經(jīng)編全成形運(yùn)動裝款式建模與工藝實(shí)現(xiàn)

董智佳， 蔣高明， 叢洪蓮， 張愛軍(1.江南大學(xué) 教育部針織技術(shù)工程研究中心， 江蘇 無錫 214122； 2.江南大學(xué)—德克薩斯州立大學(xué)新型針織結(jié)構(gòu)材料國際聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室， 江蘇 無錫 214122)

經(jīng)編全成形運(yùn)動裝是指在雙針床賈卡拉舍爾經(jīng)編機(jī)上使用彈性紗線生產(chǎn)的一次成型且具有提花組織效應(yīng)的貼身、緊身款無側(cè)縫全成形服裝。經(jīng)編全成形運(yùn)動裝提花效應(yīng)豐富，成形性好，生產(chǎn)率高，透氣性佳，為解決傳統(tǒng)裁剪運(yùn)動裝裁片縫合厚度、縫合痕跡等引起的不適和外觀破壞性提供了有效解決途徑，且短流程生產(chǎn)工序大幅度節(jié)約了人工和能耗成本。近年來，NIKE、adidas、The North Face等國際品牌均開發(fā)了此類服裝新產(chǎn)品。

國內(nèi)經(jīng)編全成形運(yùn)動裝新產(chǎn)品研發(fā)處于初級階段，缺少系列產(chǎn)品開發(fā)及配套計算機(jī)輔助設(shè)計方法與工具。目前國內(nèi)外已對經(jīng)編全成形服裝的工藝成形原理與款式結(jié)構(gòu)[1-2]、壓力與舒適性[3]、服裝原型衣片建模及虛擬展示[4]等方面進(jìn)行了研究，但針對經(jīng)編全成形運(yùn)動裝款式建模與工藝實(shí)現(xiàn)方法的研究尚屬空白。本文分析了經(jīng)編全成形運(yùn)動裝分類與成型結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在其筒形編織原理和實(shí)現(xiàn)原型建模基礎(chǔ)上，總結(jié)經(jīng)編全成形運(yùn)動裝的樣板工藝計算方法，具體以運(yùn)動背心樣板為例，建立了全成形運(yùn)動裝款式樣板的數(shù)學(xué)模型，并對經(jīng)編全成形運(yùn)動裝背心款式設(shè)計、組織工藝和上機(jī)文件生成的完整步驟進(jìn)行概述，實(shí)現(xiàn)了快速便捷設(shè)計經(jīng)編全成形運(yùn)動裝的方法，促使設(shè)計與工藝的直觀與即時銜接，實(shí)現(xiàn)高效開發(fā)經(jīng)編全成形運(yùn)動裝新產(chǎn)品的目標(biāo)。

1 經(jīng)編全成形運(yùn)動裝分類

經(jīng)編全成形運(yùn)動裝是在四梳或者六梳的雙針床經(jīng)編機(jī)上生產(chǎn)的無側(cè)縫直筒型結(jié)構(gòu)織物，常用機(jī)型為RDPJ4/2和RDPJ6/2，機(jī)號為24針/(25.4 mm)、28針/(25.4 mm)或32針/(25.4 mm)[5]，主要用于生產(chǎn)服裝服飾類產(chǎn)品。

經(jīng)編全成形運(yùn)動裝按使用功能可分為實(shí)用基本款、裝飾貼身款和塑身功能款裝；按長度可分為超短款、中長款和長款；按彈性可分為低彈、中彈和高彈；按款式造型可分為上衣類、褲裝類、連體類、套裝類和襪類等。此外，從經(jīng)編全成形運(yùn)動裝直筒管的成形編織結(jié)構(gòu)出發(fā)，又可將其分為單筒管、雙筒管和分支筒管結(jié)構(gòu)，如圖1所示。

圖1 直筒管結(jié)構(gòu)圖Fig.1 Straight tube structure.(a) Single tube; (b) Double tube; (c) Branch tube

經(jīng)編全成形運(yùn)動裝區(qū)別于緯編無縫運(yùn)動裝的特點(diǎn)為：1)經(jīng)編機(jī)器一次可生產(chǎn)多件全成形服裝，織造時同步實(shí)現(xiàn)側(cè)面無縫連接和肩部、腋下或者襠部的前后片成型縫合，下機(jī)僅需毛邊處理即可，緯編機(jī)器一次僅生產(chǎn)1個無縫直筒布，下機(jī)后需裁剪縫合等多道加工工序；2)經(jīng)編機(jī)器根據(jù)工藝可設(shè)置不同筒徑，一次可生產(chǎn)多條相同或不同筒徑的服裝，如圖2所示，緯編機(jī)器筒徑不可調(diào)節(jié)；3)經(jīng)編服裝線圈結(jié)構(gòu)更加穩(wěn)定牢固，不易變形，不易勾絲，勾絲不脫散。

圖2 機(jī)上織造示意圖Fig.2 Knitting structure. (a) Same cylinder diameter; (b) Different cylinder diameter

