CN107480315B - 参数化样板设计的方法和系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种参数化样板设计的方法和系统，包括以下步骤：S1：根据用户定义的初始图形和用户指定的包括约束类型和/或约束关系的约束信息建立成衣至少一个部位的初始样板图形；S2：通过约束处理器在初始样板图形中提取特征点，并根据提取的特征点构造几何向量；S3：通过约束处理器根据约束信息和特征点提取约束并进行几何推理，根据约束信息和/或几何推理结果，向用户提供包括特征点运动方向和/或约束情况的模型信息；S4：当接收到修改尺寸的操作信息时，约束处理器根据修改后的尺寸和约束信息重新对图形进行处理，生成新的样板图形。本发明具有能够高效完成连衣裙样板设计等优点。
Description
技术领域
本发明属于服装制作领域，尤其涉及一种参数化样板设计的方法和系统。
背景技术
在服装制作的过程中，服装样板的设计极为重要。而现有的服装样板的设计一般是手工制作完成或使用服装CAD系统进行完成。在进行样板定制时，手工制作虽然精准，但是效率极低。而使用服装CAD系统是提供仿手工的工具加上人的头脑再加上手工操作才可以完成整套样板的制作。当定制尺寸发生变化时，由于按照完整样板进行设计，所以需要从尺寸到样板制作的全新过程，周期很长。而且，不同的客户个体体态具有差异，按照一套完整样板进行设计的方式，使得成衣的合身性不佳。
为了解决上述技术问题，人们进行了长期的探索，例如中国专利公开了一种西服定制样板生成方法及系统[申请号：CN201110374031.X]，方法包括：接收西服定制样板对应个体的体征参数，所述体征参数包括个体的各局部尺寸数据和型号信息；根据所述型号信息，提取各预置的样板部件库中的相应的局部样板，其中，所述预置的样板部件库中存储不同型号所对应的局部样板；根据所述各局部尺寸数据，对所提取的相应的局部样板进行尺寸修正；将所有局部样板进行圆顺拼接，以生成所需的西服定制样板。
上述方案虽然可以高效生成符合客户个体体态特征的西服样板，但是其具有一定的局限性，且需要人为输入成衣各部位的尺寸以得到成衣样板，存在无法直接根据客户人体尺寸进行样板设计等问题。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种高效完成连衣裙样板设计的参数化样板设计的方法。
本发明的另一目的是针对上述问题，提供一种参数化样板设计系统。
为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：
本发明的参数化样板设计的方法，包括以下步骤：
S1：根据用户定义的初始图形和用户指定的包括约束类型和/或约束关系的约束信息建立成衣至少一个部位的初始样板图形；
S2：通过约束处理器在初始样板图形中提取特征点，并根据提取的特征点构造几何向量；
S3：通过约束处理器根据约束信息和特征点提取约束并进行几何推理，根据约束信息和/或几何推理结果，向用户提供包括特征点运动方向和/或约束情况的模型信息；
S4：当接收到修改尺寸的操作信息时，约束处理器根据修改后的尺寸和约束信息重新对图形进行处理，生成新的样板图形。
通过上述技术方案，在为客户制作服装样板时，只需根据客户的个体差异和个性需求定制初始样板模型，然后根据客户各部位的实际尺寸对初始样板模型进行修正即可。
在上述的参数化样板设计的方法中，在步骤S1中，所述的约束类型包括拓扑约束和尺寸约束，所述的拓扑约束关系为隐式关系，且由系统自动检测，所述的尺寸约束用于约束各成衣部位设计元素的大小。
在上述的参数化样板设计的方法中，在步骤S1中，通过根据约束关系建立约束模型以建立初始样板图形，且建立约束模型包括建立包括点、直线和曲线中任意一种或多种基本元素之间的关系模型。
