劉安璐 蘇軍強

摘要： ??互聯(lián)網(wǎng)技術與虛擬現(xiàn)實技術的發(fā)展，豐富和改變了服飾文物的展示形式，將不能長期實體展示的服裝進行數(shù)字化復原，構建其三維模型，可以進行線上虛擬展示。古代服飾具有復雜的層疊與裝飾結構，其三維模型內(nèi)部會出現(xiàn)大量樣板交疊的情況，交疊部分樣板會使模型產(chǎn)生大量冗余的三角形，增加了模型的面數(shù)和數(shù)據(jù)量。然而，服裝模型展示平臺的計算性能有限，同時展示大量文件容量過大的模型易造成網(wǎng)絡卡頓，降低了模型展示的流暢性。為解決這一問題，本文以氅衣為研究對象，基于氅衣模型中冗余三角形的分布情況提出三種不同的樣板修改方案，并通過實驗比較了三種方案的模型的數(shù)據(jù)量、發(fā)布時間及CPU占用率，以此確定出優(yōu)化氅衣模型的樣板修改規(guī)則。

關鍵詞： ?古代服飾;氅衣;三維模型;虛擬仿真;樣板處理;模型優(yōu)化

中圖分類號： TS941.2;K876.9

文獻標志碼： B

文章編號： 1001 7003（2022）03 0092 09

引用頁碼： 031202

DOI： 10.3969/j.issn.1001-7003.2022.03.013 （篇序）

通過建模軟件制作出服裝的三維模型? [2] ，以三維虛擬的形式對其進行展示是目前服飾類文物展覽的主流趨勢? [3] ?？紤]到服裝結構對模型效果的影響，服裝的三維模型通?；谡鎸嵉姆b樣板模擬獲得。 然而，由于古代服飾通常具有復雜的服裝結構、層疊結構與裝飾結構，以服裝的實際樣板對其模擬會導致模型產(chǎn)生大量冗余的多邊形，增加了模型的面數(shù)，進而導致模型數(shù)據(jù)量過大。服飾的虛擬展示通常需要同時展示大量的三維服裝模型，而大批量數(shù)據(jù)量大的模型會使存儲空間迅速膨脹，在展示時占用大量的內(nèi)存空間，影響網(wǎng)絡的下載與傳輸，造成網(wǎng)絡卡頓，實時顯示速度降低，使服裝模型難以流暢地展示? [4] 。為解決這一問題，需對古代服飾的真實樣板進行適當?shù)男薷奶幚?，使修改后樣板在保證服裝模型外觀效果的基礎上，能夠最大程度地消除模型中冗余的多邊形，降低模型的面數(shù)，實現(xiàn)模型流暢展示的目的，提高模型的應用效果。

本研究以清代明黃色綢繡紫葡萄紋氅衣為例，探究其樣板在虛擬仿真中的修改方法。此修改方法不僅適用于氅衣，對其他與氅衣具有相同特征的古代服飾的三維模型建立也具有參考價值。

1 氅衣結構分析

氅衣是晚清時期后宮嬪妃所穿著的便服，是清代宮廷女性代表性服飾之一? [5] 。早期的氅衣簡單實用，保留了游牧民族服裝的特點;清朝后期，由于慈禧太后的喜愛，氅衣迅速發(fā)展，花紋圖案日漸精致，制作工藝精巧復雜，深受清宮后妃們的喜愛，逐漸成為清宮后妃穿著最為頻繁的便服之一? [6] 。

氅衣是典型的“十字形”平面結構，具有左右交衽、袖肩一體及腋下開裾等古代服飾的共性特征。在《清宮后妃氅衣圖典》收錄的152件氅衣中，其中的明黃色綢繡紫葡萄紋氅衣層疊結構復雜，鑲飾結構豐富，且樣板修改前后的模型效果能夠產(chǎn)生鮮明對比，故選擇該氅衣為研究 對象。

明黃色綢繡紫葡萄紋氅衣以明黃色素綢為面，以綠色素紡絲綢為里，面上繡飽滿均勻的葡萄紋樣，是闊身窄袖類的氅衣，造型為直身式長袍，形式為圓領，捻襟右袵，平袖端，袖長到肘部，左右兩邊均開裾至腋下? [6] ，腋下有如意云頭的裝飾，氅衣衣身與袖子是一體的，前中線與后中線是衣片的中心軸，肩線是衣片的水平軸，整體衣片呈現(xiàn)十字結構? [7] ，裁片主要有左片、右片和大襟片。該氅衣鑲邊裝飾豐富，大身的衣身邊緣、領口、袖口及腋下處均有多層精美的刺繡鑲飾? [8] 。

