服装CAD技术的发展历程

一、服装CAD 技术的发展历程

与其他行业相比，服装行业具有劳动密集型的特点，其信息化建设程度一直处于落后状态。然而，服装CAD技术历经40多年的发展，在服装企业中却得到了广泛地应用。

其应用始于20世纪70年代，美国的罗恩·马特尔（Ron Martell）提出了服装CAD的初始模型，即由输入设备读取手工样板，在计算机中进行排料，然后输出。美国的格柏（Gerber）公司在服装CAD技术市场化的过程中起到了巨大的推进作用，他们将罗恩·马特尔开发的服装排料系统推广到了很多企业，随后法国力克（Lectra）公司也推出了服装CAD系统。其后又出现了另外几家服装CAD软件供应商，如西班牙的艾维斯（Investronica）公司和德国的艾斯特奔马（Assyst－Bullmer）公司。进入20世纪90年代中期，我国也开始着手研发服装CAD系统，如深圳盈瑞恒科技有限公司、北京日升天辰电子有限公司等。这个阶段的服装CAD技术的应用主要集中在服装纸样设计、推板和排料方面，部分软件推出了款式设计功能。

到20世纪90年代末，国内外一些服装CAD软件公司和院校开始研究三维服装CAD技术。三维服装CAD技术，是指在计算机上实现三维虚拟人体、三维服装设计、二维纸样的三维缝合及三维试衣效果的动态展示等全过程，其最终目的在于不经过实际样衣的制作和试穿，而是由虚拟模特试穿，从而达到节省时间和财力，提高服装生产率和设计质量的目的。显然，三维服装CAD比二维服装CAD更具有吸引力，也是公司形象的一种体现。三维服装CAD技术经过十多年的发展，目前已经有多款成型的产品，包括VStitcher、CLO3D和Optitex等。运动类服装企业成为三维服装CAD最先应用的领域之一，如世界著名运动品牌阿迪达斯（Adidas）、耐克（Nike）等。

（一）服装款式设计系统（Designer System）

服装款式设计系统是利用计算机辅助服装设计师进行构思、创意和设计，一般分为用于绘制服装效果图和服装款式图两类。目前，这两类软件都有通用的图形图像处理软件和专业的服装款式设计软件。通用的图形图像软件，如Illustrator和CorelDRAW多用于绘制工业用服装款式图，Painter和Photoshop多用于绘制呈现设计效果的服装效果图。而专业的服装设计软件则提供了更加丰富的图形绘制工具，提高了工作效率，但由于其价格较高，企业应用并不广泛。通常服装款式设计系统应具有的功能有以下几点。(https://www.daowen.com)

1.款式的创作与修改功能

一般有两种方法可以得到服装款式图：一种是在空白的工作区上进行创作，因此系统应提供与手工绘制对应的绘画工具（如铅笔、毛笔、喷笔等），图形的颜色、线宽、线型可以由设计师随心所欲地选择，当然有些系统还提供了数位板和压感笔的输入接口，用户可以直接使用在数位板上手绘的方式绘图；另一种是采用扫描仪或照相机将手绘图稿输入计算机，再对输入的图稿用画笔和填充等功能进行处理。如果还要对已有的图形进行再创造的话，还应具有添加、删除、改变、重叠、拼合、切割等修改功能及阴影、省褶效果处理等功能。这些功能可以使设计师快速灵活地画出效果图或创新的款式图。

2.强大的色彩管理功能

系统需要提供色彩管理功能，包括提供颜色库和颜色编辑功能，设计师既可以调用系统提供的调色板，也可以通过色彩调配功能得到与自己的设计相配的调色板，还可以通过工具在画面中选取任何一种颜色放在调色板中作为备用色。