在上述的参数化样板设计的方法中，所述的点模型通过在直角坐标系建立坐标点进行建立，且所述的坐标点包括参数点和/或辅助点；所述的曲线模型包括三次样条曲线模型、Bezier曲线模型和B样条曲线模型中的任意一种或多种的组合，所述的直线模型通过参数化描述法进行建立，且所述的直线模型的参数化描述为公式②，即
X＝at；Y＝bt ②
其中，t为斜率；a为直线与X轴的交点；b为直线与Y轴的交点。
在上述的参数化样板设计的方法中，在步骤S3中，所述的约束处理器通过约束求解的方式提取约束。
在上述的参数化样板设计的方法中，所述的约束求解采用数值法进行求解：
将一系列约束转化为一系列关于特征点的非线性方程，即公式①，
F(D，X)＝0 ①
F：一列函数；
D：尺寸的函数变量；
X：特征点的函数变量。
在上述的参数化样板设计的方法中，在步骤S4中，所述修改后的尺寸为人体至少一个部位的尺寸，约束处理器根据修改后的尺寸和约束信息重新对图形进行处理的过程包括：
通过在BP神经网络的输入层输入人体多个部位的尺寸进行结构设计理论分析从而在BP神经网络的输出层输出成衣多个相应部位的尺寸，约束处理器根据成衣多个相应部位的尺寸和约束信息对初始样板图形进行修正。
在上述的参数化样板设计的方法中，在步骤S3之后，还包括：
根据约束求解结果和/或结构设计理论分析结果建立成衣多个部位的参数设计规则，且所述的成衣各部位根据参数设计规则的生成过程包括：
选定相应部位的某一点作为原点，在原点上分别建立相互垂直的X轴和Y轴以建立直角坐标系，根据约束信息在该直角坐标系上确定相应部位各点的参数坐标并基于确定的坐标绘制相应部位。
在上述的参数化样板设计的方法中，所述的成衣各部位包括成衣前片、成衣后片、成衣领片和成衣袖片中的任意一种或多种的组合。
一种基于参数化样板设计的方法的参数化样板设计系统。
本发明参数化样板设计的方法和系统相较于现有技术具有以下优点：1、能够高效生成符合客户个体体态特征的连衣裙样板；2、样板设计过程简单，只需要知道客户身体各部位的尺寸输入本发明的系统即可对初始样板模型进行修正以得到符合相应客户体态特征的样板；3、能够根据结构设计理论分析结果建立连衣裙各部位的参数设计规则得到各部位的样板图形。
附图说明
图1是本发明系统工作流程图；
图2是本发明连衣裙后片样板点参数约束图；
图3是本发明连衣裙前片样板点参数约束图；
图4是本发明连衣裙袖片尺寸约束设置示意图；
图5是本发明点元素在坐标系上的位置示意图；
图6是本发明纸样中部分点坐标构成的图形示意图；
图7是本发明Spline曲线的模型图；
图8是本发明Spline的袖窿弧线应用示意图；
图9是本发明Bezier曲线的曲线图形示意图；
图10是本发明通过二次Bezier曲线拟合得到的后领口曲线图；
图11是本发明B-Spline曲线模型图；
图12是本发明待调整的曲线图；
图13是本发明图12用B样条曲线调整后曲线图；
图14是本发明约束求解示例图；
图15是本发明参数化设计体系结构图；
图16是本发明纸样中直线的集合描述图；
图17是本发明纸样中曲线的结合描述图。
具体实施方式
以下是本发明的优选实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
本实施例以连衣裙样板为例进行具体说明，其中旗袍作为一种连衣裙，也可以采用本实施例方法进行参数化样板设计：
如图1所示，本发明的参数化样板设计的方法，包括以下步骤：
S1：根据用户定义的初始图形和用户指定的包括约束类型和/或约束关系的约束信息建立成衣至少一个部位的初始样板图形，初始图形由用户手动绘制并标注尺寸，或者，初始图形从样板库中提取；
约束一般根据产品特征、产品结构和设计过程的不同来变化，并将这些限制综合成设计目标，然后将它们映射成为特定的几何和拓扑结构，从而转化为约束以几何元素为中心，约束类型包括拓扑约束和尺寸约束，其中，拓扑约束包括水平、竖直、平行、垂直、相切、共线、同心、相交、对称等几种约束类型，拓扑约束关系是隐式的，由系统自动检测。
