夏圆平 邵佳玉 张贝贝 靳守宁 顾冰菲
摘 要：为提高裤装合体性，通过将人体体型与裤装样板相结合的方法，实现了基于局部形态的个体化裤装样板裆弯线生成。首先对152名年龄在18～25岁的在校女大学生的裆部形态相关参数进行分析，建立人体裆弯曲线拟合模型，其中自变量为腰厚、腰围线到臀围线的距离、腹厚、臀厚以及腰围线到腹围线的距离。再根据人体与服装的关系，确定出人体裆弯曲线与裤装样板裆弯线之间的对应关系，确定个体化裤装样板裆弯线生成方法。最后将个体化裤装样板进行三维虚拟试穿，结果显示个体化裤装样板裆弯线与人体裆部曲线的贴合程度较高，验证了个体化裤装样板裆弯线生成方法的可行性。
关键词：女裤;裆弯线;裤装样板;局部形态;相关分析;回归模型
中圖分类号：
TS941.17
文献标志码：A
文章编号：1009-265X（2021）06-0091-07
收稿日期：2020-10-23 网络首发日期：2021-04-20
基金项目：国家自然科学基金项目（61702461，61702460）;浙江理工大学科研业务费专项资金资助项目（2020Q051）;中国纺织工业联合会科技指导性项目（2018079）;2020年“纺织之光”应用基础研究项目（J202007）;浙江理工大学2020年硕士研究生优秀学位论文培育基金项目（LW-YP2020053）
作者简介：夏圆平（1997-），女，江西乐平人，硕士研究生，主要从事服装数字化技术方面的研究。
通信作者：顾冰菲，E-mail：gubf@zstu.edu.cn
Generation of Individualized Crotch Curves of Young Female"sPants Driven by Local Shape
XIA Yuanpinga， SHAO Jiayua， ZHANG Beibeia， JIN Shouninga， GU Bingfeia，b，c
（a. Fashion College; b. Clothing Engineering Research Center of Zhejiang Province;
c. Key Laboratory of Silk Culture Heritage and Products Design Digital Technology， Ministry of
Culture and Tourism， Zhejiang Sci-Tech University， Hangzhou 310018， China）
Abstract：
To improve the fitness of pants， individualized crotch curves of pant templates based on local shape were generated by combining human body shapes and pant templates. First of all， the crotch shape parameters of 152 female college students aged 18 to 25 were analyzed and a fitting model of human crotch curves was set up. The independent variables were waist thickness， the distance from waist line to hip line， abdominal thickness， hip thickness and the distance from waist line to abdominal line. Then， according to the relationship between human body and clothing， the correspondence between the human crotch curves and crotch curves of pant templates was determined， and a generation method of crotch curves of individualized pant templates was identified. Lastly， 3D models tried on the individualized pant templates， and the results showed that the crotch curves of individualized pant templates well fit into human crotch curves， which supported the feasibility of the proposed generation method of crotch curves of individualized pant templates.