2 經(jīng)編全成形運(yùn)動裝原型建模

服裝原型是指平面裁剪中使用的基本紙樣，即簡單的、不帶任何款式變化因素的立體型服裝的二維平面紙樣實(shí)物[6]。經(jīng)編全成形服裝款式結(jié)構(gòu)設(shè)計方法是指在人體體型結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，將三維無縫筒形編織結(jié)構(gòu)通過展平得到的二維原型結(jié)構(gòu)的過程，上裝原型和長褲原型結(jié)構(gòu)展開示意圖如圖3、4所示。具體實(shí)現(xiàn)方法可通過提取參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)人體模型特征點(diǎn)、特征線和特征截面，并結(jié)合經(jīng)編無縫直筒型成形結(jié)構(gòu)特征簡化生成的平面原型結(jié)構(gòu)。經(jīng)編全成形運(yùn)動裝原型主要包括上裝衣身原型模型和下裝長褲原型模型2類。

圖3 上衣原型結(jié)構(gòu)Fig.3 Coat prototype structure. (a) Cylindrical coat; (b) Coat patterns

圖4 長褲原型結(jié)構(gòu)Fig.4 Trousers prototype structure. (a) Cylindrical trousers; (b) trousers patterns

2.1 人體模型特征提取

應(yīng)用二維投影法提取參數(shù)化標(biāo)準(zhǔn)三維人體模型的正面與側(cè)面人體尺寸主要特征點(diǎn)信息，如圖5所示，長度尺寸通過計算特征點(diǎn)間距離提取，圍度尺寸通過Alpha-Shapes算法[7]提取人體的特征截面信息獲取，如圖6所示。

圖5 人體模型特征點(diǎn)Fig.5 Human modeling feature points. (a) Front; (b) Back

圖6 人體模型特征線和特征面Fig.6 Human modeling feature line and feature surface. (a) Front; (b) Back

2.2 上裝衣身原型模型

經(jīng)編全成形上裝原型從人體模型特征提取中獲得胸圍、背長、肩寬、領(lǐng)圍、袖窿弧長、側(cè)縫長、肩斜的數(shù)據(jù)信息。在服裝原型制圖法原理[8]基礎(chǔ)上，簡化為直筒結(jié)構(gòu)，以胸圍截面凸包為橫向尺寸，如圖7所示。背長為縱向尺寸，使用貝塞爾曲線[9]擬合領(lǐng)口和袖籠弧線，生成上裝衣身原型模型，如圖8所示。

圖7 胸圍截面圖Fig.7 Bust section. (a) 3-D section; (b) Bust convex hull

圖8 衣片原型Fig.8 Coat prototype

2.3 下裝長褲原型模型

經(jīng)編無縫下裝原型從人體模型特征提取中獲得腰圍、臀圍、襠長、褲長的數(shù)據(jù)信息?；诜b原型制圖法原理[8]，以臀圍截面凸包尺寸為橫向尺寸，如圖9所示，褲長為縱向尺寸，生成下裝長褲原型模型，如圖10所示。

圖9 臀圍截面圖Fig.9 Hip section. (a) 3-D section; (b) Hip convex hull

圖10 長褲原型Fig.10 Trousers prototype

2.4 經(jīng)編全成形服裝工藝計算方法

服裝成品密度參數(shù)是經(jīng)編全成形服裝編織工藝計算的重要參數(shù)，成品密度直接決定工藝計算與制作的準(zhǔn)確性。實(shí)際生產(chǎn)中，使用分析樣衣規(guī)格計算或試織圓筒小樣估算2種方式獲取，具體通過測量樣衣或圓筒小樣數(shù)據(jù)計算獲得成品密度，使用單位為縱行/cm和橫列/cm。主要服裝部位針數(shù)的工藝計算方法如表1所示。

表1 工藝計算表Tab.1 Technology Calculation method

3 經(jīng)編全成形運(yùn)動裝款式建模

經(jīng)編全成形運(yùn)動裝款式建模，是在原型模型基礎(chǔ)上通過款式結(jié)構(gòu)線設(shè)計變化實(shí)現(xiàn)，經(jīng)編全成形運(yùn)動裝的貼身、緊身款直筒型結(jié)構(gòu)，決定了其服裝款式變化簡潔，主要集中在領(lǐng)口和袖窿弧線變化以及下擺、腰部和褲腳口的長短變化上，典型款式主要包括背心和緊身褲2類。運(yùn)動背心的款式變化更多，具體以背心為例，說明經(jīng)編全成形運(yùn)動裝款式建模的方法。

3.1 算法描述

基于計算機(jī)圖形學(xué)基本原理，將經(jīng)編全成形運(yùn)動裝款式分解成若干能精確利用函數(shù)表達(dá)的圖元集合[10]。根據(jù)原型模型款式結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將經(jīng)編全成形服裝款式算法描述分解為關(guān)鍵點(diǎn)、直線段和曲線段。