基于對該氅衣結構特點的分析，本研究復制出其樣板圖，樣板包括氅衣的衣身樣板與鑲邊樣板，衣身樣板內(nèi)的虛線為氅衣的三層鑲邊的縫線，如圖1所示。

2 氅衣樣板處理

當三維模型具有復雜的內(nèi)部結構時，其內(nèi)部的重疊結構、相交結構及被遮擋結構會使模型產(chǎn)生大量冗余的多邊形，這些多邊形無法在場景中顯示，反而增加了模型的面數(shù)與數(shù)據(jù)量。而虛擬現(xiàn)實中每一幀運行的畫面都依靠計算機的顯卡和CPU的實時計算，如果模型的面數(shù)過多，會導致模型數(shù)據(jù)量增大，加載時間延長，運行速度下降，甚至會出現(xiàn)畫面無法運行的情況? [9] 。

中國古代服飾樣板結構具有一定的特殊性，完全以真實的服裝樣板對其進行模擬建模時，由于其樣板之間的相交、重疊及遮擋，模型會產(chǎn)生大量冗余的多邊形，增加模型的面數(shù)。為對服裝模型進行簡化，提高模型在虛擬場景中的運行速度，降低模型展示對計算機硬件配置的要求，提高模型展示的流暢性，應在不影響展示效果的基礎上對服裝模型進行優(yōu)化精簡，即對服裝的樣板進行適當?shù)男薷膭h減，以構造輕量化 模型。

2.1 模型精簡原則

模型的優(yōu)化對虛擬現(xiàn)實的運行速度有很大的影響，因此，

為保證模型展示時系統(tǒng)的穩(wěn)定性與流暢性，應對投入場景的模型進行精簡優(yōu)化。精簡模型的核心思想是降低模型的面數(shù)? [10] ，其具體操作有：刪除模型中看不見的面、刪除模型中重疊的面、刪除模型中相交的面。

2.2 氅衣樣板修改方案

利用CLO3D的線縫紉工具與自由縫紉工具將氅衣樣板進行虛擬縫合，得到氅衣的三維模型。通過對模型的觀察可知，該模型中存在許多樣板之間相互交疊的情況，如圖2所示。其中，淺灰色部分代表雙層交疊，中灰色部分代表三層交疊，深灰色部分代表四層交疊。產(chǎn)生這些交疊的原因有兩方面：其一，氅衣領口、袖口、腋下及衣身邊緣的三層鑲邊裝飾造成了衣身板片與鑲邊板片的雙層疊加;其二，氅衣的右衽結構造成了大襟片樣板、右片衣身樣板和鑲邊樣板的多層疊加。這些交疊部分樣板在場景中無法顯示，反而使氅衣模型產(chǎn)生了許多冗余的多邊形，增加了氅衣模型的面數(shù)，降低了模型的應用效果。為消除模型中多余的面數(shù)，構造輕量化的氅衣模型，應在保證氅衣模型外觀效果的基礎上，對氅衣樣板進行適當?shù)膭h減處理。

根據(jù)模型精簡原則，本文將模型中所有交疊部分樣板全部刪除，從而最大程度地降低模型的面數(shù)。觀察氅衣模型可知，模型中右片衣身的交衽處與開裾處并不是完全閉合的，所以右片衣身樣板雖為交疊樣板，但可能會在場景中顯示，若將其全部刪除可能會影響氅衣模型在交衽處與開裾處的外觀效果，而除右片衣身樣板外的其他交疊部分樣板在場景中并不顯示，對模型的外觀效果沒有影響，可直接刪除。因此，在氅衣模型的所有交疊樣板中，右片衣身交疊部分樣板的處理方法需通過實驗確定，其他交疊部分樣板可直接全部刪除。

基于以上分析，本文設計氅衣樣板修改方法如下：

1） 以氅衣的實際樣板為基礎，將包括右片衣身交疊部分樣板在內(nèi)的所有交疊樣板全部刪除，如圖3所示，以紅色虛線表示被刪除的樣板。

2） 以氅衣的實際樣板為基礎，在所有交疊樣板中，將右片衣身交疊部分樣板全部保留，其他交疊樣板全部刪除，如圖4所示，以紅色虛線表示被刪除的樣板。

3） 以氅衣的實際樣板為基礎，在所有交疊樣板中，將右片衣身交疊部分樣板部分保留，只保留其開裾處部分樣板及交衽處部分樣板，其他交疊樣板全部刪除，如圖5所示，以紅色虛線表示被刪除的樣板。