3.具有大量的图库功能

款式设计系统为了方便设计师的创意，在系统内建立了人体动态库、款式库、褶皱库、部件库等，并且随着不断的使用而日渐丰富，这就给服装设计师拓展了创作思路。

4.具有款式设计外延功能

所谓的外延功能是指与款式设计相关的功能，如真实面料图样、图案花型等功能。这样设计师可以直接在计算机上设计出自己满意的面料、图案，使设计师的灵感再次得到激发。

5.文件管理功能

为了能使设计师顺利地进行创作，款式设计系统还具有文件管理功能，设计师可以随时调入、保存、打开文件，还可以对不同的文件同时进行编辑。

（二）服装纸样系统（2D-CAD System）

服装CAD产生之初主要有推板（Grading）和排料（Marking）两大功能。后来，德国的Assyst公司开发出了纸样设计系统，即PDS系统。自此，服装纸样系统一般包括纸样设计（Pattern Design）、推板（Pattern Grading）和排料（Marking）三个模块。同时，纸样设计模块中都会包含纸样输入功能。服装纸样系统的基本处理流程如图5－1所示。从中可以看出，服装CAD软件中获得纸样一般有两种方式，一种是手工绘制纸样，然后输入计算机；一种是直接在服装CAD软件中绘制纸样。得到纸样后，可以将纸样进行检验和修改，然后可以进行推板和排料，最后输出。服装纸样系统一般包括两个独立模块，一个是服装纸样设计与推板模块，一个是排料模块。

1.纸样设计（Pattern Design）模块

纸样设计模块可以实现纸样输入、纸样绘制和纸样修改等功能，从其设计原理和思路上可分为三个类型：辅助设计、自动设计和三维立体设计。

（1）辅助设计：即辅助制板师完成纸样的设计，制板师可以通过纸样扫描仪或数字化仪（图5－2、图5－3）将手工制作的纸样输入系统，然后进行纸样的修改，也可以采用系统提供的笔、直尺等作图工具，按照手工制板的方法和顺序，设计出纸样，纸样完成后可以通过绘图机等输出设备绘制或切割出纸样。

（2）自动设计：或称为参数化自动设计，是按照专家经验将纸样的多数尺寸与胸围、身高等几个主要参数进行关联，然后通过一定的输入手段将这些经验公式输入系统中，用户在进行纸样设计时，就可以通过输入几个主要的参数实现某类纸样的自动设计，同时通过修改这几个主要参数也可以得到不同尺寸的纸样，还可以修改纸样的设计公式。这样就使纸样设计大大优于手工设计的过程。而且随着人工智能技术的迅速发展，将会使服装纸样设计进入一个崭新的时代。

（3）三维立体设计：是纸样设计实现平面与立体结合的发展方向。依靠三维图形学技术的发展，把平面的服装样片和立体的人体模型结合起来，使纸样设计更科学、更合理。在三维数字化人体上，设计师可以直接设计服装款式，并对其进行修改，最后直接生成二维纸样。三维数字化设计的实现是非常困难的，目前的技术只是能够实现简单款式的设计或对已有设计的简单修改。但三维技术的真实空间感和二维纸样的实时转换仍然能够对设计师提供很大的帮助，如在三维款式上画出的设计线可以通过旋转看到接近真实的效果，以帮助设计师判断设计线的位置和长度等是否合适。图5－4所示为使用日本DFL公司的Look Stailor X系统设计的简单款式及生成的二维纸样。

2.推板（Grading）模块

推板又称为放码，由于手工推板的步骤较多，包括移点、描板和检查等步骤，所以手工推板费时费力。但使用计算机进行推板则快速得多，推板师只需要在固定的推板点上输入推板规则，计算机就可以自动绘制出基础样板之外的其他样板。

推板模块中所使用的基础纸样可以是通过立体裁剪或平面制板得到的手工样板，也可以是通过纸样设计模块设计出的基础纸样，这两种纸样都可以通过表格数字编辑、公式解释、切开线或网状图输入等方式，建立起纸样上各推板点的推板规格表，瞬间完成多个规格纸样的推板。

在服装纸样系统的推板模块中，一般常用两种推板方式：点放码法和切开线法。

（1）点放码法：每个衣片都有一些关键点，这些点决定纸样的尺寸和形状，因此，这些点又叫放码点，或称推板点。在推板时，可根据前面章节中的方法或实际经验，给每个点以放大或缩小的变化量，即长度方向和围度方向的变化值，当给出这些必需的推板点变化量后，新产生的点就构成了放大或缩小纸样上的关键点，然后再绘制并连接成放大或缩小的纸样。

（2）切开线法：它引用的原理就是第三章讲述的推板原理，在纸样应放大或缩小的位置引入恰当、合理的分割线，然后在其中输入切开量（根据档差计算得到的分配数），即可自动放缩。切开线的位置和切开量的大小是这种推板技术的关键，从理论上说，无论多么复杂的纸样，均可以很快地完成。而人工推板是无法使用这种方法的，从中能体会到计算机在这方面的优势。