本实施例以0作为中心点，依次建立样板各点之间的几何约束关系图，其中连衣裙后片和前片样板约束图如图2和3所示。
尺寸约束用于约束各成衣部位设计元素的大小，通常包括定距点、旋转、垂直连接、等分等约束类型，如图4所示，在绘制连衣裙样板袖片时肩端点将后袖肥OB分成三等分点，前袖肥OC分为四等分点，对袖肥部位进行等分的尺寸约束。
通过根据约束关系建立约束模型以建立初始样板图形，且建立约束模型包括建立包括点、直线和曲线中任意一种或多种基本元素之间的关系模型。
点模型通过在直角坐标系建立坐标点进行建立，且坐标点包括参数点和/或辅助点；本实施例用坐标值表示一个点在坐标系中所处的位置，坐标值包括横坐标和纵坐标，如图5所示，用P1(X1，Y1)、P2(X2，Y2)两个坐标值表示二维平面中的两个点，如图6，在后片样板参数化模型建立的过程中需要用坐标值表示的点共有29个，其中用来生成图形的参数点有16个，如后腰围中心点作为原点O(0，0)，线段OC为背长c，所以C点的坐标为(0，c)，其余的13个参数点是设计过程中的辅助点，如线段OA为后腰节长a，线段AB为背宽d，所以A点坐标为(0，a)，B点坐标为(1/2d，a)，虽然在参数化设置过程中，辅助点的设置对于图形的生成没有直接影响，但仍是参数化样板设计过程不可或缺的一部分。
具体地，连衣裙样板中主要有袖窿弧线、领窝弧线、领口弧线等需要用到曲线加以建模，曲线模型包括三次样条曲线模型、Bezier曲线模型和B样条曲线模型中的任意一种或多种的组合。
其中，三次样条曲线的曲线模型图如图7所示，且由于其每个控制点都在曲线上，改变任何一个控制点只对曲线的局部形状产生较大影响，因此其局部塑型性比较好，而且由于曲线上各点切线斜率的连续变化，保证了曲率变化连续，使得所设计出的曲线有很好的弹性和圆顺性。
三次样条曲线主要用于依次平滑连接各已知点，形成圆顺的曲线，比如绘制袖窿曲线，如图8。当袖窿曲线各辅助点确定之后，用Spline曲线连接，画出圆顺的袖窿造型曲线。
Bezier曲线是图形学中最基本、最重要的内容之一，Bezier绘制方法是用很多近似的直线段，将函数同几何表示结合起来，使人比较直观地意识到所给条件与设计出的曲线之间的关系，能方便地控制输入参数来改变曲线的形状。Bezier曲线具有良好的几何性质，能简洁、完美地描述和表达自由曲线曲面。Bezier曲线的最大优点之一是控制点如果构成凸多边形，即特征多边形是凸时，Bezier曲线也是凸的，Bezier曲线图形如图9所示。所以要将曲线升高、降低，只要将一个控制点升高、降低即可，计算非常方便，因此，采用Bezier曲线可用于曲线拟合。
因此，以特征多边形的二次Bezier曲线插值给定的三个顶点就能得到。在MATLAB中通过二次Bezier曲线拟合得到的后领口曲线如图10所示。
B样条(B-Spline)曲线是三次样条曲线和Bezier曲线的拓展，其曲线的模型如图11曲线是局部逼近，修改控制点的位置对曲线的影响只是局部的，因此它具备了三次样条曲线的局部造型性，同时它也保持了Bezier曲线的特性，而且逼近特征多边形的精度更高，更重要的是B样条曲线的基函数的次数与控制点的数量无关，使得它能够具有较好的圆顺性。图12中是用样条曲线画出的曲线，它不能满足设计要求，在B点出需要修改，但是其他的部位是符合要求的，因此就可以用B样条曲线来调整，如图13所示。
同样地，直线模型通过参数化描述法进行建立，参数化描述几何元素可以实现描述对象与周围空间的完全分离，参数的个数与描述对象的维数相同，也可以更多，在参数化描述时，一个独立变量的值唯一地确定一个平面位置，而在解析代数描述时有可能得出多个点的位置，直线和弧线具体几何描述和参数化描述如表1所示：
表1纸样中的直线和曲线的参数描述
S2：约束处理器在初始样板图形中提取特征点，并根据提取的特征点构造几何向量；