3 模型效果評價

利用CLO3D分別對樣板1、樣板2、樣板3及氅衣的實際樣板進行虛擬縫合和模擬建模，得到不同的氅衣模型，并對各個模型的外觀效果與應用效果進行綜合對比分析，以此確定氅衣在3D仿真中樣板修改的最佳方案。

3.1 實驗步驟

1） 建模：經(jīng)查閱資料，氅衣的主體面料為素綢緞，因此本文以素綢緞面料的參數(shù)對CLO3D中的面料屬性進行設定。為減少輸入不便，CLO3D面料模擬系統(tǒng)的所有織物物理屬性參數(shù)均沒有實際單位，只在0～99這一區(qū)間進行設置。設置緯紗強度為9，經(jīng)紗強度為17，對角線張力為0，緯紗彎曲強度為11，經(jīng)紗彎曲強度為16，緯紗變形率為1，經(jīng)紗變形率為1，緯紗變形強度為90，經(jīng)紗變形強度為90。設置完成后，在相同的模擬環(huán)境中分別對樣板1、樣板2、樣板3及氅衣的實際樣板進行縫合試穿，得到4個氅衣三維模型，并以氅衣實際樣板生成的模型為參照樣本，樣板1模型、樣板2模型及樣板3模型為對照樣本。

2） 模型外觀效果分析：修改后的樣板不應改變氅衣模型原有的外觀效果。分別比較樣板1模型、樣板2模型及樣板3模型與參照模型在外觀效果上的差異，其差異性越小，則模型的外觀效果越好。

3） ?模型應用效果分析：模型的應用效果可通過模型的面數(shù)、頂點數(shù)及數(shù)據(jù)量，模型上傳至網(wǎng)頁所需的時間? [11] 與模型在網(wǎng)頁展示時的CPU占用率來評價? [12] 。首先，通過3DSMAX的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分別檢測參照模型、樣板1模型、樣板2模型、樣板3模型的面數(shù)、頂點數(shù)和模型數(shù)據(jù)量，并計算對照模型較參照模型在這三項參數(shù)上變化的百分比;其次，在相同的網(wǎng)絡環(huán)境下將4個模型分別上傳至用于展示三維模型的網(wǎng)頁上，并測試4個模型上傳至網(wǎng)頁所需的時間，共進行5

次測試，取5次實驗時間的平均值? [13] ;最后，在相同的網(wǎng)絡環(huán)境下，通過Windows任務管理器分別檢測4個模型在網(wǎng)頁展示時1 min內(nèi)各個節(jié)點的CPU占用率。模型的面數(shù)與頂點數(shù)越多，其數(shù)據(jù)量越大，上傳至網(wǎng)頁或展示平臺所需的時間越長，且數(shù)據(jù)量過大的模型在展示時會占用大量的內(nèi)存空間，導致計算機CPU占用率過高，進而使系統(tǒng)運行速度下降，造成網(wǎng)絡卡頓，降低了模型展示的流暢性，最終降低模型的應用效果。

4） ?綜合分析：一方面，分析比較樣板1模型、樣板2模型及樣板3模型的外觀效果與參照模型的差異性，以此確定出外觀效果與參照模型差異性最小的模型;另一方面，分析比較樣板1模型、樣板2模型及樣板3模型的面數(shù)、頂點數(shù)和數(shù)據(jù)量，上傳至網(wǎng)頁所需的時間及在網(wǎng)頁展示時的CPU占用率，以此確定出應用效果最好的模型。綜合兩方面，總結出氅衣樣板在3D仿真中的最佳修改方案。

3.2 實驗效果分析

3.2.1 模型外觀效果分析

樣板1模型、樣板2模型、樣板3模型及參照模型的外觀效果如圖6所示。由于氅衣在右片衣身交衽處不是完全閉合的，所以將右片衣身交疊部分樣板全部刪除的樣板1模型在交衽處出現(xiàn)了縫隙，與參照模型交衽處的外觀效果產(chǎn)生了較大的差異，如圖7所示;而樣板2模型將右片衣身交疊部分樣板全部保留，樣板3模型保留了右片衣身交衽處部分樣板，在交衽處沒有出現(xiàn)縫隙，如圖8所示。除此之外，氅衣左右兩側均開裾至腋下，其右片衣身樣板雖與大襟片樣板交疊，但穿著時會從開裾處露出，因此，將右片衣身交疊部分樣板全部刪除的樣板1模型在右側開裾處與參照模型的外觀效果產(chǎn)生了較大的差異，如圖7所示;而樣板2模型將右片衣身交疊部分樣板全部保留，樣板3模型保留了右片衣身開裾處部分樣板，在外觀效果上與參照模型幾乎無差異，如圖8所示。

