量与臀腰厚度和高度差之间的约束关系；控制前后中心起翘角的参数包括臀部倾斜角和腹部倾斜角，确定起翘位置后，通过所述约束关系得到整条腰线的二维展开基线；

(2)构建下臀部三维模型，并进行参数化设计：根据腰臀围线平行关系和围度关系确定臀围线，计算并分配下臀围的省道量；同时将下臀部拟合为部分三维球体，大腿拟合为圆柱体，臀底曲线即可表示为大腿圆柱体与臀部球体的相交曲线，臀底部的省道量与可变参数大腿围有关；

(3)腹部的参数化设计：利用腰腹围线平行关系和围度关系确定腹围线的位置，计算并分配腹围省道量；

(4)加入裆部的造型设计参数，得到完整的无松量束裤二维纸样。

所述步骤(1)中侧腰弧度量与臀腰厚度和高度差之间的约束关系为：

其中，l为展开扇形的弦长，t为上圆锥母线长，DW为腰厚，DH为臀厚，H为腰臀高度差，H₀为展开扇形的上弧线的凹陷量。

所述步骤(1)中后片起翘位置根据后腰弧线区域长度L_b确定，其中，为后腰围，W^*为净腰围，WK为腰宽；前片起翘位置由前腰弧线区域长度L_b和后腰弧线区域长度L_a的比值确定，

所述步骤(1)中整条腰线通过沿前片起翘位置以腹部倾斜角为起翘角延长至1/2前腰长得到。

所述步骤(2)中臀围线根据下述步骤得到：在前中取长度H/cosβ₁做垂线，在后中取H/cosψ₁做垂线，侧缝处从侧缝点向下取H并加展开扇形的上弧线的凹陷量H₀，臀部两条垂线的交点为臀凸点，过各点做腰围线的平行线得到臀围线，其中，H为腰臀高度差，β₁为腹凸角，ψ₁为臀部倾斜角。

所述步骤(2)中过臀围的侧缝点竖直延长臀围至大腿根围高度差h得到大腿围位置，过臀凸点做该线的交线，交点即是臀底点，靠近侧缝的半球，对应1/4的大腿根围度，则控制参数为大腿根围度T，在后侧片的大腿根围线上截取长度T/4，剩余量即为该半球省道量；过臀凸点做大腿根围的垂线，作为辅助线，将该省道量对称到臀部另半球，即可得到整个臀底的省道量。

所述步骤(3)中腹围线通过以下步骤得到：前中取腰围和臀围中点位置为腹围处，做垂线；侧缝处取展开扇形的上弧线的凹陷量H₀；后腰围起翘点与臀凸点连线，过该连线与侧缝处水平垂线相交点做后片起翘角的平行线，与腰围线平行，将腹围线画圆顺，得到腹围线。

所述步骤(3)中腹围线的省道量Δ为真实腹围减去图中腹围，分配在侧缝，在前片。

有益效果

由于采用了上述的技术方案，本发明与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：本发明基于三维建模，建立参数化模型，提取出控制束裤纸样的尺寸参数，确定各可变参数之间的约束关系，实现三维立体到平面几何的参数化转变。采用本发明获得的无松量束裤二维纸样，无需考虑面料变量，适用性更广，更符合个性化设计的需求。本发明得到束裤的无松量二维纸样，用于束裤的个性化设计，改变了自由建模的无约束状态，而且可以通过参数约束与驱动牢牢地控制纸样结构，提高了样版修改和束裤个性化生产的速度与精度。

附图说明

图1为腰臀部半圆台与梯台三维模型与参数设定示意图；

图2为半圆台与其侧面展开图；

图3为臀凸与腹凸角度示意图(a为后中心倾斜角与后翘变化；b为人体臀部与腹部倾斜角图)；

图4为腰围线二维绘制图；

图5为臀围线二维绘制图；

图6为下臀部三维模型(a：束裤后片分割线示意图；b：下臀部三维模型拟合示意图)；

图7为下臀部省道量分配示意图；

图8为腹围线二维绘制图；

图9为裆部二维绘制图；

图10为修正后无松量束裤二维纸样结构图；

图11为最终无松量束裤二维纸样结构图；

图12为Clo 3D虚拟试衣验证示意图(a：虚拟试穿图；b：压力分布图；c：应力分布图)。

具体实施方式

下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所附权利要求书所限定的范围。

本发明的实施方式涉及一种基于三维建模的个性化无松量束裤参数化结构设计方法，具体包括以下步骤：

1.腰臀部三维模型的构建与参数化设计

通过建立腰臀部三维模型，可以确定侧腰弧度量与腰臀厚度、高度差之间的约束关系，然后运用腹部倾斜角和臀部倾斜角获得前后中心的起翘角并确定起翘位置，最终通过几何约束得到整条腰线的展开基线，具体步骤如下：

将人体腰臀部等效为左右半圆台中间梯台的三维模型，如图1所示，则控制圆台尺寸的可变参数包括上下圆直径和台高。上下圆直径分别取腰厚DW和臀厚DH，台高的尺寸参数即腰臀高度差H，那么侧腰部分展开得到扇形的上弧线的凹陷量为H₀，即为侧缝处凹陷量，如图2。计算H₀的公式如(1)-(3)：