S3：约束处理器根据约束信息和特征点提取约束并进行几何推理，根据约束信息和/或几何推理结果，向用户提供包括特征点运动方向和/或约束情况的各种模型信息，约束情况包括过约束或欠约束等；
其中，约束处理器通过约束求解的方式提取约束，具体地，约束求解采用数值法进行求解：
将一系列约束转化为一系列关于特征点的非线性方程，即公式①，
F(D，X)＝0 ①
F：一列函数；
D：尺寸的函数变量；
X：特征点的函数变量。
比如袖子的后袖肥点，该点的约束为：求己知X轴上一点(X，Y)，使之到线外一己知点A(X_0，Y_0)的距离为定长d，如图14所示，
点B、C的约束方程为：
S4：当用户修改尺寸时，系统接收修改尺寸的操作信息，约束处理器根据修改后的尺寸和约束信息重新对图形进行处理，生成新的样板图形。
其中，修改后的尺寸为人体至少一个部位的尺寸，约束处理器根据修改后的尺寸和约束信息重新对图形进行处理的过程包括：
通过在BP神经网络的输入层输入人体多个部位的尺寸进行结构设计理论分析从而在BP神经网络的输出层输出成衣多个相应部位的尺寸，约束处理器根据成衣多个相应部位的尺寸和约束信息对初始样板图形进行修正。
也就是说，在建立初始样板图形后，通过在BP神经网络模型中输入人体尺寸：身高、胸围、颈围、肩宽、腰围、臀围、胸高、臂围中的一个或多个尺寸；在输出层输出衣长、乳间距、前胸围、后胸围、背长、颈围、肩宽、前腰围、后腰围、前臀围、后臀围、前腰节长、后腰节长、后背宽、前胸宽、腰长、胸高和前中心长等一个或多个成衣尺寸。其中基于约束的参数化设计的体系结构如图15所示。
进一步地，在步骤S3之后，还包括：
根据约束求解结果和/或结构设计理论分析结果建立成衣多个部位的参数设计规则，且成衣各部位根据参数设计规则的生成过程包括：
选定相应部位的某一点作为原点，在原点上分别建立相互垂直的X轴和Y轴以建立直角坐标系，根据约束信息在该直角坐标系上确定相应部位各点的参数坐标并基于确定的坐标绘制相应部位，成衣各部位包括成衣前片、成衣后片、成衣领片和成衣袖片中的任意一种或多种的组合。
成衣后片生成规则设计过程：
选定后腰围的中点作为原点O，腰围线作为X轴，后中线作为Y轴，建立直角坐标系，制图步骤以及参数约束关系如表2所示：
表2连衣裙后片样板绘图过程
根据连衣裙后片样板点、线、面参数化关系的建立，得出连衣裙后片各点的参数坐标如表3所示：
表3连衣裙后片样板绘图过程
前片生成规则设计过程：
绘图步骤：选定前腰围的中点作为原点O，腰围线作为X轴，前中线作为Y轴，建立直角坐标系，制图步骤以及参数约束关系如表4所示：
表4前片样板绘图过程
根据连衣裙前片样板点、线、面参数化关系的建立，得出连衣裙前片各点的参数坐标如表5所示：
表5连衣裙前片样板绘图过程
领片生成规则设计过程：
绘制领片所需要测量的部位是颈根围，具体操作方法为经过颈后中心点、侧颈点至颈围前中心点测量一周。颈根围的参数设置为s选定第七颈椎点作为原点O，下领口线所在的直线作为X轴，后中线作为Y轴，建立直角坐标系。制图步骤以及参数约束关系如表6所示：
表6连衣裙领片样板绘图过程
根据连衣裙领片样板点、线、面参数化关系的建立，得出连衣裙领片各点的参数坐标如表7所示：
表7连衣裙领片样板绘图过程
袖片生成规则设计过程:
绘制袖片所需要测量的部位有3个，选定袖中线和袖肥线垂直相交的为坐标原点，袖肥线所在的直线作为X轴，袖中线作为Y轴，建立直角坐标系，制图步骤以及参数约束关系如表8所示：
表8连衣裙袖片样板绘图过程
根据连衣裙袖片样板点、线、面参数化关系的建立，得出连衣裙袖片各点的参数坐标如表9所示：
表9连衣裙袖片样板绘图过程
进一步地，本实施例公开了一种基于参数化样板设计的方法的参数化样板设计系统。
本发明对连衣裙各样板进行参数化设计，根据约束关系以及结构设计的理论分析建立连衣裙各部位的参数设计规则，并根据样板参数关系以及点、线、面之间的尺寸约束和数值约束关系设置各参数点坐标，绘制连衣裙的人体控制部位共有18个，对BP神经网络输出层的18个数据进行参数化设计，包括尺寸约束和拓扑约束，完成参数化关系模型关系的建立。