關(guān)鍵點(diǎn)是二維平面工藝圖的基本單位，經(jīng)編全成形運(yùn)動裝款式結(jié)構(gòu)圖由若干關(guān)鍵點(diǎn)組成，定義關(guān)鍵點(diǎn)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下：

Point{int Type;intx;iny}

式中：Type為關(guān)鍵點(diǎn)類型；x、y為該點(diǎn)的位置信息。

獨(dú)立的關(guān)鍵點(diǎn)不能構(gòu)成款式廓形，需要應(yīng)用直線段將相鄰的結(jié)構(gòu)點(diǎn)間進(jìn)行連接。設(shè)決定直線段位置的關(guān)鍵點(diǎn)坐標(biāo)Pa(xa,ya)和Pb(xb,yb)，則其連接線的函數(shù)可表達(dá)為

x(t)=xa+t(xb-xa)

y(t)=ya+t(yb-ya)

式中：0≤t≤1(當(dāng)t=0時，x(0)=xa,y(0)=ya; 當(dāng)t=1時，x(1)=xb,y(1)=yb)。

連接關(guān)鍵點(diǎn)的另一種方式是曲線連接，本文采用貝塞爾曲線實(shí)現(xiàn)曲線連接建模。假設(shè)曲線的起始和終點(diǎn)關(guān)鍵工藝點(diǎn)分別為Pa(xa,ya)，Pb(xb,yb)，通過在起點(diǎn)和終點(diǎn)間添加貝塞爾曲線控制點(diǎn)Pc1(xc1,yc1),Pc2(xc2,yc2)，可通過調(diào)整控制點(diǎn)的位置創(chuàng)建所需的任意曲線形狀。貝塞爾曲線方程滿足以下公式：

x(t)=(1-t)3xa+3t(1-t)2xc1+

3t2(1-t)xc2+t3xb

y(t)=(1-t)3ya+3t(1-t)2yc1+

3t2(1-t)yc2+t3yb

式中： 0≤t≤1(當(dāng)t=0時，x(0)=xa,y(0)=ya;當(dāng)t=1時，x(1)=xb,y(1)=yb)。

則款式圖可用集合{∑P，∑P_Curve，∑P_Line}表示，其中P為關(guān)鍵點(diǎn)，P_Curve為曲線段，P_Line為直線段。這些元素均可用具體函數(shù)表達(dá)，因此經(jīng)編全成形運(yùn)動裝款式圖形和工藝計算均可應(yīng)用程序進(jìn)行設(shè)計。

3.2 背心款建模

在上衣原型模型基礎(chǔ)上，基于關(guān)鍵點(diǎn)、直線段和曲線段的集合算法，在程序中實(shí)現(xiàn)經(jīng)編全成形運(yùn)動背心款式設(shè)計的矢量圖繪制，如圖11所示，并存儲建立矢量圖格式的衣片模板文件庫。

圖11 運(yùn)動背心款式圖Fig.11 Sports vest style

4 經(jīng)編全成形運(yùn)動背心工藝實(shí)現(xiàn)

在經(jīng)編無縫工藝軟件WKCAD系統(tǒng)中，打開矢量圖格式的衣片模板文件庫，選擇背心款式矢量圖文件，并輸入工藝計算得出的長度和圍度針數(shù)的工藝參數(shù)，在工藝軟件里生成工藝位圖文件，并在工藝軟件里進(jìn)行顏色填充和內(nèi)部分割設(shè)計，如圖12所示。

圖12 色塊圖Fig.12 Color block

在色塊圖基礎(chǔ)上進(jìn)行經(jīng)編賈卡提花組織的填充，完成連邊、縫合、分離等工藝設(shè)定，生成工藝意匠圖如圖13所示。并使用軟件中的織物仿真功能生成仿真圖，如圖14所示，檢查無誤后即可輸出上機(jī)文件進(jìn)行上機(jī)織造，織造后進(jìn)行染色定型和領(lǐng)口、袖口以及下擺縫制即完成了運(yùn)動背心成衣產(chǎn)品。

圖13 賈卡組織圖Fig.13 Jacquard stitch

圖14 仿真圖Fig.14 Jacquard simulation

5 結(jié) 論

在研究參數(shù)化人體模型特征提取和經(jīng)編全成形織物直筒形結(jié)構(gòu)特性的基礎(chǔ)上，設(shè)計并生成了經(jīng)編全成形運(yùn)動裝衣片和褲子原型，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際中的估算經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)了用于指導(dǎo)經(jīng)編全成形運(yùn)動裝工藝設(shè)計的計算方法。具體以運(yùn)動背心款式為例，說明基于原型模型的款式設(shè)計實(shí)現(xiàn)方法，并以矢量圖文件格式存儲為款式模版，在工藝軟件中實(shí)現(xiàn)了模版調(diào)用、色塊設(shè)計和組織填充等工藝設(shè)計制作的全流程工序，首次系統(tǒng)總結(jié)了經(jīng)編全成形運(yùn)動裝產(chǎn)品款式設(shè)計與工藝制作方法，為經(jīng)編全成形服裝的快速新產(chǎn)品開發(fā)提供了新的途徑。

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