CAD技术在服装个性化设计中的应用

服装的设计和生产已逐渐形成多品种、小批量以及以消费者为中心进行服装设计和生产的发展方向。但是服装单量单裁、单个定制等设计生产方式影响产品的交货时间，并且产品质量不稳定，达不到快速、个性化的服装发展要求。随着计算机和网络技术的快速发展，无论服装CAD是软件编程还是系统硬件配置都已经越来越实用合理，在传统的工业化大批量生产过程中，为服装设计者和生产管理者提供了先进的应用工具，改变了传统手工操作中的许多不足之处，提升了工作效率，降低了生产成本。

1 服装CAD系统功能剖析

1.1 服装CAD系统构成

服装CAD是计算机辅助服装专业人员完成服装款式、结构、工艺设计的工具，普遍应用的系统功能主要是从款式设计到样片设计，包括3方面的软件内容：

(1)款式设计如何为设计师提供大量素材，激发创作灵感，快速绘出服装效果图，并且进行配色、填色等。

(2)结构设计主要有2种类型：利用系统软件的作图工具，按照手工制版的方法和顺序设计纸样；利用数字化仪输入纸样作为母版，在系统中显示该纸样并修改，使之成为符合要求的新纸样。

(3)根据经验传递数据给电脑完成放码和排版，或直接利用系统智能进行自动排版。

1.2 服装CAD系统在传统工业生产中的应用

服装CAD系统方便、快捷、实用、美观、精确，在欧美等国家服装行业普及率已达60％～70％，我国尚不到6％，主要原因有：

一是上世纪80年代用工成本不高，高价购买CAD系统来提高劳动生产率的迫切性不够；

二是最初进口的CAD界面没有汉化，文化程度不高的服装技术工使用困难；

三是虽然随着1999年电脑和服装CAD软件降价和进口系统完成汉化界面，以及国产CAD系统相继开发，有相当服装企业购买了CAD系统，但很多企业将其搁置起来。主要是企业对服装CAD的使用没有全面了解，添置了不适合的系统，没有考虑维修、维护、培训和其他服务等诸多因素，只是关注软件的现有功能和价格。

系统应用成功的企业也有很多，不过主要使用的功能就是打板、放码、排料等，并且使用较好的企业，生产的产品大多数是男衬衫、西服套装、男女裤子等标准产品。

1.3 CAD系统功能应用开发的必要性

在服装CAD系统中，大规模工业化生产时期应用推挡和排料功能居多，款式设计软件不是很专业，整体性不强，设计师应用图形库、颜色库以及色彩调制功能，或者用手工完成不着色的初稿输入电脑，再在电脑中完成修改、复制、配色等设计工作，这样的设计方式能够适应外贸订单的加工节奏。但是当今服装的流行向时装化、个性化、求新、求变的趋势发展，故服装设计在服装企业中的地位和作用日益重要。随着三维图形软件的发展和完善，电脑可以模拟出人体模型，直观地展现特定尺寸的人模形状，特别是在职业服定制领域应用三维设计系统，将会在展示和促销方面发挥积极的作用。

推挡和排料功能在大批量生产企业应用最多，为外贸订单快捷交货、提高劳动生产率等起了一定的作用，企业技术人员通过智能化的人机对话，在排料时采用电脑自动排料和手工排料相结合，使面料利用率提高，但是，今后小批量、多品种、多色号、多块数的推挡排料要研究快速反应、利用率高的应用方法，为时装、定制职业装、功能性服装等生产充分发挥系统作用。

系统完成所有设计以后，即输出纸样或连接刀具切割纸样，现在有企业使用输出直接连接切割面料的刀具进行裁床作业，节省很多时间，这些技术实际上是运用计算机数字控制来实现的，如果刀具能够雕刻纽扣，则在服装个性化时代又有了飞跃。


2 个性化服装设计特点

随着市场发展的需要，越来越多的人喜欢定制服装，这对服装定制提出了更高要求，仅靠服装质量、满意度和人脉关系是不够的，要有快速发展的设计水平、快速交货的生产速度。

2.1 定位个性化

服装的个性化来源于人的个性化，消费者对服装有不同层次与个性的需求。为了市场需求，设计师的产品定位会越来越细，从品种、款式、配套、面料、辅料、功能等多方位展示服装。