Key words：
female pants; crotch curve; pant template; local shape; correlation analysis; regression model
裤装是人们穿着中重要的组成部分，其合体性也一直是消费者关注的重点。近年，人们的生活习惯发生了一定的转变，导致人体形态发生较大的变化[1]，现有的服装样板已经不能满足人们的穿着需求。
人体与服装之间存在着直接或间接的关联性，人体下半身构造影响着裤装样板的结构设计。部分学者通过直接测量的相关数据建立模型，再生成裤装样板。如Tao等[2]通过三维人体扫描数据建立人体模型，运用立体裁剪的方法，生成裤装样板。周恒吉[3]构建个性化数字人台，通过曲面展平技术得到展平矢量图，最终建立个性化女裤装样板。Hlaing等[4]通过三维扫描得到的数据来创建三维人体虚拟模型，并运用线框模型生成带有松量的裤装模型。部分学者先对人体下半身体型进行分析，再将分析结果与裤装样板结合，李明霞[5]总结研究对象的下半身形态特征，并对群体中普遍存在的凸腹与高髋形体在裤装样板上进行针对性改进。葛秋菊[6]分析了梨形体等4类体型特征，获取4类体型裤装基型样板。Petrova等[7]根据臀腰差与腰臀围比例将人体分为3类，并通过试穿有无松量的样裤对裤装的松量分布进行研究。曾花[8]，庹武等[9]对腰腹臀特殊形态人体所对应的裤装样板进行修改，以达到理想的效果。王红歌等[10]探索下半身特征与裤装设计之间的关系，得到了人体与裤装结构因子之间的影响模型，对贴体女裤样板进行优化。石小强等[11]探索影响后腰曲线弯曲程度的因素，将后腰曲线形态进行分类，分析后腰曲线对高腰部样板设计的影响。
同时根据人体下体与裤装的关系，可以发现裤装的合体化设计关键在于包覆于臀部的裤装裆部结构设计。林彬[12]发现立裆主要受净臀围的影响，并得出立裆的计算公式，并利用平面-立体-再平面裁剪的研究手法，得出不同裤型的立裆放松量。李慧等[13]借助自动测量系统研究得出立裆深回归方程。张秀等[14]定量地研究了青年女性的裆底高特征。王永波等[15]分析了青年男性上裆部的特征，得出上裆长的线性回归方程，并将上裆长分为4类，得出各分类之间的上裆长档差。郭超杰[16]对凸肚体征人群的上裆结构进行多因子优化。Lee等[17]根据人体皮肤形变来完善男性户外运动裤的样板，发现整个裆部曲线的总长度在运动过程中没有增加，因此没有必要加长样板中裆部曲线的总长度。Gu等[18]研究人体裆部曲线与裤装裆弯线之间的距离松量与给定松量两者的分布规律。章玉铭等[19]针对女裤裆部的合体性进行研究，生成不同女性体型的个性化裤装裆弯线样板。而在现有女裤装样板研究中，较少有研究将青年女性人体裆部曲线与裤装裆弯线联系起来。
本文将结合人体体型与服装样板生成，探讨如何基于人体局部形态特征生成个体化裤装裆弯线。分析人体裆部曲线关键点与人体裆部形态参数之间的关系，并建立各关键点的回归模型，确定出人体裆部形态曲线拟合所需的形态参数进行拟合。结合人体裆部曲线和裤装裆弯线之间的关系，进行个体化裤装裆弯线生成，为个体化裤装样板自动生成奠定基础。
1 数据采集
1.1 测量实验
以152名年龄在18～25岁之间的在校女大学生为研究对象，身高在155～165cm，体重为40～75 kg。
采用美国[TC]2公司的三维人体扫描仪对实验对象进行站姿扫描，被测对象需呈自然放松状态，双脚站立在标有脚印的位置，双手保持用力均匀，握住身体两侧的扶手。同时被测对象需将头发盘起，并统一戴上测量帽，身着白色薄文胸及合身白色内裤，不能佩戴任何饰品。测量环境为：温度23～25℃，相对湿度65%±5%。
1.2 测量项目