3.排料（Marking）模块

排料就是在给定布幅宽度的布料上根据规则摆放所要裁剪规格的纸样，其摆放应使耗料率最低。计算机排料是根据数学优化原理利用交互式图形学技术设计而成的。把传统的排料作业计算机化，把排料师丰富的经验与计算机特有的快捷、方便、灵活等特点结合起来。

服装CAD软件的排料系统，一般都提供两种排料方式：自动排料和交互排料。自动排料是软件根据服装样片的形状和大小，按照一定的算法，自动排列在排料区中。交互排料是指用户可以使用鼠标手动将纸样在排料区中进行排列，用户可以反复尝试，直到满意为止。通常情况下，有经验的排料师会首先使用自动排料，然后使用交互排料方式进行调整，这样可以得到不错的利用率。随着软件公司在计算机自动排料算法方面的不断探索和积累，自动排料的利用率已经越来越高，很多公司推出了超级排料工具，可以将自动排料的利用率提高到接近有一定经验的排料师手工排料的利用率。

（三）三维服装CAD系统（3D-CAD System）

三维服装CAD系统是指在三维平台上实现人体测量、人体建模、服装设计、裁剪缝合及服装虚拟展示等方面的技术。其目的在于不需要制作实际的服装，由三维数字化人体完成着装效果的模拟，同时能得到服装平面纸样的准确信息。进入21世纪，三维服装CAD开始引起了人们的广泛关注，很多公司和高校都投入大量精力对三维数字化技术进行研究，产生了很多成果，并有了比较成熟的商业化软件。三维服装CAD系统的主要功能包括：三维数字化人体模型、三维数字化设计与缝制、三维数字化T台秀等。

1.三维数字化人体模型

三维数字化人体模型是三维服装数字化技术的基础，有了数字化人体模型后，才可以实现设计、试衣等其他虚拟化工作，通常建立数字化人体模型有三种方法。

（1）三维重建：即通过三维人体扫描技术，获得人体点云数据，然后重建为精细的人体模型。一般扫描时，人体腋下、脚部等扫描不到的地方会存在缺陷与空洞，需要做一定的后处理工作。

（2）软件创建：借助于现有三维建模软件如Poser、Maya和3DMax等，交互构建虚拟人体模型。这种方法需要相当的专业知识，制作时间较长，且建模结果与实际人体有一定的差距，一般比较难用于服装数字化。

（3）基于样本的方法：通过插值或变形样本人体模型，得到符合个性特征的人体模型。该方法根据人体的恒定结构特征和外形特性，可直接由人体的关键特征信息，得到三维人台模型并可实现参数化。

2.三维数字化设计与缝制

三维数字化设计与缝制技术可以实现二维服装样片在三维状态下的缝合，展示出服装实际缝合后的虚拟效果，以帮助设计师和样板师对设计的服装进行评价和修改。三维数字化缝制技术可以实现二维服装CAD软件制作的样板的读取、二维样板的修改和三维效果的实时展示。这种技术是目前三维服装CAD系统中的主要模块，也是服装企业应用最广泛的三维数字化技术。图5－5所示为CLO3D系统导入的二维样板及缝制后的三维展示效果。

3.三维数字化T台录

三维数字化T台秀即通过三维虚拟模特的T台走秀，实现三维虚拟服装的动态展示。三维T台秀的实现需要复杂的计算机技术，包括虚拟人体的行走、多层服装及服装与人体之间的碰撞检测等。图5－6所示为3D Show Player制作的T台秀。

（四）试衣及量身定做（Testing & Tailoring System）系统

由于人们生活水平的提高，对着装的要求越来越趋向个性化、合体化，随着数码相机及图像采集卡等图像处理系统技术的不断发展，试衣系统成为顾客与商场之间交流的桥梁，一般试衣系统具有以下功能：

（1）摄像输入功能。

（2）丰富的图像库功能，库中保存有大量的服装款式图。

（3）试衣功能，当得到顾客的必要尺寸后，再从图库中选择服装款式，显示穿着效果。

（4）彩色图像输出功能，以彩色照片的方式输出试衣效果图。而量身定做系统既可以成为试衣系统的补充，又可以利用互联网使服装制造商得到客户的参考尺寸，完成纸样的修改处理，在缝制后交寄给客户。

由于服装CAD系统的功能模块较多，根据工业制板的特点在第二节和第三节中主要讲述纸样设计（Pattern Design）模块和推板（Grading）模块。