2.2 规格个性化

服装生产规格要符合国家号型标准的要求，虽然服装号型标准全国覆盖面平均达到约95％，但是中国现行的服装号型标准中所提供的规格数据已不能满足大众服装的需要。如商家男衬衫能够提供的型号是8～10个，为38～44号，然而这些型号的衬衫只能够满足64％的成年男性的需求，如果要满足100％的成年男性的量体裁衣的需求，男性衬衫需要设立2000个型号，其他产品有同样的规格需求，所以规格个性化是必然趋势。

2.3 辅料配饰个性化

消费者对服装要求更加注重“独一无二”，对领式、袖口、襟式、松紧、饰扣等都有独到的审美观，特别是衬布、钮扣等辅料影响服装的品质。开发不同质地的衬布对个性化服装的缝制有独特作用；纽扣通过不同形状的设计应用于男女各类服装上。

2.4 职业服功能时尚性

服装面料的功能性开发逐渐被企业职业装设计所采纳，各种保健面料、环保面料、特种面料，包括几十种功能性面料的开发，给企业的服装个性化设计奠定了基础。职业服设计是根据一段时期人们生活水平和生活态度的变化而变化的，人们的审美观越来越体现个性化，职业装设计必须包括功能性、审美性、象征性3个重要特性。

3 CAD技术在个性化服装设计中的应用

CAD技术在服装大批量生产中已得到应用，其推挡和排料功能使用较多，设计模块和其他功能的开发将会在个性化设计的发展中逐步应用。

3.1 服装CAD三维测量系统应用于职业装的定制

个性化服装设计已经逐渐从个人的需求发展到企业的职业装要求，具有企业文化、代表性的着装会体现员工的企业精神。目前很多设计师是按照国家服装号型标准设定不同的规格，制作相应大小的服装，送到定制单位试穿，登记各自所需要的服装规格，个别的特体可以定做，但是生产完交货后还是有相当一部分人选错规格或不合体。单个量体获取正确的人体数据由CAD系统来实现。通过比较激光三维人体扫描仪(Vitus Smart，法国力克)测量的人体部位数据与三维CAD系统(V-Sticher，美国格伯)的人体模型部位数据的定义，分析并纠正其差异性，实现职业服定制单量体的可行性。三维人体测量技术一般都是非接触式的，通过应用光敏设备捕捉投射到人体表面的光(激光、白光及红外光)在人体上形成的图像，然后通过电脑图像处理来描述人体三维特征，它能够快速、精确地扫描人体的各部位，只需几秒钟便可产生稳定性较高的大量测量数据，而且能自动集成到服装CAD系统中，可以适应服装生产的需要。

3.1.1 实验样本数据采集

运用三维人体扫描仪采集4个样本的数据，测量时受测者穿着贴身但不紧身的一层内衣，按照规定的姿势要求，在规定的测量区域完成人体数据测量，既方便又准确。Vitus Smart使用光线条纹扫描方法，3D人体扫描仪的尺寸为225cm×220cm×285cm，由4根支柱组成，每根支柱包括2个CCD相机，加上1个不伤害眼睛(等级1)的激光器，8个三角形的探头能够在10s内扫描体积为80cm×80cm×203cm的区域，而分辨率可以达到0.5mm。Vitus smart能够提供足够的人体尺寸，以便进行量身定做和大规模定制。该测量仪可自动提取约100个人体尺寸，可以测量任意长度、周长、角度、横截面和体积。


3.1.2 实验数据采集

截取三维扫描仪的人体数据定义图与国家标准对照，提取与国家标准相同的数据定义。按照国家标准从三维扫描仪的80多个数据中选择出正确的与V-Stitcher相同的人体数据定义。三维扫描仪与国家标准相同定义有：身高、颈椎点高(直线测量)、腰围高、颈围、腰围、臀围、臂长(肩至腕)、胸围、下胸围，然后再与V-Stitcher系统的部位定义进行比较和选取。

三维人体扫描仪自动获取的人体数据近百个，而V-Stitcher系统中所需的数据约70个，首先，需要在三维人体扫描仪获取的数据中找出V-Stitcher系统所需要的数据，选择相同定义的部位数据。