由于人体裆弯曲线形态较为复杂，无法直接通过三维扫描仪获取相关形态参数。因此，采用逆向工程软件Imageware对扫描得到的人体点云数据进行二次测量，共包括13个形态参数：腰围（GW）、腰宽（WW）、腰厚（TW）、臀围（GB）、臀宽（WB）、臀厚（TB）、腹围（GA）、腹宽（WA）、腹厚（TA）、腰臀高（H1）、臀裆高（H2）、腰腹高（H3）、前腰厚/腰厚（TFW/TW），具体测量示意图如图1。从人体正面方向看，肚脐上方3cm的水平线为腰围线;从人体侧面方向看，过腹部前突点的水平线为腹围线，过臀部后突点的水平线为臀围线。
在使用逆向工程软件Imageware对三维人体点云数据进行二次测量时，发现有5份样本的点云数据有缺失，故将其剔除。而后选用SPSS软件中的箱型图来排除奇异值，综合分析后，剔除2组奇异值，最终得到有效样本145份，通过正态分布检验发现13项裆部形态参数数据均符合标准正态分布。
2 人体裆部曲线拟合
2.1 拟合思路
为了生成个体化裤装样板，采用从人体裆部曲线到裤装裆弯线的思路，首先可以找出人体裆部曲线上各关键点与人体腰腹臀部局部形态特征之间的关系，从而建立回归模型。
如图2所示，从人体左视图方向看，以线WL（腰围线）为X轴，以过点SW（腰侧点）的竖直线为Y轴，建立二维平面直角坐标系。根据人体裆弯线局部形态，共确定了14个关键点作为裆部曲线拟合的参考点，具体定义见表1。其中点O为人体侧缝线（Y轴）与臀围线的交点;点B为臀突点;以点O为中心，从点FH开始，在人体裆部曲线上逆时针每隔30°取一个点，分别记为点C、D、E、F。
2.2 相关分析
将关键点的横坐标用X表示，纵坐标用Y表示，如XE表示点E的横坐标。将研究对象各个关键点的横坐标值和纵坐标值进行相关分析，结果见表2，可以看出：XE与XF、XE与XD、XD与XC、XC与XFH、XFH与XA、XA与XFW、XFW与Tw（腰厚）、XBH与XB、XF与XBH、H1（腰臀高）与YC、YC与YD，YD与YE、YE与YCR之间以及H1（腰臀高）与YF之间存在显著的相關关系。
2.3 回归分析
通过回归分析来建立人体裆部形态关键点之间的计算模型。经过分析发现：虽然XE与XF、XE与XD均显著相关，但是若仅将XF或XD单独作为自变量进行回归得到的方程拟合精度较差，因此将XF和XD同时作为自变量，进行线性回归。首先对自变量进行共线性诊断，结果显示VIF为1.001，数值较小，可以排除自变量之间的共线性假设。最终得出各关键点横坐标和纵坐标的回归模型如表3所示。
从以上回归模型中可知，人体裆部形态曲线拟合所需的自变量为：腰厚、腰围线到臀围线的距离（H1）、腹厚、臀厚以及腰围线到腹围线的距离（H3）。前两个变量为代入回归方程的变量，后3个变量是辅助值变量，用于确定点BA的横坐标、点B的横坐标及点A和点BA的纵坐标。
2.4 误差分析
随机抽取20个样本，将每个样本的人体裆部真实曲线与拟合得到的裆部曲线进行对比。以其中一个样本为例，对比结果如图3所示。
从图3可以看出，大部分关键点的预测值与实际测量值几乎一致，但也有个别点坐标的预测值与实际测量值有一些偏差，比如图3中的F点，其纵坐标值预测值比实际测量值小，导致该点附近拟合的曲线与人体曲线有一定的差异。同理，对其余19个样本进行分析，得到各个点坐标的绝对误差范围（绝对误差=预测值-测量值），如表4所示。
由表4可以看出，XFH、XC、XD、YD、YCR、XE、YE、XF、YF、XBH坐标的绝对误差范围较小，拟合效果较好。而XFW、XA、YC、XBW的绝对误差范围较大，其回归方程得到的预测值与实际测量值可能有一定的差异。
3 個体化女裤裆弯线生成
3.1 传统裤装裆弯线
采用女西裤基本纸样制版方法[20]，将传统裤装裆弯线样板与其人体裆部曲线进行对比，以其中一个样本为例，其样板裆弯线与人体裆部曲线匹配情况如图4所示。
将人体裆部曲线分为三段，第一段为点FW（前腰点）—点FH（前臀点），第二段为点FH（前臀点）—点CR（裆底点）—点BH（后臀点），第三段为点BH（后臀点）—点BW（后腰点）。从图4可以看出，在第一段区间上，传统样板的裆弯线与人体裆部的点A（腹突点）到点FH（前臀点）之间的曲线斜率有一定的区别。在第二段区间上，传统样板的裆弯线与人体裆部曲线形态差别比较明显，基本不重合，经测量发现样板裆弯线长度小于人体裆部曲线长度。在第三段区间上，传统样板裆弯线长度大于人体裆部曲线长度。
