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  展开全部摘要: 文介绍了三维CAD技术的发展概况,着重阐述了我国服装三维CAD技术的发展,提出了服装三维CAD工程的结构框架。

  当前的国际制造业领域,制造技术正在从传统的制造方法向先进的制造技术方向发展,制造业的信息化己成为制造业发展的一个重要趋势。

  制造企业的数字化建设的核心是产品的数字化设计、制造及相关数字化技术的集成。三维数字化设计技术正逐渐成为企业设计运用的热点,也是企业深化运用所必要的工具。CAD作为信息技术的一个重要组成部分,将计算机高速、海量数据存储及处理和挖掘能力与人的综合分析及创造性思维能力结合起来,对加速工程和产品的开发、缩短设计制造周期、提高质量、降低成本、增强企业市场竞争能力与创新能力发挥着重要作用。无论是军事工业还是民用工业,无论是建筑行业还是制造加工业,无论是机械、电子、轻纺产品,还是文体、影视广告制作都离不开三维数字化设计技术。三维数字化设计技术是企业信息化的重要技术基础,也是企业进入国际市场的入场券。

  应用三维CAD技术可大幅度地提高产品和工程的设计效率和质量,改善劳动条件,提高产品和工程在市场上的竞争能力。从国外的统计材料表明,应用三维CAD设计技术可降低工程设计成本13~30%;可减少产品设计到投产时间30~60%;提高产品质量5~15倍;增加分析问题的广度和深度能力3~35倍;提高产品作业生产率40~70%:提高投入设备的生产率2~3倍;减少加工过程30~60%;降低人工成本5~20%。随着三维数字化设计技术的研究开发和广泛应用,可以促进我国软件产业的发展,尤其是应用软件产业的发展。这样不仅可加速传统产业和产品的技术改造,还可促进传统学科的飞速发展。由此产生的直接和间接经济效益是巨大的,其社会效益也是不可估量的。

  在我国,三维数字化设计市场几乎被外国公司的产品所垄断,一些企业花费大量外汇引进国外三维数字化设计系统,因技术的掌握问题和工业标准的差距等诸多因素,或被闲置或使用效率低下,难以普及推广应用。在尊重知识产权和加入WTO以后的新形势下,国内企业对符合国情、功能适用、价格适中的国产软件的呼声愈来愈高。

  近几年,以计算机为核心的相关技术领域的发展,如网络技术、电子商务、数据库等深刻地影响了CAD技术,新的制造方式,如分散化网络制造,面向客户的大批量定制等也对CAD系统提出了新的要求,使得行业产品的设计制造资源能够在更广的范围中应用,通过WEB技术、ASP技术,实现了行业产品设计制造的协同,建立全行业的软件服务体系。此外由于面向行业CAD系统的个性化,国外技术的竞争力相对比较薄弱,这是我国CAD领域缩短差距的良好机遇,随着企业产品全生命周期的数字化、网络化和集成化的跨越式发展,CAD本身也将面临全面升级,因此,我国的CAD软件技术具有很大发展空间。

  CAD技术从诞生至今己有三十多年的历史,历经二维绘图、线框造型、曲面造型、实体造型、特征造型等重要发展阶段,其间还伴随着参数化、变量化、尺寸驱动等技术的融入。通过三十多年的努力,CAD技术在基础理论及软件产业方面日趋成熟,推出了Proffingineer,UGll,IDEAS CATM,Solidworks,SolidEdse等许多优秀的CAD系统,在航空航天、机械电子、建筑工程、纺织服装等制造业得到了广泛应用,大大提高了制造业产品设计水平。

  根据国家的需求和软件技术/产业发展的趋势,三维CAD技术及产品创新设计系统研究开发和应用列为863计划的软件重大专项。专项在操作系统、数据库管理系统、重大应用软件展开研究,着力掌握与系统软件相关的战略性、前沿性和前瞻性的关键技术,通过创新较大幅度增加自主知识产权的拥有量,完善我国自主的软件体系,以支撑国民经济和社会信息化及国家信息安全建设。