3.1.2 实验数据采集

截取三维扫描仪的人体数据定义图与国家标准对照，提取与国家标准相同的数据定义。按照国家标准从三维扫描仪的80多个数据中选择出正确的与V-Stitcher相同的人体数据定义。三维扫描仪与国家标准相同定义有：身高、颈椎点高(直线测量)、腰围高、颈围、腰围、臀围、臂长(肩至腕)、胸围、下胸围，然后再与V-Stitcher系统的部位定义进行比较和选取。

三维人体扫描仪自动获取的人体数据近百个，而V-Stitcher系统中所需的数据约70个，首先，需要在三维人体扫描仪获取的数据中找出V-Stitcher系统所需要的数据，选择相同定义的部位数据。


运用三维人体扫描软件中Measure-3D进行手动测量，分别使用直线距离测量肩宽、外腿长、脚板长、脚板宽等，而小腿肚围和下臂围则需要用到横截面圆周测量，用自多边形线段长度测量夹圈、头颅尺寸、头颅长。

通过三维扫描测量系统自动获取的数据和手动的补充测量的数据，形成了样本的人体扫描截图，与V-Stitcher系统设定的模特比较差异，即V-Stitcher系统部分部位定义方法未知，无法进行准确的特体模特设定，所以这是系统对特别体型的测量数据存在的缺陷。但是修改V-Stitcher系统未知定义方法和偏差较大部位的数据后能够与扫描截图接近，基本实现定制测量的要求，同时V-Stitcher系统能与格柏样板设计软件连接使用，提供实时的服装设计和模拟试衣，以帮助客户缩短产品开发周期，降低成本，促进销售。


3.2 CAD系统解决特殊形状面料的排料方法

皮草和皮革服装的时尚化、个性化是当今服装发展的趋势，因为材料比较昂贵，一般从单件的或小批量的产品做起，设计上会有不同的拼接，具有一定设计感的皮衣在生产排料裁剪中会有很多困难，它对用料特别讲究，皮料不像面料，是大小、形状以及质量各异的单个或多个皮料进行排料裁剪，还得注意皮料厚度不一，多处瑕疵孔或处理后表面颜色不统一等问题。国外已经有成熟的皮革排料裁剪系统，国内一般企业是手工和半机械相结合进行排料，本研究以服装CAD为基础，对二维不规则皮革排样问题进行分析研究，优化排样，以提高材料利用率以及减少加工成本。

3.2.1 皮革智能排样的概念

皮革智能排样是指在满足质量要求的条件下，将排样尽可能合理地布置在原料皮革上，并且不重叠。目的是当按照所有排布的排样轮廓进行裁剪时，可以获得最大的皮革利用率。

智能排样的目的在于寻求优化的布局方式，使平面区域的面积利用效率高，是典型的组合优化问题，具有很高的计算复杂性。因此，规模较大的排料，不但手工排料不可能做到真正的优化，即使用计算机也必须开发高效的算法才能实现利用率较高的优化切割。

3.2.2 皮革排样影响的因素和约束条件

在研究排样算法前，需要考虑排样对象几何和技术工艺方面的一些因素，这些因素会影响到问题的复杂性和算法的设计。如：

(1)几何因素，原材料可以是经过加工的规则的矩形皮革，也可以是高度不规则甚至带有缺陷区域的天然皮革；

(2)加工工艺因素，在切割生产中需要留作切口的间隙和加工损耗；

(3)图案或纹理的方向性约束，对于天然皮革还需要考虑伤残、厚度差等。

排样约束条件：

(1)两式样外形互不重叠；

(2)式样必须放在材料内；

(3)式样在材料上的排列按照最左最低原则进行；

(4)对于式样，按其面积由大到小依次排列的原则选择，这样保证了能放置大式样的区域不放小的式样；

(5)满足一定的工艺条件。

3.2.3 皮革优化排样的问题

皮革优化排样是指在满足质量要求的条件下，将产品式样尽可能合理地排布在皮革原料母板上，并且互不重叠。其目的有两个：一是提高排样环节的效率，节省时间；二是当按照所有排布的式样的轮廓进行皮革切割时，可以获得最大的皮革利用率。皮革优化排样问题属于二维不规则式样不规则母板型，由于母板和式样的形状都极为复杂，所需的参数繁多，不仅母板的形状有可能是凹形或凸形，而且式样的形状也有可能是凸形或凹形，排样时不仅要考虑式样之间的匹配，而且要考虑式样与母板之间的匹配问题，算法的复杂度很高。