同理可对比分其他人体的传统裤装样板，发现大部分的传统裤装样板裆弯线与其对应的人体裆部曲线之间有一定的误差。因此，传统裤装样板不一定适用于所有的人体。故本文将从人体与服装的关系入手，建立个体化裤装裆弯线的生成规则。
3.2 裆部曲线与裤装裆弯线的关系
人体裆部曲线和裤装裆弯线之间理想的对应关系[21]如图5所示。
图5中在腰围到臀围的这段区域（贴合区）上，裤装裆弯线前部分可近似看作点A（腹突点）和点FH"相连的直线并延长与腰围线相交，交点为FW"，后部分可近似看作点BW"与点BH"相连的直线，其中点BW"可近似看为点BW以过点BH"的竖直线为对称轴所做的对称点，点BH"即为人体裆部曲线上的点BH。在臀围线到裆底的这段区域（作用区）上，裤装裆弯线与人体裆部曲线基本保持一致。在臀底到大腿根部的这段区域（自由区）上，为了给因为运动造成的臀底移动提供一定的空间，裤装裆底通常会在人体裆底的基础上进行一定量的下落或左右偏移。通过直观的了解人体裆部与裤装裆弯线的关系，为建立个体化裤装裆弯线生成规则提供合理的依据。
3.3 个体化女裤裆弯线绘制
根据人体裆部曲线与裤装裆弯线之间理想的对应关系，绘制裆弯线，如图6所示。
a）基础线确定
任意画一条水平线，记为线WL（腰围线）;线WL的中点记为点SW（腰侧点），在点SW处向下画一条竖直线，记为线SWL。然后根据H1及H3，确定线HL（臀围线）和线AL（腹围线）的位置。
b）关键点确定
在确定了基础线的情况下，继续确定关键点。
首先，根据XFH的回归模型、H1的值及点SW的位置，在臀围线上确定前臀点（FH）的位置;在点FH处向上画一条竖直线，记为线FHL;通过FH点的位置和臀厚，确定点B的横坐标，将其代入点BH的回归模型确定点BH的横坐标，结合H1的值，确定点BH的位置;在点BH处向上画一条竖直线，记为线BHL。
其次，在腰围线上根据XFW的回归模型确定点FW（前腰点）的位置，通过点FW的位置和腰厚，在腰围线上找到点BW（后腰点）的位置，并以线BHL为对称轴作BW的对称点BW"。
再者，根据XA的回归模型和H3确定点A的位置。并通过点SW的位置及C、D、E、F这4个点的回归模型来依次确定点C、D、E、F的位置。
最后，通过YCR的回归模型及点SW的位置，在线SWL上确定点CR（裆底点）的位置。
c）裆弯线拟合
根据上述确定的点FW"（点FH与点A的延长线交于腰围线上的一点）、A、FH、C、D、CR、E、F、BH、BW"拟合出适合该人体的无松量裤装裆弯线。再结合女西裤基本纸样制版方法画出完整裤装样板。
3.4 验证分析
借助富怡CAD软件和CLO 3D软件进行样板验证。任意选取一实验对象测量所需形态参数，进行个体化裤装样板的绘制。在CLO 3D软件中导入其三维人体点云数据生成虚拟模型，将绘制的个体化裤装样板进行试穿，结果如图7所示，可见该样板裆弯线与人体裆部曲线的贴合程度较高。
4 结 论
本文提出了基于人体局部形态特征的人体裆部曲线拟合方法，以及如何将人体裆部曲线转换为个体化裤装裆弯线的生成方法。根据人体与服装的关系，对裤装裆弯线关键点与人体腰腹臀部的围度、宽度、厚度等裆部形态参数进行相关分析，并建立了人体裆部曲线关键点的回归方程，得出了裆部曲线拟合模型所需的自变量为：腰厚、腰围线到臀围线的距离、腹厚、臀厚以及腰围线到腹围线的距离。通过误差分析发现，臀围线以下关键点的回归方程拟合程度较好，而前后腰点的绝对误差范围较大。最后结合裤装纸样原型与人体裆部之间的关系，建立了个体化裤装裆弯线生成方法。三维虚拟试穿结果显示个体化裤装裆弯线与人体裆部曲线的贴合程度较高，验证了个体化裆弯线生成方法的可行性，为裤装的个性化定制奠定了基础。
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