  “十五”期间,面向行业与设计过程的三维数字化设计系统受到了普遍的重视,应用实践证明其设计的高效性和智能性是一般通用CAD软件无法比拟的。“863计划”三维CAD重大专项的三个课题取得了重大进展和巨大的综合效益,基本达到了商品化水平。

  随着我国计算机技术和社会经济的发展,人们对服装的质量和合体性、个性化的要求越来越高,现有的二维服装CAD技术已经不能满足纺织服装业的CAD应用要求,服装CAD迫切需要由目前的平面设计发展到立体三维设计。因此,近年来国内外均在三维服装CAD、虚拟现实服装设计等方面开展理论研究和实践应用。

  据Autodesk公司对于CAD的整体应用情况的统计,目前全球使用三维CAD进行产品设计的用户已经有大约30%,剩下的70%用户依然使用二维CAD设计。实际上,三维CAD在世界范围内已经在广泛应用,但在服装领域,三维CAD的开发应用比较滞后,这是因为服装不像机械、电子行业的固态产品,它的质地是柔性的,会随着外界条件的不同发生改变,因此模拟难度很大,特别是服装CAD要实现从二维到三维的转化,需要解决织物质感和动感的表现、三维重建、逼真灵活的曲面造型等技术问题,另外还有从三维服装设计模型转换生成二维平面衣片的技术问题。这些问题导致三维服装CAD的开发周期较长,技术难度较大。

  服装三维CAD有别于二维CAD的地方在于:它是在通过三维人体测量建立起的人体数据模型基础上,对模型的交互式三维立体设计,然后再生成二维的服装样片,它主要要解决人体三维尺寸模型的建立及局部修改,三维服装原型设计、三维服装覆盖及浓淡处理、三维服装效果显示特别是动态显示和三维服装与二维衣片的可逆转换等。

  三维服装CAD的基础是三维人体测量。目前三维人体测量系统在国外已经商品化,其技术已经较为成熟,其中法、美、日等国利用自然光光栅原理,分别用40毫秒、10秒、1.8秒,即可完成三维人体数据的测量。国际上常用的三维人体测量技术一般都是非接触式的,通过光敏设备捕捉投射到人体表面的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的三维特征。三维人体测量系统具有测量时间短,获取数据量大等多种优于传统测量技术的特点。

  服装的批量生产所依据的服装号型不能准确反映人群的体型特征,目前国内外都在进行各类人群人体数据库的建立。通过有针对性地对大数量的不同肤色、不同地区、不同年龄、不同身高的各类人群进行三维人体测量,收集人体的各项体型尺寸数据,建立数据库,为制定服装规格、号型提供基础数据。

  三维人体测量通过获取的关键人体几何参数数据,生成虚拟的三维人体,建立静态和动态的人体模型,形成一整套具有虚拟人体显示和动态模拟功能的系统。三维服装CAD在此基础上生成服装布料的立体效果,在屏幕上逼真地显示穿着效果的三维彩色图像及将立体设计近似地展开为平面衣片。

  在二维CAD基础上的三维设计逐渐向智能化、物性分析、动态仿真方向发展,参数化设计向变量化和超变量化方向发展;三维线框造型、曲面造型及实体造型向特征造型以及语义特征造型等方向发展;组件开发技术的研究应用,还为CAD系统的开放性及功能自由拼装的实现提供了基础。

  将三维服装设计模型转换生成二维平面衣片,涉及到把复杂的空间曲面展开为平面的技术,这是服装材料的柔性、平面性所决定的需求,也是三维服装CAD的难点。国内外学者做了多项研究工作,得到了复杂曲面展开的多种方法,有许多方法也已应用在实践中。

  一是用于量身定做:针对特定客户人体的参数测量及其对服装款式的特定要求(如放松量、长度、宽度等方面的喜好信息),进行服装设计,再生成相应的平面服装样片。此类产品可利用互联网进行远程控制实现,其中以美、英、法、德、日、瑞士的系统较为先进。

  二是用于模拟试衣系统:通过对顾客体型的三维测量,进行互动服装设计,再生成相应的平面服装样片。这类应用也可利用互联网进行电子商务的远程控制实现,如美国的Land’send公司在互联网上可建立顾客的人体虚拟模型,通过顾客的简单操作,可试穿该公司所推出的服装,还可进行立体互动设计,直到顾客满意为止。