皮革优化排样除了受到其本身形状不规则度的影响之外，还受到其他约束条件的影响，直接影响排样效果：包括皮革纹理、皮革疵点和皮革质量分区方面。

(1)皮革纹理。由于皮革每一件原料在纹理上不尽相同，差异性较大，为了使生产出的同一件产品的各个部分在纹理上大致相近，就需要对皮革原料进行纹理的识别和分类。采用计算机技术，结合图像采集与处理技术，可对皮革原料进行纹理的识别与分类，以替代人工凭经验提取原料的纹理特征。在母板内只能允许式样以某个角度出现，并只做180°的旋转。

(2)皮革疵点。皮革原料易生寄生虫，而且通常被打上烙印以达到鉴别的目的；或者由于生产加工过程中造成皮革原料损伤，因此，皮革上布满缺陷，且其大小、形状、深度都是随机的，因此在进行排样和切割之前，需要进行疵点识别，确定瑕疵的位置和大小。排样过程中，要避开瑕疵，这给排样增加了难度，也降低了最优排样的协和度。

(3)皮革质量分区。在天然动物皮革上，质量的分布是不均匀的，有的部位厚薄均匀，柔软而有弹性，易于染色，称为优质区，反之为劣质区，对于牛皮而言，腹部为优质区，四肢部位为劣质区。所以，应当划分出不同的区域满足不同式样的要求。进行质量分区后的皮革优化排样较为复杂，要对式样先分类，要求较高的式样排布在优质区，而要求较低的式样排布在劣质区。

以服装CAD为基础，对二维不规则皮革排样问题进行分析研究，优化排样，提高材料利用率以及减少加工成本，并且比手工单片排样节省大量时间，符合快速反应的生产方式，在此基础上，逐渐编制出不规则皮革面料排样CAD基本模块。


3.3 CAD技术在纽扣上的个性化设计

纽扣除了它原始的连结功能外，更多地体现出它的装饰与美化的功能。千姿百态的装饰纽扣正在广泛流行，为时装的美化增添了新的风采和韵味，更能体现个性化设计。

3.3.1 纽扣的花色品种

纽扣的花色品种有方形、圆形、棱形、椭圆形、叶形，以及凸花、凹花、镶花、镶嵌、包边、涂料纽扣等。按照取材特点可分为四大类：合成材料纽扣、天然材料纽扣、组合纽扣和金属钮扣等。随着个性化服装设计的需要，国际上开始流行组合纽扣，如ABS—电镀金属件组合、ABS电镀—树脂件组合、金属—环氧树脂组合纽扣等，这些组合纽扣功能全面、装饰性强，大多为手工制作，生产批量小，个性化明显，迎合了时装界追求个性的要求。

3.3.2 纽扣的雕刻设计

纽扣一般在材质和形状设计上有变化，在纽扣上用CAD技术雕刻各种图案以实现个性化要求。CAD系统的图案设计功能可以绘制消费者要求的各种图形，如个人名字、企业标志、喜好花卉等，只要想办法在输出端口连接数控装置，将雕刻的刀具装上，然后在不同材质的纽扣上输出刻出设计的图形，这样特别适合单套衣服的配套纽扣雕刻。当然输出工具可以用其他如激光等，对批量生产也合适。这些都是通过程序指令控制运作的，只要改变程序指令就可改变加工过程，数控的这种加工灵活性称之为“柔性”，对服装柔性生产无疑是锦上添花。

4 结语

(1)服装的个性化发展会越来越趋向于“单量单裁”以及多品种、小批量定制，并且能够实现快速反应的设计要求。

(2)利用计算机数据接口的通用性，分析CAD系统与激光人体测量仪之间数据转换时的差异性，解决不接触人体测量问题，数据通过CAD系统的接口连接，达到快速定制职业服的设计要求。

(3)应用CAD系统智能化排料技术，研究对皮革时装在不规则皮面上排料的方法，提高利用率。

(4)纽扣的个性化设计通过服装CAD系统的输出端改变，用数控技术可雕刻出定制要求的图案，且不需要有一定的批量，使服装辅料更个性化。(end)