3.2.2 模型應用效果分析

1） 利用3DSMAX分別檢測記錄參照模型、樣板1模型、樣板2模型、樣板3模型的面數(shù)、頂點數(shù)及模型數(shù)據(jù)量，如表1所示。并計算三個對照模型的面數(shù)、頂點數(shù)、模型數(shù)據(jù)量較參照模型減少的百分比，如表2所示。對照模型在三項參數(shù)上減少的百分比越大，則其應用效果越好? [14] 。樣板1模型的面數(shù)較參照模型的面數(shù)減少了55.00 % ;樣板2模型的面數(shù)較參照模型的面數(shù)減少了46.27 % ;樣板3模型的模型面數(shù)較參照模型的面數(shù)減少了52.45 % 。三種樣板修改方案均有效地降低了氅衣模型的面數(shù)、頂點數(shù)、模型數(shù)據(jù)量，對模型的應用效果產(chǎn)生了積極的影響，以此為依據(jù)對三個對照模型的應用效果從高到低進行排序：樣板1模型，樣板3模型，樣板2模型。

2） 記錄5次參照模型、樣板1模型、樣板2模型、樣板3模型上傳至網(wǎng)頁上所需時間，取其平均值，如表3所示。模型上傳至網(wǎng)頁所需時間越少，則其應用效果越好。由表3數(shù)據(jù)可知，參照模型5次上傳的平均時間為61.60 s，樣板1模型5次上傳的平均時間為26.92 s，樣板2模型5次上傳的平均時間為39.12 s;樣板3模型5次上傳的平均時間為35.02 s。三種方案均有效地降低了模型上傳至展示平臺的時間，對模型的應用效果產(chǎn)生了積極的影響，以此為依據(jù)對三個對照模型的應用效果從高到低進行排序，其順序為：樣板1模型，樣板3模型，樣板2模型。

3） 記錄參照模型、樣板1模型、樣板2模型、樣板3模型在網(wǎng)頁展示時1 min內(nèi)各個節(jié)點的CPU占用率，如圖9所示。模型運行展示時，CPU的占用率越高，其應用效果越差。由圖9可以看出，三個對照模型在展示時的CPU占用率較參照模型均有所降低，其中降低程度最大的是樣板1模型，其次是樣板3模型，最后是樣板2模型。

3.3 實驗對比分析

1） 從氅衣模型外觀效果角度分析：樣板2模型與樣板3模型的外觀效果與參照模型較為接近，而樣板1模型的外觀效果與參照模型存在較大差異。因此，以外觀效果為制約規(guī)則，只能選擇樣板2模型和樣板3模型。

2） 從氅衣模型應用效果角度分析：實驗從模型的面數(shù)、頂點數(shù)、數(shù)據(jù)量，模型上傳至網(wǎng)頁所需的時間及模型在網(wǎng)頁展示時的CPU占用率三個方面對三個對照模型的應用效果進行測試。結果均表明，三個對照模型的應用效果較參照模型均有所提高，其中應用效果最好的是樣板1模型，其次是樣板3模型，最后是樣板2模型。

3） ?綜合分析：以模型外觀效果為依據(jù)，樣板2模型與樣板3模型均可選擇;以模型的應用效果為依據(jù)，將三個對照模型按照模型的 應用效果從高到低進行排序，依次是樣板1模型，樣板3模型，樣板2模型。綜上分析，樣板3模型為最優(yōu)選擇，而樣板3模型對應的樣板修改方法則為氅衣樣板在3D仿真中的最佳修改方案。

3.4 模型樣板修正

通過模型效果評價實驗可知，方案3為氅衣模型在3D仿

真中樣板修改的最佳方案。由于方案3只保留了右片衣身交衽處部分樣板及開裾處部分樣板，而將其他交疊樣板全部刪除，所以完整的右片衣身樣板被減削成多片小片樣板，使得這部分樣板變得零碎、分散。因此，在保證模型外觀效果的條件下，應對保留的右片衣身樣板進行局部修正，將多片分散的小片樣板合并成完整樣板，修正后的氅衣樣板與模型效果如圖10所示。

4 結 論

以虛擬現(xiàn)實的形式對服飾文物進行展示改變了古代服飾傳統(tǒng)的物理展覽形式，既保護服飾文物免受損害，也讓觀賞者與服飾產(chǎn)生了更多的互動，促進了服飾文化在年輕群體中的傳播。但展示網(wǎng)頁或平臺的計算性能有限，在同時展示大量的服裝三維模型時，會影響模型的加載與顯示，因此，應對服