其中，l代表展开扇形的弦长，t代表上圆锥母线长。

根据人体结构特征，臀部倾斜角≈后中起翘量，腹部倾斜角≈前中起翘量，如图3a所示。则控制前后中心起翘角的参数为臀部倾斜角ψ₁和腹部倾斜角ψ₂，如图3b所示。W^*代表净腰围，根据人体腰围横截面弧线的特征，分配前后腰围分别为：

人体腰围横截面弧线接近后中和前中的位置处展开后几乎水平，所以，后片起翘位置E求解过程为：以1/4的腰宽作为后片长度，引入可变参数腰宽WK，即水平长度为1/2后腰围减去水平长度即为后腰弧线区域长度L_b，以此确定起翘位置E，如图4所示，其中：

前片起翘位置F可由前后弧线长的比值确定，而前后弧长比约为侧缝分配的前后腰厚比，即前弧线长：后弧线长≈前腰厚：后腰厚，腰围前后相差2cm，则厚度相差约为1cm。其中，前弧线长为L_a：

沿前片起翘位置F以腹部倾斜角ψ₂为起翘角延长至1/2前腰长即可得到的完整腰线，如图4所示。

2.下臀部三维模型的构建与参数化设计

腰臀高度差为H，前中有腹凸，如图2所示腹部倾斜角ψ₂包括腹凸角β₁和人体倾斜角β₂，则前中取长度H/cosβ₁做垂线；在后中取H/cosψ₁做垂线；侧缝处从侧缝点向下取H加凹陷量H₀。臀部两条垂线的交点即为臀凸点O。过各点做腰围线的平行线，将臀围线画圆顺，得到臀围线，如图5所示。

其次，将过臀凸点线作为束裤原型后片分割线，如图6a，将下臀部拟合为部分三维球体，如图6b，臀底曲线可视为大腿圆柱与臀部球体的相交曲线，过臀凸点延长至臀底点D，曲线弧度与臀围至大腿根围高度差h以及大腿根围T有关，则延长线的长度为弧线球体半径设为r，则：

对于下臀部来说，由于后中位置连接裆部，该半球测量和计算困难，因此将臀凸点视为该球体过圆心的圆上的一点，即两个半球关于对称。过臀围的侧缝点竖直延长h，即得到大腿围位置。过臀凸点做该线的交线，则长度为弧线交点即是臀底点D。靠近侧缝的半球，对应1/4的大腿根围度，则控制参数为大腿根围度T，在后侧片的大腿根围线上截取长度T/4，剩余量即为该半球省道量，如图7所示。过臀凸点做大腿根围的垂线，作为辅助线，将该省道量对称到臀部另半球，即可得到整个臀底的省道量。

3.腹部的参数化设计

前中取腰围和臀围中点位置为腹围处，做垂线；侧缝处取凹陷量H₀；后腰围起翘点与臀凸点连线，过该线与侧缝处水平垂线相交点做后片起翘角的平行线，与腰围线平行，将腹围线画圆顺，得到腹围线。

用控制参数即真实腹围A^*减去图中腹围，即得到腹围省道量Δ，分配在侧缝，在前片，如图8所示。

4.束裤纸样完善与修正

体型对裆部的设计影响较小，本发明取裆部参数为造型设计参数，本例中取中央宽度d_m＝5cm，与前片相接宽度d_f＝6cm，与后片相接宽度d_b＝12cm，长度从后中大腿围处至前裆宽处约l_d＝17cm，由于底档沿中心线对称，裁布时样板可拼合裁剪，如图9。

因为腰部的起翘角是由于腹部的突出引起的，所以修正时，应该将腹围以下的起翘角撇去β₂。验证拟合的臀围线长度，并在最终臀围线上进行修正。而束裤的下边缘弧线需连接臀底点，做后中垂线，将下围点D’、B、A连点成线并修圆顺即可，如图10所示。

综上，获得参数化束裤无松量纸样需要的可变参数为腰围W^*、腹围A*、臀围H*、大腿根围T、腰臀高度差H、臀围至大腿根围高度差h、腰厚DW、臀厚DH、腰宽WK、臀部倾斜角ψ₁、腹部倾斜角ψ₂，控制裆部造型设计的四个参数d_m、d_f、d_b、l_d，最终纸样如图11所示。

5.验证实验

随机挑选一名模特进行Clo 3D模拟试穿验证，如图12所示，其中：图a为使用本方法参数化得到的束裤无松量纸样和虚拟试穿三视图和一个其他角度侧视图，可见穿着后束裤在3D人体上腰线水平，服装与虚拟人体间贴合度较好；图b为虚拟试穿后压力分布图，压力均接近0kPa，表明该束裤对人体没有产生压力或压力很小；图c为虚拟试穿后应变分布图，表明腰围及下边缘弧线处有少量面料拉伸变形，该束裤整体基本没有受到内部作用力。综上，使用本发明方法获得的无松量束裤纸样合理，利用本发明方法可以有效得到个性化无松量束裤纸样，填补了目前塑身衣样版无有效参数化方法的一个空白，也可作为其他贴体紧身服装参数化纸样生成的一个参考。