本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
尽管本文较多地使用了约束处理器、拓扑约束、尺寸约束、约束求解、结构设计理论分析等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本发明的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本发明精神相违背的。
Claims (8)
1.一种参数化样板设计的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：根据用户定义的初始图形和用户指定的包括约束类型和/或约束关系的约束信息建立成衣至少一个部位的初始样板图形；
S2：通过约束处理器在初始样板图形中提取特征点，并根据提取的特征点构造几何向量；
S3：通过约束处理器根据约束信息和特征点提取约束并进行几何推理，根据约束信息和/或几何推理结果，向用户提供包括特征点运动方向和/或约束情况的模型信息；
S4：当接收到修改尺寸的操作信息时，约束处理器根据修改后的尺寸和约束信息重新对图形进行处理，生成新的样板图形；
且在步骤S3中，所述的约束处理器通过约束求解的方式提取约束；
在步骤S3之后，还包括：
根据约束求解结果和/或结构设计理论分析结果建立成衣多个部位的参数设计规则，且所述的成衣各部位根据参数设计规则的生成过程包括：
选定相应部位的某一点作为原点，在原点上分别建立相互垂直的X轴和Y轴以建立直角坐标系，根据约束信息在该直角坐标系上确定相应部位各点的参数坐标并基于确定的坐标绘制相应部位。
2.根据权利要求1所述的参数化样板设计的方法，其特征在于，在步骤S1中，所述的约束类型包括拓扑约束和尺寸约束，所述的拓扑约束关系为隐式关系，且由系统自动检测，所述的尺寸约束用于约束各成衣部位设计元素的大小。
3.根据权利要求1所述的参数化样板设计的方法，其特征在于，在步骤S1中，通过根据约束关系建立约束模型以建立初始样板图形，且建立约束模型包括建立包括点、直线和曲线中任意一种或多种基本元素之间的关系模型。
4.根据权利要求3所述的参数化样板设计的方法，其特征在于，点模型通过在直角坐标系建立坐标点进行建立，且所述的坐标点包括参数点和/或辅助点；曲线模型包括三次样条曲线模型、Bezier曲线模型和B样条曲线模型中的任意一种或多种的组合，直线模型通过参数化描述法进行建立，且所述的直线模型的参数化描述为公式②，即
X＝at；Y＝bt ②
其中，t为斜率；a为直线与X轴的交点；b为直线与Y轴的交点。
5.根据权利要求4所述的参数化样板设计的方法，其特征在于，所述的约束求解采用数值法进行求解：
将一系列约束转化为一系列关于特征点的非线性方程，即公式①，
F(D，X)＝0 ①
F：一列函数；
D：尺寸的函数变量；
X：特征点的函数变量。
6.根据权利要求5所述的参数化样板设计的方法，其特征在于，在步骤S4中，所述修改后的尺寸为人体至少一个部位的尺寸，约束处理器根据修改后的尺寸和约束信息重新对图形进行处理的过程包括：
通过在BP神经网络的输入层输入人体多个部位的尺寸进行结构设计理论分析从而在BP神经网络的输出层输出成衣多个相应部位的尺寸，约束处理器根据成衣多个相应部位的尺寸和约束信息对初始样板图形进行修正。
7.根据权利要求6所述的参数化样板设计的方法，其特征在于，所述的成衣各部位包括成衣前片、成衣后片、成衣领片和成衣袖片中的任意一种或多种的组合。
8.一种基于权利要求1-7任意一项所述的参数化样板设计的方法的参数化样板设计系统。
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