裝三維模型進行精簡優(yōu)化。本文主要針對古代服飾的三維模型存在大量冗余的多邊形這一問題進行了研究，以氅衣為研究對象，基于其樣板結構特點，提出了三種不同的樣板修改方案。通過對不同修改方案的樣板模型的外觀效果與應用效果進行分析，得到了氅衣模型在3D仿真中樣板修改的方法：在氅衣樣板的所有交疊樣板中，只保留右片衣身中開裾處部分

樣板及交衽處部分樣板，其他全部刪除。此方法在保證模型外觀效果的條件下，模型的面數(shù)較初始樣板模型下降了5245 % ，上傳至網(wǎng)頁所需的時間比初始樣板模型減少了2658 s，模型展示時的CPU占用率也比初始模型低。除此之外，精簡后的服裝三維模型對計算機的硬件配置要求，以及對網(wǎng)絡帶寬的要求都有所降低，提高了模型的應用價值。本樣板修改方法不僅適用于氅衣，而且對其他與該氅衣具有相同結構特點的古代服飾在3D仿真中的樣板修改也具有參考 意義。

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Research on the pattern processing method of outer garment model in virtual simulation

LIU Anlu a， SU Junqiang b

（a.College of Textile Science and Engineering; b.College of Design， Jiangnan University， Wuxi 214122， China）

?Abstract：

With the development of virtual reality technology and visualization technology， the virtual reconstruction of cultural relics has gradually become an important scientific direction that closely integrates culture， science and art. Among the rich culture heritages， clothing cultural relics are a relatively special category. Clothing is a symbol of social culture， as well as an important resource for the research of history and culture. However， clothing mainly composed of organic matters is fragile and susceptible to being degraded by environmental factors like light， dust， temperature and humidity. Due to the fragile nature， the display of clothing cultural relics has high requirements for the environment， and the display is usually limited by time and space. 3D virtual technology provides a new form for the display of clothing cultural relics and makes them possible to be displayed online. Compared with the traditional display methods， 3D display can not only display the wearing effect of clothing dynamically， but also strengthen the interaction between the audience and the clothing， so that clothing cultural information can be spread more effectively.

Nevertheless， 3D virtual display has not yet become the mainstream display method of clothing cultural relics， which is mainly attributed to the following reasons. The structure of traditional Chinese clothing is complex， and the garment pieces overlap and entangle with complicated decorations. Therefore， a large number of redundant triangles non-displayable in the scene are generated inside its 3D model， increasing the surface number and data quantity of the 3D model. However， the performance of most mobile platforms or web platforms is limited， and displaying a large number of high-data-quantity 3D clothing models on mobile platforms would take up a lot of memory space of the mobile platforms， thus affecting the transmission and download of the network. In addition， it depends on the CPU’s real-time computation to display each frame during clothing virtual display. At the same time， the high CPU utilization in displaying many 3D models with massive quantity of data will prolong the loading time of real-time images and even get stuck， ultimately resulting in the poor application of 3D model on display platforms. Therefore， the data quantity of the 3D models of Chinese historical garments should be reduced as much as possible to improve its application effect on mobile platforms.

In view of the fact that the 3D clothing model is simulated based on clothing pattern， a method to optimize the 3D model and reduce data quantity of the model by modifying the clothing pattern was proposed in this paper. An old outer garment of the Qing Dynasty of China was selected as the research object and its 3D model was established. Through the observation and analysis of the distribution of redundant triangles in the 3D model of the outer garment， we proposed three different pattern modification approaches and conducted simulation experiments of the three approaches respectively. Then we tested the surface number of the model， the number of vertices of the model， the data quantity of the model， the uploading time of the model to a web platform， and the CPU utilization of the model during the model display. Through the comparative analysis of the data measured by the three approaches， we determined the best pattern modification method for optimizing the outer garment model in virtual simulation. The surface number of the outer garment model optimized by this method dropped by 52.45 %? ， the data quantity of it dropped by 54.38 %? ， and the uploading time to the web platform fell by 43.15 %? . In addition， the results show that the optimized model has a significant decrease in CPU utilization during its operation and display， greatly improving the application effect of the model on the mobile platform.

With the development of 3D virtual clothing technology， 3D dynamic display will gradually replace the traditional form of exhibitions and become the mainstream method. Constructing a lightweight clothing model is an effective way to realize 3D virtual display. Since the structure of the outer garment is a representative structure of ancient Chinese costumes， the research results provide reference for the optimization of other 3D models of traditional Chinese costumes.

Key words：

ancient Chinese costume; outer garments; 3D model; virtual simulation; pattern processing; model optimization

3740500589228