  现在国外的一些产品已基本能实现三维服装穿着、搭配设计并修改,反映服装穿着运动舒适性的动画效果,模拟不同布料的三维悬垂效果,实现360度旋转等功能。其中美国、日本、瑞士等国家研究开发的三维服装CAD软件比较先进,如美国CDI公司推出的CONCEPT 3D 服装设计系统、法国力克公司的3D系统、美国格伯公司的AM-EE-SW 3D系统、加拿大PAD公司的3D系统、日本东洋纺织公司的3D系统等。

  我国是服装大国,但在服装的先进技术方面起步较晚。国内在这一领域的研究虽已取得初步进展,实现了仿三维CAD设计,但离国外的技术水平还有较大距离。目前只有香港科技和北京长峰科技公司、北京服装学院、中山大学、杭州爱科公司、深圳盈宁公司等近年来开始了服装三维覆盖模式款式试衣系统的开发,且仅有部分软件进入了商品化阶段。

  近年来,CAD技术在取得快速发展的同时,也暴露了发展中的问题,主要表现在过分强调单元技术的发展,过分强调系统的通用性,忽略了面向设计过程的产品全生命周期设计,忽略了网络技术的应用,忽略了数据库、特征库的发展等等。针对这些问题,结合制造业信息化技术的最新发展,CAD技术的开发商提出了面向行业和过程(产品全生命周期)的三维数字化设计系统。该系统已成为近年来国内外研究开发的热点,并视为CAD技术的深化应用、跨越发展的唯一出路。

  原来自成一体的CAD系统、与CAD系统的配套技术已经和正在融入CIMS(计算机集成制造系统),建立与CAM、MIS、PDM、ERP等的接口与集成是服装CAD系统发展的另一个趋势。

  随着近几年来国际互联网的高速发展,预计网络服装设计将逐渐成为主流。在越来越专业化、全球化的生产经营模式下,企业基于网络的CAD系统可以实现数据的共享和标准化,产品的并行设计也将为CAD系统的高效快速提供支持。为有效提升市场规模及产品利润,服装CAD与电子商务的融合也是必然的趋势。一种基于Internet的服装企业远程数据传输和监控系统即将问世,也为服装设计网络化和服装企业信息化提供了有效的技术支撑。

  近年来,美、法、德、日和瑞士等国还开展了虚拟服装CAD的研究开发,开始了超维服装设计的应用研究。所谓超维服装设计,就是超维视觉设计,要求服装设计师在进行服装设计时不仅考虑一维的线、二维的面、三维的体、四维的时、五维的意等设计要素,还要考虑人的心理、人的视觉、人的审美观、人的情趣等诸多因素,注意对环境心理学和观赏心理学的运用。服装设计师通过视觉、听觉、触觉运用虚拟现实设计技术,在电脑显示的虚拟现实环境下进行服装设计。

  这种虚拟服装CAD技术,利用了网络传输与虚拟现实设计技术,使设计师能够在虚拟的环境下进行服装设计工作,所需硬件设备除了计算机以外,还需数据手套、数据衣等人体数字化传感器和头盔显示器、光闸眼镜等立体显示设备以及其它相关配套设备。这种虚拟现实设计技术实现了服装设计的自动化。

  目前所有的服装CAD产品都比较复杂,要完全掌握运用必须专业技术人员花费相当的时间,这也是CAD产品普及比较缓慢的一个重要原因。所以,往更远的前景展望,预计将来的服装CAD产品将朝着高智能化的方向发展,通过建立更多的服装样板模块及设计向导为设计人员提供智能支持,这些智能支持包括自学习、自组织、自适应、自纠错、并行搜索、联想记忆、模式识别、知识自动获取等多种智能技术的支持。逐步过渡到像WINDOWS一样成为易学易懂的操作软件。将来,随着硬件技术的发展,通过将软件嵌入人体测量仪器成为高智能的“服装设计傻瓜机”也将成为现实。

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